CN114472928B - 一种金属粉末3d打印自动收送粉系统和打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于先进增材制造技术领域，涉及一种金属D打印自动收送粉系统和打印方法，该系统包括打印机打印腔，所述打印机打印腔的顶部设置有打印机料仓，所述打印机料仓通过送粉管路与粉缸连接，所述打印机料仓的底部设置有废粉缸，所述废粉缸内用于接收打印机料仓内刮下的金属粉末废粉，所述废粉缸通过废粉管路与粉缸连接，用于将废粉导入粉缸中。本发明能够实现打印过程中废粉自动回收处理再利用和自动收送粉打印功能，极大降低了手工操作，极大提高了打印机的打印效率。

Description

一种金属粉末3D打印自动收送粉系统和打印方法
技术领域
本发明属于先进增材制造技术领域，更具体地，涉及一种金属3D打印自动收送粉系统和打印方法。
背景技术
SLM(selective laser melting，选择性激光熔化)技术的基本原理是：先在计算机上利用pro/e(Pro/Engineer，一种机械自动化软件)、UG(CAD CAM CAE，交互式CAD/CAE系统)、CATIA(ComputerAidedThree-dimensionalInteractiveApplication交互式CAD/CAE/CAM系统)等三维造型软件设计出零件的三维实体模型，然后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据，由轮廓数据生成填充扫描路径，设备将按照填充扫描路径，控制激光束选区熔化各层的金属粉末材料，逐步堆叠成三维金属零件。
激光束开始扫描前，铺粉装置先把金属粉末平推到成型缸的基板上，激光束按当前层的填充轮廓线选区熔化基板上的粉末，加工出当前层，然后成型缸下降一个层厚的距离，粉料缸上升一定厚度的距离，铺粉装置再在已加工好的当前层上铺好金属粉末；设备调入下一层轮廓的数据进行加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕。整个加工过程在通有惰性气体保护的加工室中进行，以避免金属在高温下与其他气体发生反应，发生爆炸等安全隐患。
SLM技术目前广泛应用于金属粉末材料的增材制造领域，其中送粉技术是实现金属粉末增材制造的较为关键的技术，它极大的影响了整个增材制造过程的成本和成型效率，目前零件加工完成后，未成型的金属粉末在加工室打开后会被空气氧化，氧化后的金属粉末被作为废料遗弃，造成极大的资源浪费。
发明内容
为改善现有技术的不足，本发明提供一种金属粉末3D打印自动收送粉系统，能够对金属3D打印粉末进行自动收送粉，同时进行废粉回收、处理并循环再利用。
一种金属粉末3D打印自动收送粉系统，包括打印机打印腔，所述打印机打印腔的顶部设置有打印机料仓，所述打印机料仓通过送粉管路与粉缸连接，所述打印机料仓的底部设置有废粉缸，所述废粉缸内用于接收打印机料仓内刮下的金属粉末废粉，所述废粉缸通过废粉管路与粉缸连接，用于将废粉导入粉缸中。
根据本发明的实施方案，所述废粉缸通过废粉定量送粉器与废粉管路连接，所述废粉缸的上部设置有废粉缸高粉位感应开关，下部设置有废粉缸低粉位感应开关。
根据本发明的实施方案，所述废粉定量送粉器所述废粉定量送粉器上设置有废粉定量送粉器高粉位感应开关。
根据本发明的实施方案，所述废粉定量送粉器通过废粉缸下粉蝶阀与述废粉缸连接，通过废粉定量送粉器下粉蝶阀与废粉管路连接。
根据本发明的实施方案，所述打印机料仓的顶部设置有旋风分离器，所述旋风分离器通过供粉管道与粉缸连接。
所述金属粉末先进入旋风分离器中进行均匀分配，再进入打印机料仓，避免金属粉末堵塞造成供粉故障。
根据本发明的实施方案，所述旋风分离器通过第二定量送粉器与打印机料仓连接，优选所述第二定量送粉器上设置有金属粉末感应开关，当金属粉末从旋风分离器进入第二定量送粉器时，金属粉末感应开关被触发，第二定量送粉器向打印机料仓进行送粉操作并计量。
根据本发明的实施方案，所述收送粉系统还包括反吹组件，所述反吹组件用于为收送粉系统提供负压，所述反吹组件设置在系统中任何可以与送粉管路和废粉管路连通之处，所述反吹组件包括任何可以提供负压的装置，例如包括脉冲反吹仪。
根据本发明的实施方案，所述送粉管路和废粉管路均与反吹组件连通。
根据本发明的实施方案，所述粉缸通过排气桶与反吹组件连接，例如所述脉冲反吹仪设置在排气桶上，所述排气桶与送粉管路、废粉管路和粉缸连通。
