CN114211006B - 用于金属3d打印零件的内孔残留粉末清理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理方法及装置，装置包括：工作台，所述工作台上开设有清洗槽；超声振动板，所述超声振动板安装于所述清洗槽的底部，所述超声振动板与超声波发生器相连接，并在所述超声波发生器的驱动下按预设频率振动；油泵，所述油泵通过输油管道与待清洗零件的内孔相连通，所述油泵通过变频电机驱动，以便所述油泵按预设流量输出清洗液。解决了现有3D打印零件内孔残留粉末的清理难度大，清理效果差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理方法及装置。
背景技术
以增材制造技术为支撑的净近成形技术，可彻底解决常规加工中难以加工局部的难题，赋予零件各向同性、高致密、高强度的综合优异性能，大幅度提高零件的可靠性和使用寿命，是传统去除式加工工艺的实质性突破。相关研究表明，激光增材制造（3D打印）的金属零件具有致密、细小的组织，成分均匀，力学性能达到或超过锻件水平。
在诸多3D打印技术当中，选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）粉末增材制造成形技术能够成形多种金属材料，特别是难加工金属零部件，而且成形精度较高，零件结构复杂度高，所需供电设施简单，耗能低，所用原材料为粉末。选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是3D打印的一种工艺，通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。选区激光熔化金属3D打印零件在点阵结构、复杂腔体、薄壁结构、复杂曲面、小孔径管路等的结构成形上具有非常大的优势。
但是，这些复杂结构在毛坯成形后，小孔内部或缝隙内部会残留非常多的金属粉末，而且受限于结构特点，这些残留的粉末较难清理。此外，为保证制件能成功打印，选区激光熔化成形所用的三维模型需要添加支撑结构，一些细小的网格支撑、树状支撑和面状支撑结构中残留的粉末进一步增加了粉末彻底清除的难度。对一些与外界联通较小的管路或腔体结构，零件成形后会在小孔内部残留大量的金属粉末，彻底清除非常困难，会造成人力的浪费，也会影响到零件自身的表面精度和粗糙度。同时，选区激光熔化成形后金属零件一般需要高温或高温高压热处理，达到降低零件内部残余应力的目的，这样会造成残留的粉末固化在零件的内壁或内腔，严重影响产品质量和精度。
因此，提供一种用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理装置，以期降低残留粉末的清理难度，提高清理效果，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理装置，以至少部分解决现有3D打印零件内孔残留粉末的清理难度大，清理效果差的技术问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理方法，包括以下步骤：
S1、将打印完毕的金属零件放置于清洗槽中的超声振动板上，并固定；
S2、将待清洗零件的内孔管道入口安装螺纹管接头，螺纹管接头的一端连接于高压油泵的输出端，另一端以螺纹结构旋转到零件的内孔入口处；
S3、通过PLC设定超声振动频率100Hz，并启动超声振动板，使零件产生低频振动以实现内孔管道内粗粉末的脱落；
S4、通过PLC设定变频控制器频率，并启动变频电机，使油泵开始工作，其变频电机的频率设定为由低频到高频再到低频的正弦曲线波形，实现内孔内油压的低-高-低的循环往复，其频率最高为100HZ，变频控制器电压为工频电压，以实现变频低压清洗模式；
S5、在清洗10分钟后，更新超声振动频率，设定为高频振动1000Hz，使零件产生高频振动以实现内孔管道内残留的细粉末的脱落；同时变频控制器频率仍然为正弦波频率曲线，但修改变频控制器电压为高频电压，以实现高压高频清洗模式；
S6、在步骤S5清洗10分钟后，更新超声振动频率，设定为中频振动500Hz，变频控制器频率范围设定为0-50Hz的中频范围，但调整变频电机输入电压为半工频电压，以实现低频低压工作模式，这样进行残留的粉末和表面光洁处理；
S7、步骤S4-S6的清洗进行30分钟后，关闭超声振动板和变频控制器，并清理油槽内的沉淀的金属粉末，更换油液，以保护变频油泵和超声振动板。
一种用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理装置，用于实施如上所述的方法，所述装置包括：
工作台，所述工作台上开设有清洗槽；
