CN115041703B - 一种回收选区激光熔化梯度粉末装置及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种回收选区激光熔化梯度粉末装置及回收方法，其装置包括超声波吸粉装置、立式支撑架、第一真空泵、密封装置、第二旋转电机、储粉袋、真空箱、振动筛、废料罐、第二真空泵、输粉管、冷却装置、水箱和螺旋式输粉管。本发明通过冷却装置的冷却有效的减少了金属粉末爆炸的风险，本发明通过多次振动筛选，筛选出最优的梯度粉末。本发明的结构简单，可控性强，操作条件易实现，有效的避免了不同粉末的混合粘连，提高了梯度粉末的回收率，实现了成分不同的梯度材料的制造，真空操作减少与空气的接触，且无需人工直接接触粉末，避免对工人的健康造成损害。

Description

一种回收选区激光熔化梯度粉末装置及回收方法

技术领域

本发明涉及激光选区熔化装备技术领域，尤其是涉及一种回收选区激光熔化梯度粉末装置及回收方法。

技术背景

激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)，是金属增材制造技术的一种；于1885年由德国Frauhofer研究所提出，其是在金属粉末选择性激光烧结(SLS)的基础上发展起来的。该技术通过激光作为能量源，按照三维模型中规划好的路径在金属粉层上进行逐层扫描，扫描过的金属粉末熔化-凝固后，形成金属的冶金结合，最终获得模型所设计的金属零件。与其他增材技术相比，SLM技术具有较高的熔化和凝固速度，能够制造复杂度高、精度高的零件，已经在航空航天、医疗、模具等领域成功应用。

梯度功能材料(FGM)是指材料的成分、组织和性能在不同部位上各不相同。在实际工程应用中，对零件不同部位的成分、组织和性能的要求各不相同；传统的SLM用同种材料进行加工，不足以解决问题。面对这种问题可以用多种材料快速成型制造作为解决方案。但多种材料同时进行快速成型制造，会造成不同粉末混合，分离回收困难的问题。

目前的选区激光熔化粉末回收技术，粉末回收率较低，主要依靠人工进行回收利用，回收难度大且效率低下，容易造成污染和浪费；对于金属粉末，与空气直接接触极易造成危险。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个方式的目的之一是提供一种回收选区激光熔化梯度粉末装置，是能够分离梯度粉末，并对其进行筛选，真空操作减少与空气的接触，减少人工操作有效提高粉末的回收利用率，有效避免了不同粉末的混合粘连。

本发明的一个方式的目的之一提供一种超声波吸粉装置，能够全方位多角度清理成型缸内的未熔粉末，有效的防止了多种粉末的混合，增加了粉末回收率。

本发明的一个方式的目的之一是能够自动识别金属粉末，利用冷却装置减少金属粉末爆炸的风险。

本发明的一个方式的目的之一是设有真空箱，储粉袋回收粉末、自动密封，均在真空箱内完成，真空密封减少与空气的接触，提高了粉末的回收效率，且减少人工直接接触粉末，避免对工人的健康造成损害。

本发明的一个方式的目的之一是提供一种所述回收选区激光熔化梯度粉末装置的回收方法。

注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。

本发明的技术方案是：一种回收选区激光熔化梯度粉末装置，包括超声波吸粉装置、立式支撑架、筛分装置、废料回收装置、输粉管、冷却装置和控制器；

所述超声波吸粉装置安装在立式支撑架上；立式支撑架安装在打印平台上；所述筛分装置的顶部通过输粉管与超声波吸粉装置连接，输粉管中间设有螺旋式输粉管，螺旋式输粉管段设有冷却装置；所述螺旋式输粉管中设有金属粉末传感器，金属粉末传感器用于检测螺旋式输粉管内的粉末质地是否为金属，并将信号发动给控制器；

所述筛分装置内设置至少一张筛网将壳体分成至少上下两个区域，上区域与废料回收装置连接，最下的区域与储粉袋连接；

所述控制器分别与超声波吸粉装置、筛分装置、废料回收装置、金属粉末传感器和冷却装置连接。

上述方案中，所述超声波吸粉装置包括第一旋转电机、第一伸缩电机、至少一个吸粉罩、扁平状吸粉头、超声波换能器、超声波发生器和套筒；

所述第一旋转电机与套筒的上部连接，第一旋转电机用于驱动套筒旋转，所述扁平状吸粉头与套筒的下部连接，伸缩电机与扁平状吸粉头连接，用于驱动扁平状吸粉头上下移动，超声波换能器设置在扁平状吸粉头上，所述超声波换能器上安装有超声波发生器，所述吸粉罩通过吸粉管与套筒连通，吸粉管与第二伸缩电机连接，第二伸缩电机用于驱动吸粉管的伸缩。