根据本发明的实施方案，所述排气桶内设置有过滤芯，脉冲反吹仪进行反吹时，气体通过滤芯后再进入体系内部，避免反吹气体中的污染物进入体系内部。
根据本发明的实施方案，所述收送粉系统还包括换气组件，所述换气组件用于向系统内充入惰性气体，所述换气组件设置在系统中任何可以与送粉管路和废粉管路连通之处，所述换气组件包括任何可以提供惰性气体的装置。
根据本发明的实施方案，所述换气组件包括惰性气体进口，所述惰性气体进口优选设置在粉缸上，优先保证粉缸内金属粉末不与含氧气体例如空气接触，所述惰性气体进口与外部的惰性气体供应设备连接，例如与氩气气缸连接。
根据本发明的实施方案，所述换气组件还包括风机，所述风机与惰性气体进口之间还设置有风机滤芯，例如，所述风机通过风机滤芯与排气桶连通。
根据本发明的实施方案，所述风机的出气端与送粉管路和废粉管路连通，且所述风机的出气端还连接一排气口。
作为一个实例地，所述风机与送粉管路、废粉管路和排气口之间均设置有蝶阀。
根据本发明的实施方案，所述粉缸上还设置有粉缸高粉位感应开关和粉缸低粉位感应开关，所述粉缸高粉位感应开关设置在粉缸的中上部，所述粉缸低粉位感应开关设置在粉缸的下部，例如底部。
根据本发明的实施方案，所述粉缸上还设置有称重传感器组件，所述称重传感器组件用于对粉缸内部的金属粉末进行称重，便于实时观察粉缸内金属粉末的量，确定是否需要添加。
根据本发明的实施方案，所述粉缸与供粉管道之间还设置有筛分机构，所述筛分机构用于对粉缸中的粉料进行筛分，去除颗粒较大的不合格金属粉末后再通过供粉管道导入旋风分离器中，避免大颗粒金属粉末进入打印机打印腔中影响打印质量。
根据本发明的实施方案，所述筛分机构包括筛网和动力机构，所述动力机构用于带动筛网振动以实现筛分，优选地，所述筛网和动力机构均被包覆在密闭容器中，使得所述筛分在惰性氛围下进行。
根据本发明的实施方案，所述动力机构可以为振动仪，例如为超声振动电机。
根据本发明的实施方案，所述筛分机构的底部通过第一定量送粉器与送粉管路连接，优选地，所述第一定量送粉器上设置有高粉位感应开关，当第一定量送粉器内的粉量达到高粉位感应开关时，高粉位感应开关被触发，第一定量送粉器向打印机料仓进行送粉操作并计量。
根据本发明的实施方案，所述筛分机构还包括废粉桶，所述废粉桶连接在筛分机构的上部，用于吸入并存放筛分后不合格的金属粉末。
根据本发明的实施方案，所述废粉桶的上部设置有废粉高粉位感应开关，当废粉量达到废粉高粉位感应开关所在高度时，触发所述废粉高粉位感应开关，提醒更换所述废粉桶。
根据本发明的实施方案，所述打印机打印腔上设置有吸料枪，吸料枪的一端伸入打印机打印腔内，另一端通过管道连接在排气桶的底部，所述吸料枪用于打印结束后，对腔内的金属粉末进行吸料。
根据本发明的实施方案，所述打印机打印腔通过腔内收粉管路与外部连接。
本发明还提供一种金属3D打印的方法，包括采用上述自动收送粉系统进行打印操作。
有益效果
1、本发明金属3D打印真空自动收送粉系统在运行时，金属粉末全程在负压条件和惰性气体保护下进行回收和输送，极大提高金属3D打印机在工作过程中的安全性；本发明兼顾金属3D打印过程中废粉自动回收处理再利用和自动收送粉打印功能，极大降低了手工操作，极大提高了打印机的打印效率。
2、本发明中使用旋风分离器，避免金属粉末在回收和输送的过程中发生粉末堵塞的现象，大大提高了整体金属3D打印系统的稳定性和持续工作性；打印机打印腔的腔内设置有吸料枪，可在打印结束后对腔内金属粉末进行吸料，大大提高了吸料操作的便捷性。
附图说明
图1为本发明中金属3D打印真空自动收送粉系统的结构示意图。
其中，1-旋风分离器，2-旋风分离器下粉蝶阀，3-金属粉末感应开关，4-定量送粉器下粉蝶阀，5-打印机料仓，6-料仓高粉位感应开关，7-料仓低粉位感应开关，8-打印机打印腔，9-吸料枪，10-废粉缸高粉位感应开关，11-废粉缸，12-废粉缸低粉位感应开关，13-废粉缸下粉蝶阀，14-废粉定量送粉器高粉位感应开关，15-废粉定量送粉器，16-废粉定量送粉器下粉蝶阀，17-常闭蝶阀，18-氩气进口，19-粉缸高粉位感应开关，20-称重传感器组件，21-粉缸低粉位感应开关，22-粉缸下粉蝶阀，23-废粉排出蝶阀，24-废粉缸高粉位感应开关，25-废粉桶，26-定量送粉器高粉位感应开关，27-过滤芯，28-排气桶，29-排气筒下粉蝶阀，30-粉缸，31-超声和振动电机，32-定量送粉器，33-定量送粉器下粉蝶阀，34-压力开关，35-第一蝶阀，36-风机滤芯，37-氧含量传感器，38-风机，39-第二蝶阀，40-第三蝶阀，41-第四蝶阀，42-脉冲反吹仪，43-定量送粉器，44-供粉管路，45-废粉管路，46-腔内收粉管路，47-筛网。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的结构、方法和应用做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1