超声振动板，所述超声振动板安装于所述清洗槽的底部，所述超声振动板与超声波发生器相连接，并在所述超声波发生器的驱动下按预设频率振动；
油泵，所述油泵通过输油管道与待清洗零件的内孔相连通，所述油泵通过变频电机驱动，以便所述油泵按预设流量输出清洗液。
进一步地，所述清洗槽的侧壁开设有回流出口，所述回流出口通过回流管路与所述油泵的回油口相连通。
进一步地，所述回流出口上安装有第一螺纹管接头，所述回流出口通过所述第一螺纹管接头与所述回流管路相连通。
进一步地，还包括过滤器，所述过滤器安装于所述回流管路上。
进一步地，还包括废液回收槽，所述废液回收槽安装于所述清洗槽的底部，所述废液回收槽与所述清洗槽通过回收管路相连通。
进一步地，所述清洗槽上安装有第二螺纹接头，所述清洗槽通过所述第二螺纹接头与所述回收管路相连通。
进一步地，所述清洗槽内安装有过滤网板。
进一步地，还包括变频控制器和触摸屏；
所述触摸屏用于接收指令信息，并将指令信息传输给所述变频控制器；
所述变频控制器根据接收到的指令信号向所述变频电机输出控制指令，以便所述变频电机驱动所述油泵按预设流量输出清洗液。
进一步地，还包括振动控制器，所述超声振动器由所述振动控制器进行控制，振动控制器与PLC进行数据连接，并接收来自于PLC的超声振动频率数据。
在上述任一具体实施方式中，本发明提出的用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理装置，利用变频变速流体快速冲刷内孔管道中残留的大部分表面粉末，又可以利用超声振动的优势将内孔中部分粘接在管壁上的粉末和流体冲刷死角的粉末脱落下来，同时利用变频控制器和超声器的高频和低频耦合功能实现大颗粒和小颗粒粉末的同步去除，从而实现3D打印零件内孔管壁的粉末高效快速完全的清除，解决了现有3D打印零件内孔残留粉末的清理难度大，清理效果差的技术问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明所提供的内孔残留粉末清理装置一种具体实施方式的结构示意图；
图2为图1所示内孔残留粉末清理装置中工作台的结构示意图；
图3为图1所示内孔残留粉末清理装置中超声波发生器的结构示意图；
图4为图1所示内孔残留粉末清理装置中油泵的结构示意图；
图5为图1所示内孔残留粉末清理装置中变频控制器的结构示意图；
图6为图1所示内孔残留粉末清理装置中清洗槽的结构示意图；
图7为图1所示内孔残留粉末清理装置中废液回收槽的结构示意图；
图8为图1所示内孔残留粉末清理装置中透明板的结构示意图；
图9为图1所示内孔残留粉末清理装置中槽钢固定架的结构示意图。
附图标记如下：
1-工作台，2-清洗槽，3-槽钢固定架，4-超声波发生器，5-油泵；
6-废液回收槽，7-透明板，8-变频控制器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的内孔残留粉末清理装置用于金属3D打印零件，如图1所示，该内孔残留粉末清理装置包括工作台1、超声振动板和油泵5。
其中，如图2所示，所述工作台1上开设有如图6所示的清洗槽2，所述超声振动板安装于所述清洗槽2的底部，所述超声振动板与图3所示的超声波发生器4相连接，并在所述超声波发生器4的驱动下按预设频率振动。在清洗的过程中，将待清洗零件放置在清洗槽2内，具体地，将打印完毕的金属零件放置于图1的油槽中的超声振动板上，并用尼龙扎带捆扎于超声振动板上，以防止在高频振动时零件脱离振动板，超声振动板通过如图9所示的槽钢固定架3安装在清洗槽2内，并通过螺栓固定。
如图4所示，上述油泵5为流体输送电机齿轮油泵5。
上述油泵5通过输油管道与待清洗零件的内孔相连通，所述油泵5通过变频电机驱动，以便所述油泵5按预设流量输出清洗液，该油泵5为高压油泵5，其能够泵出设定压力的清洗油液，以实现高压冲洗。具体地，将待清洗零件的内孔管道入口安装一个螺纹管接头，螺纹管接头的一端连接于油泵5的输出端，另一端以螺纹结构旋转到待清洗零件的内孔入口处，从而避免用于清洗的油液发生泄漏，以实现油泵5的油液能无泄漏的进入内孔管道。
为了提高清洗油液的再利用能力，避免资源浪费，所述清洗槽2的侧壁开设有回流出口，所述回流出口通过回流管路与所述油泵5的回油口相连通。
进一步地，所述回流出口上安装有第一螺纹管接头，所述回流出口通过所述第一螺纹管接头与所述回流管路相连通，以便于连接且避免发生泄漏。
该内孔残留粉末清理装置还包括过滤器，所述过滤器安装于所述回流管路上，使得回到油泵5的油液经过过滤器的过滤，保证了回流油液的清洁度。
也就是说，清洗槽2的上部开有一个油路的回流出口，回流出口安装有第一螺纹管接头，该第一螺纹管接头再连接一个油路过滤器入口，油路过滤器出口再连接到高压油泵5的输入口，这样，油液通过回流出口留回到高压油泵5中。