进一步的，所述吸粉罩包括第一吸粉罩和第二吸粉罩；所述第一吸粉罩与第二吸粉罩分别安装在套筒的两侧。

上述方案中，所述冷却装置包括水箱和水管，所述螺旋式输粉管位于水箱内,螺旋式输粉管的两端分别与输粉管连通，水箱与水管连接，水管上设有阀门；阀门与控制器连接。

上述方案中，所述筛分装置包括壳体和振动电机；

所述壳体内从上至下依次设置第一筛网和第二筛网，将壳体内从上至下依次分为第一区域、第二区域和第三区域，第一筛网的孔径比第二筛网的孔径大；壳体的顶部设有进料口，壳体上位于第一区域的位置设有第一废料口，壳体上位于第二区域设有第二废料口，壳体的底部设有出料口，出料口与储粉袋连接；振动电机安装在壳体上。

上述方案中，所述废料回收装置包括废料罐和第二真空泵；

所述废料罐与筛分装置的第一废料口和第二废料口连通，所述第二真空泵与废料罐连接。

上述方案中，还包括真空箱；

所述真空箱与第一真空泵与连接；所述真空箱内设有密封装置、第二旋转电机、连接件、重量传感器和储粉袋；

所述密封装置和第二旋转电机安装在基座上，密封装置位于第二旋转电机的上方；

所述重量传感器用于检测储粉袋的重量是否达到预设值，并将信号发送给控制器，控制器与密封装置和第二旋转电机连接；

所述储粉袋通过连接件与第二旋转电机连接，第二旋转电机将储粉袋旋转至密封装置的下方，密封装置用于将储粉袋密封。

上述方案中，所述打印平台上设有水平布置的轨道，立式支撑架安装在轨道上能够沿水平方向移动。

一种回收选区激光熔化梯度粉末装置的回收方法，包括如下步骤：

吸粉：当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置移动到成型缸的上方进行吸粉工作，同时开启废料回收装置，将未熔化的粉末通过输粉管吸收到筛分装置里；

冷却：未熔化的粉末经过螺旋式输粉管时，金属粉末传感器检测螺旋式输粉管内的粉末质地是否为金属，并将信号发动给控制器，如果为金属粉末则开启冷却装置，对螺旋式输粉管内的粉末进行冷却，反之，则直接进入筛分装置；

回收：当粉末经过筛分装置处理过后，筛分装置里最下的区域粉末进入储粉袋，其余区域的粉末回收至废料回收装置；

粉末完成回收工作后，将超声波吸粉装置远离成型缸，继续另一种粉末的打印工作，打印工作结束后则重复执行上述吸粉、冷却和回收的步骤直到零件打印完成。

一种回收选区激光熔化梯度粉末装置的回收方法，还包括真空密封的步骤：

所述第一真空泵对真空箱进行抽真空处理；

所述重量传感器检测储粉袋的重量是否达到预设值，并将信号发送给控制器，控制器控制第二旋转电机将储粉袋旋转至密封装置的下方，密封装置将储粉袋密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

根据本发明的一个方式，所述回收选区激光熔化梯度粉末装置，能够分离梯度粉末，并对其进行筛选，真空操作减少与空气的接触，减少人工操作有效提高粉末的回收利用率，有效避免了不同粉末的混合粘连。

根据本发明的一个方式，通过超声波吸粉装置能够全方位多角度清理成型缸内的未熔粉末，有效的防止了多种粉末的混合，增加了粉末回收率。

根据本发明的一个方式，通过螺旋式输粉管中设有金属粉末传感器能够自动识别金属粉末，利用冷却装置减少金属粉末爆炸的风险。

根据本发明的一个方式，设有真空箱，储粉袋回收粉末、自动密封，均在真空箱内完成，真空密封减少与空气的接触，提高了粉末的回收效率，且无需人工直接接触粉末，避免对工人的健康造成损害。

注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式并不一定必须具有所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书等的记载显而易见地看出并抽出上述以外的效果。