一种金属3D打印真空自动收送粉系统，包括自上而下依次设置的旋风分离器1、打印机料仓5、打印机打印腔8和废粉缸11，旋风分离器1通过供粉管路44与粉缸30连接，供粉管路45连接在粉缸30的底部，废粉缸11通过废粉管路45与粉缸30连接，将废粉送入粉缸30中再次利用。
粉缸30上自上而下依次设置有氩气进口18、粉缸高粉位感应开关19、称重传感器组件20和粉缸低粉位感应开关21，粉缸30的顶部通过排气筒下粉蝶阀29与排气桶28连接，排气桶28内设置有过滤芯27，排气桶28通过第一供粉管路44与旋风分离器1连接，通过废粉管路45与废粉定量送粉器15连接。
粉缸30与供粉管路44之间设置有筛网47和第一定量送粉器32，粉缸30中的金属粉末通过筛网47过筛后进入第一定量送粉器32，不合格的金属粉末进入废料桶25，筛网47通过超声和振动电机31驱动，第一定量送粉器32上设置有定量送粉器高粉位感应开关26，第一定量送粉器32的底部通过定量送粉器下粉蝶阀33与供粉管路44连接。
粉缸30顶部与一排气桶28连接，排气桶28上设置有脉冲反吹仪，排气桶28内设置有过滤芯27，供粉管路44、废粉管路45均连接在排气桶28的底部。
废粉缸11通过废粉定量送粉器15与废粉管路45连接，废粉缸11与废粉定量送粉器15之间设置有废粉缸下粉蝶阀13，废粉定量送粉器15上设置有废粉定量送粉器高粉位感应开关14，废粉定量送粉器15与废粉管路45之间设置有废粉定量送粉器下粉蝶阀16，废粉缸11上设置有废粉缸高粉位感应开关10和废粉缸低粉位感应开关12。
旋风分离器1与打印机料仓5之间设置有第二定量送粉器43，旋风分离器1与第二定量送粉器43之间设置有旋风分离器下粉蝶阀2，第二定量送粉器43的上部设置有金属粉末感应开关3，第二定量送粉器43与打印机料仓5之间设置有定量送粉器下粉蝶阀4。
打印机料仓5上设置有料仓高粉位感应开关6和料仓低粉位感应开关7，打印机打印腔8上设置有吸料枪9，吸料枪9的一端伸入打印机打印腔8内，另一端通过管道连接在排气桶28的底部，且连接之处设置有常闭蝶阀17，打印机打印腔8还通过腔内收粉管路46与外部连接。
排气桶28通过风机滤芯36与风机38连接，风机38的底部设置有若干蝶阀39，其中一蝶阀与排气口连接，一蝶阀通过腔内收粉管路46与打印机打印腔8连接，一蝶阀通过供粉管路44与旋风分离器1连接，一蝶阀与废粉管路45连接。
本实施例的工作原理如下：粉缸30安装在超声和振动电机31上面，开启超声和振动电机31后，金属粉末进入筛网47过筛，尺寸小于筛网网孔即合格的金属粉末落入筛网下方进入第一定量送粉器32，尺寸大于筛网网孔即不合格的大颗粒金属粉末作为废粉进入到废粉桶25清除。
第一定量送粉器32通过供粉管路44与旋风分离器1连接，将筛选后合格的金属粉末进入到旋风分离器1中，旋风分离器1通过第二定量送粉器43将合格的金属粉末送入打印机料仓5内，为打印机打印腔8供粉；打印机打印腔8后刮下的剩余粉末直接进入废粉缸11中，再通过废粉定量送粉器15、废粉管路45将粉末重新送入到粉缸30进行筛选再输送利用。
以上所有管路均采用不锈钢管。
本实施例的设备在运行按以下方法进行控制：
1.氧含量控制
氧含量传感器37监测系统内部的含氧量超限值时，依次开启氩气进口阀18开启、蝶阀29、风机38，同时打开第二蝶阀39、第三蝶阀40、第四蝶阀41、第一蝶阀35，氩气进入系统直到氧含量达到预定限值后，关闭第二蝶阀39、第三蝶阀40、第四蝶阀41、第一蝶阀35、排气筒下粉蝶阀29和氩气进口18处的蝶阀。在系统进行任意操作过程中，发生氧含量超限事件时，立即执行氧含量控制，以保证系统安全。
2.粉回收控制
当废粉缸11内的废粉堆积至废粉缸高粉位感应开关10的位置时，废粉缸高粉位感应开关10被触发，粉回收系统启动，首先关闭废粉缸11的下粉蝶阀13，然后开启废粉定量送粉器下粉蝶阀16、启动风机38、开启蝶阀D3，废粉经过废粉定量送粉器15后依次通过废粉管路45、排气桶28进入粉缸30，延时依次关闭风机38、蝶阀D3、废粉定量送粉器下粉蝶阀16，再开启废粉缸下粉蝶阀13，使用脉冲反吹42开启反吹操作一次，将排气桶28中的残余粉末吹入粉缸30中，保证管路中午残留金属粉末，保证回收管路的安全性。