在清洗槽2内安装有过滤网板，该清洗槽2的上液面处安装有一个带孔的网板，该带孔的网板即过滤网板，用于粗过滤清理出来的金属粉末，以免粉末进入到高压油泵5中。
该内孔残留粉末清理装置还包括如图7所示的废液回收槽6，所述废液回收槽6安装于所述清洗槽2的底部，所述废液回收槽6与所述清洗槽2通过回收管路相连通，以实现废液的回收和二次利用。
进一步地，所述清洗槽2上安装有第二螺纹接头，所述清洗槽2通过所述第二螺纹接头与所述回收管路相连通。
该内孔残留粉末清理装置还包括如图5所示的变频控制器8和触摸屏；所述触摸屏用于接收指令信息，并将指令信息传输给所述变频控制器8；所述变频控制器8根据接收到的指令信号向所述变频电机输出控制指令，以便所述变频电机驱动所述油泵5按预设流量输出清洗液。油泵5由变频电机拖动旋转，变频电机由变频控制器8控制器所控制，变频控制器8旁边安装有一套PLC，同时在装置的侧方位置安装有一个用于人机交互的触摸屏，触摸屏通过数据控制线与PLC连接，PLC通过电信号与变频控制器8连接，这样就可以实现从触摸屏信号到油泵5的整体控制回路。
该内孔残留粉末清理装置还包括振动控制器，所述超声振动器由所述振动控制器进行控制，振动控制器与PLC进行数据连接，并接收来自于PLC的超声振动频率数据。
为了避免在清洗过程中清洗用油液发生飞溅，所述清洗槽2的开口处安装有透明板7。具体地，如图8所示，该透明板7为透明的亚克力板。
在上述具体实施方式中，本发明提出的用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理装置，利用变频变速流体快速冲刷内孔管道中残留的大部分表面粉末，又可以利用超声振动的优势将内孔中部分粘接在管壁上的粉末和流体冲刷死角的粉末脱落下来，同时利用变频控制器8和超声器的高频和低频耦合功能实现大颗粒和小颗粒粉末的同步去除，从而实现3D打印零件内孔管壁的粉末高效快速完全的清除，解决了现有3D打印零件内孔残留粉末的清理难度大，清理效果差的技术问题。
除了上述装置，本发明还提供一种基于上述装置的，用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理方法，在一种具体实施方式中，该方法包括如下步骤：
S1、将打印完毕的金属零件放置于图6所示的清洗槽中的超声振动板上，并用尼龙扎带捆扎于超声振动板上，以防止在高频振动时零件脱离振动板；
S2、将待清洗零件的内孔管道入口安装一个螺纹管接头，管接头一头连接于高压油泵的输出端，一头以螺纹结构旋转到零件的内孔入口处，以实现油泵的油液能无泄漏的进入内孔管道；
S3、通过PLC设定超声振动频率100Hz，并启动超声振动板，使零件产生低频振动以实现内孔管道内粗粉末的脱落；
S4、通过PLC设定变频控制器频率，并启动变频电机，使油泵开始工作，其变频电机的频率设定为由低频到高频再到低频的正弦曲线波形，实现内孔内油压的低-高-低的循环往复，其频率最高为100HZ，变频控制器电压为工频电压，以实现变频低压清洗模式；
S5、在清洗10分钟后，更新超声振动频率，设定为高频振动1000Hz，使零件产生高频振动以实现内孔管道内残留的细粉末的脱落；同时变频控制器频率仍然为正弦波频率曲线，但修改变频控制器电压为高频电压，以实现高压高频清洗模式；
S6、在步骤S5清洗10分钟后，更新超声振动频率，设定为中频振动500Hz，变频控制器频率范围设定为0-50Hz的中频范围，但调整变频电机输入电压为半工频电压，以实现低频低压工作模式，这样进行残留的粉末和表面光洁处理；
S7、在完成上述3种工作模式30分钟清洗工作后，暂时关闭超声振动板和变频控制器，并清理油槽内的沉淀的金属粉末，更换油液，以保护变频油泵和超声振动板。
需要说明的是，每个阶段的工作模式可根据孔的大小、粉末材料的特性、孔型的特性进行变化，例如针对小孔、深孔特征可采用从低频到高频再到中频，这样以提高对小孔的尺寸保护，若针对大孔、浅孔、弯孔可采用从高频到中频再到低频的工作顺序，这样可提高孔的内壁光洁度的目的。
上述利用超声波结合变频变速流体冲刷清理金属3D打印零件内孔残留粉末的装置，可以根据不同零件的特点进行单独设定每种工作模式的频率、电压和超声频率，主要是实现超声波的振动与高压油泵的冲刷进行复合工作，利用超声振动脱落粉末和油液流速的优点实现多种不同规格、不同特征的内动管道的管壁清理的目的。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面” 或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向（旋转90度或者在其它方向）并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于金属3D打印零件的内孔残留粉末清理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将打印完毕的金属零件放置于清洗槽中的超声振动板上，并固定；