附图说明

图1为本发明一实施方式的回收选区激光熔化梯度粉末的装置的结构示意图。

图2为本发明一实施方式的回收选区激光熔化梯度粉末的装置的三维模型图。

图3为本发明一实施方式的超声波吸粉装置结构示意图。

图4为本发明一实施方式的筛分装置结构示意图。

图中，1.超声波吸粉装置；101.第一旋转电机；102.第一伸缩电机；103.第一吸粉罩；104.扁平状吸粉头；105.超声波换能器；106.超声波发生器；107.第二吸粉罩，108.套筒；109.第二伸缩电机；2.立式支撑架；3.打印平台；4.成型缸；5.第一真空泵；6.密封装置；7.第二旋转电机；8.连接件；9.真空箱；10.筛分装置；1001.进料口；1002.第一废料口；1003.出料口；1004.振动电机；1005.第一筛网；1006.第二筛网；1007.壳体；1008.第二废料口；11.废料罐；12.第二真空泵；13.输粉管；14.冷却装置；15.水箱；16.螺旋式输粉管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中从始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“水平”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确看具体的规定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为所述回收选区激光熔化梯度粉末装置的一种较佳实施方式，包括超声波吸粉装置1、立式支撑架2、筛分装置10、输粉管13、冷却装置14和控制器。

如图2所示所述超声波吸粉装置1安装在立式支撑架2上；立式支撑架2安装在打印平台3上；所述筛分装置10的顶部通过输粉管13与超声波吸粉装置1连接，输粉管13中间设有螺旋式输粉管16，螺旋式输粉管16段设有冷却装置14；所述螺旋式输粉管16中设有金属粉末传感器，金属粉末传感器用于检测螺旋式输粉管16内的粉末质地是否为金属，并将信号发动给控制器。

所述筛分装置10内设置至少一张筛网将壳体1007分成至少上下两个区域，上区域与废料回收装置连接，最下的区域与储粉袋连接。

所述控制器分别与超声波吸粉装置1、筛分装置10、废料回收装置、金属粉末传感器和冷却装置14连接。

优选的，所述成型缸4由耐高温材料制成。

如图3所示，所述超声波吸粉装置1包括第一旋转电机101、第一伸缩电机102、至少一个吸粉罩、扁平状吸粉头104、超声波换能器105、超声波发生器106和套筒108；

所述第一旋转电机101与套筒108的上部连接，第一旋转电机101用于驱动套筒108旋转，所述扁平状吸粉头104与套筒108的下部连接，伸缩电机102与扁平状吸粉头104连接，用于驱动扁平状吸粉头104上下移动，超声波换能器105设置在扁平状吸粉头104上，所述超声波换能器105上安装有超声波发生器106，所述吸粉罩通过吸粉管与套筒108连通，吸粉管与第二伸缩电机109连接，第二伸缩电机109用于驱动吸粉管的伸缩。

优选的，所述吸粉罩包括第一吸粉罩103和第二吸粉罩107；所述第一吸粉罩103与第二吸粉罩107分别安装在套筒108的两侧。

优选的，所述超声波发生器106采用型号为JCC-2的超声波发生器106或其他不同型号的超声波发生器106；优选的，所述超声波换能器105采用型号为SL-HF的超声波换能器105。

优选的，所述冷却装置14包括水箱15和水管，所述螺旋式输粉管16位于水箱15内,螺旋式输粉管16的两端分别与输粉管13连通，水箱15与水管连接，水管上设有阀门；阀门与控制器连接。

优选的，所述螺旋式输粉管16与水箱15为耐高温的材料；所述耐高温材料为胶粉聚苯材料，该材料阻燃性性能好。所述螺旋式输粉管16中间安装有金属粉末传感器，用于实时检测螺旋式输粉管16内的粉末质地，粉末进入输粉管13时的金属传感器会判别粉末质地，如果为金属粉末则开启冷却装置14，反之，则直接进入筛分装置10。

优选的，所述金属粉末传感器安装在螺旋式输粉管16的最前端；优选的，所述螺旋式输粉管16的螺旋式设计是为了延长粉末在管道内的流动时间，提高冷却效果；优选的，所述水箱15的形状为长方体；优选的，所述冷却装置14位于打印平台3上方。

优选的，所述筛分装置10包括壳体1007和振动电机1004；

如图4所示，所述壳体1007内从上至下依次设置第一筛网1005和第二筛网1006，将壳体1007内从上至下依次分为第一区域、第二区域和第三区域，第一筛网1005的孔径比第二筛网1006的孔径大；壳体1007的顶部设有进料口1001，壳体1007上位于第一区域的位置设有第一废料口1002，壳体1007上位于第二区域设有第二废料口1008，壳体1007的底部设有出料口1003，出料口1003与储粉袋连接；振动电机1004安装在壳体1007上。