3.粉供应控制
当废粉缸11内的废粉量低于废粉缸低粉位感应开关12的位置时，废粉缸低粉位感应开关12被触发时，开启废粉缸11的下粉蝶阀13，关闭废粉定量送粉器下粉蝶阀16，
粉缸下粉蝶阀22开启，延时2S后关闭，延时120S后再开启超声波和振动电机31直至定量送粉器高位感应开关26被触发，再依次开启风机38、第一蝶阀35、定量送粉器下粉蝶阀33，延时20S后关闭定量送粉器下粉蝶阀33，待定量送粉器高位感应开关26被触发后，开启定量送粉器下粉蝶阀33并延时20S后，如此循环直至料仓高粉位感应开关6被触发，依次关闭粉缸下粉蝶阀22、超声波和振动电机31、风机38、第一蝶阀35和定量送粉器下粉蝶阀33。
4.旋风分离器部分控制：
金属粉末感应开关3被触发，关闭旋风分离器下粉蝶阀2，打开定量送粉器下粉蝶阀4并延时10s后关闭，再打开旋风分离器下粉蝶阀2，如此循环直至料仓高粉位感应开关6被触发或者手动结束粉供应路，结束供粉循环，开启脉冲反吹42反吹操作一次，将排气桶28中的残余粉末回收并保证系统安全。
5.腔内吸料控制
该控制由手动进行开启，在打印结束后，对打印机腔体内部的金属粉末残余进行吸料清洁，包括如下步骤：
依次开启风机38、常闭蝶阀17直至手动关闭按钮按下后，再依次关闭风机38、蝶阀40和常闭蝶阀17，开启脉冲反吹42执行一次反吹操作。
6.反吹操作
打开排气筒下粉蝶阀29和脉冲反吹电磁阀42，延时5S后关闭脉冲反吹电磁阀42和排气筒下粉蝶阀29，即完成一次反吹操作。
当废粉缸高粉位感应开关24触发，报警提示更换废料桶25。
本实施例，旋风分离器下粉蝶阀2和废粉缸下粉蝶阀13为常开蝶阀，其余蝶阀均为常闭蝶阀。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种金属粉末3D打印自动收送粉系统，包括打印机打印腔，其特征在于，所述打印机打印腔的顶部设置有打印机料仓，所述打印机料仓通过送粉管路与粉缸连接，所述打印机料仓的底部设置有废粉缸，所述废粉缸用于接收打印机料仓内刮下的金属粉末废粉，所述废粉缸通过废粉管路与粉缸连接，用于将废粉导入粉缸中，所述打印机料仓的顶部设置有旋风分离器，所述旋风分离器通过供粉管道与粉缸连接，所述旋风分离器通过第二定量送粉器与打印机料仓连接，所述收送粉系统还包括反吹组件，所述反吹组件包括脉冲反吹仪，所述反吹组件用于为收送粉系统提供负压，所述反吹组件设置在系统中与送粉管路和废粉管路连通之处；所述粉缸通过排气桶与反吹组件连接，所述排气桶与送粉管路、废粉管路和粉缸连通；
所述打印机打印腔上设置有吸料枪，吸料枪的一端伸入打印机打印腔内，另一端通过管道连接在排气桶的底部，所述吸料枪用于打印结束后，对腔内的金属粉末进行吸料。
2.根据权利要求1所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述废粉缸通过废粉定量送粉器与废粉管路连接，所述废粉缸的上部设置有废粉缸高粉位感应开关，下部设置有废粉缸低粉位感应开关。
3.根据权利要求2所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述废粉定量送粉器上设置有废粉定量送粉器高粉位感应开关。
4.根据权利要求3所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述废粉定量送粉器通过废粉缸下粉蝶阀与述废粉缸连接，通过废粉定量送粉器下粉蝶阀与废粉管路连接。
5.根据权利要求1所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述第二定量送粉器上设置有金属粉末感应开关，当金属粉末从旋风分离器进入第二定量送粉器时，金属粉末感应开关被触发，第二定量送粉器向打印机料仓进行送粉操作并计量。
6.根据权利要求1所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述送粉管路和废粉管路均与反吹组件连通。
7.根据权利要求1所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述排气桶内设置有过滤芯，脉冲反吹仪进行反吹时，气体通过滤芯后再进入体系内部，避免反吹气体中的污染物进入体系内部。