S2、将待清洗零件的内孔管道入口安装螺纹管接头，螺纹管接头的一端连接于高压油泵的输出端，另一端以螺纹结构旋转到零件的内孔入口处；
S3、通过PLC设定超声振动频率100Hz，并启动超声振动板，使零件产生低频振动以实现内孔管道内粗粉末的脱落；
S4、通过PLC设定变频控制器频率，并启动变频电机，使油泵开始工作，其变频电机的频率设定为由低频到高频再到低频的正弦曲线波形，实现内孔内油压的低-高-低的循环往复，其频率最高为100HZ，变频控制器电压为工频电压，以实现变频低压清洗模式；
S5、在清洗10分钟后，更新超声振动频率，设定为高频振动1000Hz，使零件产生高频振动以实现内孔管道内残留的细粉末的脱落；同时变频控制器频率仍然为正弦波频率曲线，但修改变频控制器电压为高频电压，以实现高压高频清洗模式；
S6、在步骤S5清洗10分钟后，更新超声振动频率，设定为中频振动500Hz，变频控制器频率范围设定为0-50Hz的中频范围，但调整变频电机输入电压为半工频电压，以实现低频低压工作模式，这样进行残留的粉末和表面光洁处理；
S7、步骤S4-S6的清洗进行30分钟后，关闭超声振动板和变频控制器，并清理油槽内的沉淀的金属粉末，更换油液，以保护变频油泵和超声振动板；
所述变频油泵通过变频控制器（8）和触摸屏控制；其中，所述触摸屏用于接收指令信息，并将指令信息传输给所述变频控制器（8）；所述变频控制器（8）根据接收到的指令信号向所述变频电机输出控制指令，以便所述变频电机驱动所述油泵（5）按预设流量输出清洗液；
所述超声振动板通过振动控制器控制，所述超声振动板由所述振动控制器进行控制，振动控制器与PLC进行数据连接，并接收来自于PLC的超声振动频率数据。
2.根据权利要求1所述的内孔残留粉末清理方法，其特征在于，所述方法利用内孔残留粉末清理装置实施，所述装置包括：
工作台（1），所述工作台（1）上开设有清洗槽（2）；
超声振动板，所述超声振动板安装于所述清洗槽（2）的底部，所述超声振动板与超声波发生器（4）相连接，并在所述超声波发生器（4）的驱动下按预设频率振动；
油泵（5），所述油泵（5）通过输油管道与待清洗零件的内孔相连通，所述油泵（5）通过变频电机驱动，以便所述油泵（5）按预设流量输出清洗液。
3.根据权利要求2所述的内孔残留粉末清理方法，其特征在于，所述清洗槽（2）的侧壁开设有回流出口，所述回流出口通过回流管路与所述油泵（5）的回油口相连通。
4.根据权利要求3所述的内孔残留粉末清理方法，其特征在于，所述回流出口上安装有第一螺纹管接头，所述回流出口通过所述第一螺纹管接头与所述回流管路相连通。
5.根据权利要求4所述的内孔残留粉末清理方法，其特征在于，还包括过滤器，所述过滤器安装于所述回流管路上。
6.根据权利要求2所述的内孔残留粉末清理方法，其特征在于，还包括废液回收槽（6），所述废液回收槽（6）安装于所述清洗槽（2）的底部，所述废液回收槽（6）与所述清洗槽（2）通过回收管路相连通。
7.根据权利要求6所述的内孔残留粉末清理方法，其特征在于，所述清洗槽（2）上安装有第二螺纹接头，所述清洗槽（2）通过所述第二螺纹接头与所述回收管路相连通。
8.根据权利要求2所述的内孔残留粉末清理方法，其特征在于，所述清洗槽（2）内安装有过滤网板。
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Denomination of invention: Method and device for cleaning residual powder in inner holes of metal 3D printed parts Effective date of registration: 20231211 Granted publication date: 20220603 Pledgee: Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Shanghai pilot Free Trade Zone Lingang xinpian District sub branch Pledgor: SHANGHAI CLOUD-MANU 3D TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023310000831 |