优选的，所述第一筛网1005、第二筛网1006分别位于壳体1007的三分之一处和三分之二处，第一筛网1005位于第二筛网1006的上方，将壳体1007内部分为筛选区(即第一区域)、过渡区(即第二区域)和合格区(即第三区域)三个部分；优选的，所述第一筛网1005和第二筛网1006的形状为圆形；优选的，进料口1001位于筛选区，第一废料口1002位于筛选区和过渡区，出料口1003位于合格区；优选的，所述进料口1001、第一废料口1002和出料口1003的形状皆为圆柱状，所述进料口1001、第一废料口1002和出料口1003与输粉管13的连接方式为螺纹连接；优选的，壳体1007内部为圆柱形空间；优选的，所述第一筛网1005的网孔直径为10～100μm，第二筛网1006的网孔直径为10～100μm，可以根据不同粉末的粒径需求更改第一筛网1005和第二筛网1006的网孔直径大小，可拆卸式连接为螺纹连接；优选的，所述振动电机1004通过螺纹连接安装在壳体1007的底部；优选的，所诉筛分装置10的壳体1007的形状为圆柱体；优选的，所述壳体1007由金属材料制成；优选的，所述废料罐11一侧设置有排气孔，用于和第二真空泵12连接，连接方式为螺纹连接。

优选的，所述废料回收装置包括废料罐11和第二真空泵12；

所述废料罐11与筛分装置10的第一废料口1002和第二废料口1008连通，所述第二真空泵12与废料罐11连接。

优选的，还包括真空箱9；

所述真空箱9与第一真空泵5与连接；所述真空箱9内设有密封装置6、第二旋转电机7、连接件8、重量传感器和储粉袋；

所述密封装置6和第二旋转电机7安装在基座17上，密封装置6位于第二旋转电机7的上方；

所述连接件8包括送粉管和2个相互配合的固定圈，所述2个固定圈安装在送粉管下端，用于固定储粉袋，所述送粉管上端与筛分装置10连接；

所述重量传感器用于检测储粉袋的重量是否达到预设值，并将信号发送给控制器，控制器与密封装置6和第二旋转电机7连接；

所述储粉袋通过连接件8与第二旋转电机7连接，第二旋转电机7将储粉袋旋转至密封装置6的下方，密封装置6用于将储粉袋密封。

优选的，所述打印平台3上设有水平布置的轨道，立式支撑架2安装在轨道上能够沿水平方向移动。

本发明所述回收选区激光熔化梯度粉末装置，能够分离梯度粉末，并对其进行筛选，真空操作减少与空气的接触，减少人工操作有效提高粉末的回收利用率，有效避免了不同粉末的混合粘连，使SLM过程中的成型材料不在单一，能够制造材料成分不同的梯度功能零件，有效提高了零件的性能。

通过超声波吸粉装置能够全方位多角度清理成型缸内的未熔粉末，有效的防止了多种粉末的混合，增加了粉末回收率。

通过螺旋式输粉管16中设有金属粉末传感器能够自动识别金属粉末，利用冷却装置减少金属粉末爆炸的风险。

设有真空箱，储粉袋回收粉末、自动密封，均在真空箱内完成，真空密封减少与空气的接触，提高了粉末的回收效率，且无需人工直接接触粉末，避免对工人的健康造成损害。

一种回收选区激光熔化梯度粉末装置的回收方法，包括如下步骤：

吸粉：当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置1移动到成型缸4的上方进行吸粉工作，同时开启废料回收装置，将未熔化的粉末通过输粉管13吸收到筛分装置10里；

冷却：未熔化的粉末经过螺旋式输粉管16时，金属粉末传感器检测螺旋式输粉管16内的粉末质地是否为金属，并将信号发动给控制器，如果为金属粉末则开启冷却装置14，对螺旋式输粉管16内的粉末进行冷却，反之，则直接进入筛分装置10；