8.根据权利要求1至5任一项所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述收送粉系统还包括换气组件，所述换气组件用于向系统内充入惰性气体，所述换气组件设置在系统中任何与送粉管路和废粉管路连通之处，所述换气组件包括任何提供惰性气体的装置。
9.根据权利要求8所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述换气组件包括惰性气体进口，所述惰性气体进口设置在粉缸上，优先保证粉缸内金属粉末不与含氧气体接触，所述惰性气体进口与外部的惰性气体供应设备连接。
10.根据权利要求9所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述惰性气体进口与外部的氩气气缸连接。
11.根据权利要求9所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述换气组件还包括风机，所述风机与惰性气体进口之间还设置有风机滤芯。
12.根据权利要求11所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述风机通过风机滤芯与排气桶连通。
13.根据权利要求1至5任一项所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述粉缸上还设置有粉缸高粉位感应开关和粉缸低粉位感应开关，所述粉缸高粉位感应开关设置在粉缸的中上部，所述粉缸低粉位感应开关设置在粉缸的下部。
14.根据权利要求1至5任一项所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述粉缸上还设置有称重传感器组件，所述称重传感器组件用于对粉缸内部的金属粉末进行称重，便于实时观察粉缸内金属粉末的量，确定是否需要添加。
15.根据权利要求1至5任一项所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述粉缸与供粉管道之间还设置有筛分机构，所述筛分机构用于对粉缸中的粉料进行筛分，去除颗粒较大的不合格金属粉末后再通过供粉管道导入旋风分离器中，避免大颗粒金属粉末进入打印机打印腔中影响打印质量。
16.根据权利要求15所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述筛分机构包括筛网和动力机构，所述动力机构用于带动筛网振动以实现筛分。
17.根据权利要求16所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述筛网和动力机构均被包覆在密闭容器中，使得所述筛分在惰性氛围下进行。
18.根据权利要求16所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述动力机构为振动仪。
19.根据权利要求18所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述振动仪为超声振动电机。
20.根据权利要求16所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述筛分机构的底部通过第一定量送粉器与送粉管路连接。
21.根据权利要求20所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述第一定量送粉器上设置有高粉位感应开关，当第一定量送粉器内的粉量达到高粉位感应开关时，高粉位感应开关被触发，第一定量送粉器向打印机料仓进行送粉操作并计量。
22.根据权利要求21所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述筛分机构还包括废粉桶，所述废粉桶连接在筛分机构的上部，用于吸入并存放筛分后不合格的金属粉末。
23.根据权利要求22所述的金属粉末3D打印自动收送粉系统，其特征在于，所述废粉桶的上部设置有废粉高粉位感应开关，当废粉量达到废粉高粉位感应开关所在高度时，触发所述废粉高粉位感应开关，提醒更换所述废粉桶。
24.一种金属3D打印的方法，包括采用权利要求1至23任一项所述自动收送粉系统进行打印操作。
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