回收：当粉末经过筛分装置10处理过后，筛分装置10里最下的区域粉末进入储粉袋，其余区域的粉末回收至废料回收装置；

粉末完成回收工作后，将超声波吸粉装置1远离成型缸4，继续另一种粉末的打印工作，打印工作结束后则重复执行上述吸粉、冷却和回收的步骤直到零件打印完成。

一种回收选区激光熔化梯度粉末装置的回收方法，还包括真空密封的步骤：

所述第一真空泵5对真空箱9进行抽真空处理；

所述重量传感器检测储粉袋的重量是否达到预设值，并将信号发送给控制器，控制器控制第二旋转电机7将储粉袋旋转至密封装置6的下方，密封装置6将储粉袋密封。

工作原理：

当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置1移动到成型缸4的上方，开始粉末回收工作，超声波吸粉装置1运作时先由第一吸粉罩103和第二吸粉罩107吸附成型缸4内未熔粉末，然后通过微动伸缩电机102调整扁平状吸粉头104的高度位置，使其可以吸附成型缸中的其余粉末，最后超声波换能器105将输入的电功率转换为机械功率由超声波发生器106发射到成型缸4内，使粉末无法粘连在成型缸4或零件上，粉末进入螺旋式输粉管16后，螺旋式输粉管16里的金属粉末传感器会自动判别粉末质地，如果为金属粉末则开启冷却装置14，反之，则直接进入筛分装置10；筛分装置10将超声波吸粉装置1吸附的粉末通过进料口1001进入筛选区，同时开启壳体1007底部的振动电机1004，通过振动使粉末通过第一筛网1005进入过渡区，再次开启振动电机1004，使粉末通过第二筛网1006进入合格区，经过两次筛分装置筛选，使不合格的粉末或者残渣留在筛选区和过渡区，不合格的粉末通过开启第二真空泵12回收到废料罐11中，而合格的粉末则进入合格区，同时开启第一真空泵5使合格区内的粉末通过出料口1003进入下一阶段，开启第一真空泵5，使真空箱9内处于真空状态，此时储粉袋开始接收筛分装置10合格区内的合格粉末，当储粉袋内装有一定量的合格粉末时，暂停接收粉末，开启第二旋转电机7将储粉袋置于密封装置6下，使用密封装置6对储粉袋进行密封操作，密封完成后更换新的储粉袋用于接收新的粉末，此后重复上述操作。

本发明全方位的清理了成型缸4内的未熔粉末，包括残余在成型缸4缝隙内的粉末以及一些难以清除的粉末，有效的减少了梯度粉末的混合，提高了梯度粉末的回收率，实现了成分不同的梯度材料的制造。本发明通过冷却装置的冷却有效的减少了金属粉末爆炸的风险。本发明通过多次筛分装置筛选，筛选出最优的梯度粉末，有效的提高了梯度粉末的回收利用率。本发明的操作简便，可控性强，自动化程度高，操作条件易实现，有效的避免了不同粉末的混合粘连，真空密封减少与空气的接触，且无需人工直接接触粉末，避免对工人的健康造成损害。

具体实例1：

对纯元素Fe粉和Nb粉进行烘干4小时。

使用强力吸尘器对打印平台3和成型缸4进行清理。

确定SLM打印的形状为10×10×10mm的正方体，上层5mm为Nb粉组成，下层5mm为Fe粉组成。

在计算机相关软件上设置激光束的行走路径，每层打印激光束旋转67°，孵化间距为0.08mm，扫描速度为800mm/s，激光功率为300w，光斑直径为0.1mm，保护气体为氩气，打印时的水氧含量不超过30ppm；输入SLM打印的正方体模型数据。

选区激光熔化之前判别粉末的粘连性，纯元素Fe粉和Nb粉的都是粘连性较小的粉末。

向SLM设备中的储粉仓加入Fe粉。

开始抽真空，等待SLM设备中的水氧含量降至30ppm则开始进行打印工作。

当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置1移动到成型缸4的上方，开始粉末回收工作，Fe粉粘连性较小，使用正常吸附即可完成清理，将未熔化的粉末通过输粉管13回收到筛分装置10里。

与此同时，螺旋式输粉管16里的金属粉末传感器会自动判别粉末质地，如果为金属粉末则开启冷却装置14，反之，则直接进入筛分装置10。

当粉末经过筛分装置10处理过后，残渣收集装置会清理筛分装置10里颗粒较大的废料，而可回收利用的粉末则进入储粉袋。

当Fe粉回收工作完成后，将超声波吸粉装置1远离成型缸。

打开SLM设备使用强力吸尘器清理储粉仓。

清理工作完成后继续向SLM设备中的储粉仓加Nb粉。

开始抽真空，等待SLM设备中的水氧含量降至30ppm则开始进行打印工作。

当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置1移动到成型缸4的上方，开始粉末回收工作，Nb粉粘连性较小，使用正常吸附即可完成清理，将未熔化的粉末通过输粉管13回收到筛分装置10里。

与此同时，螺旋式输粉管16里的金属粉末传感器会自动判别粉末质地，如果为金属粉末则开启冷却装置14，反之，则直接进入筛分装置10。

当粉末经过筛分装置10处理过后，残渣收集装置会清理筛分装置10里颗粒较大的废料，而可回收利用的粉末则进入储粉袋。

打印及粉末回收工作完成后，关闭SLM设备，静置一个晚上使基板冷却，第二天取出基板于打印模型以及回收的粉末，完成回收选区激光熔化梯度粉末的工作。

具体实例2：

对钛合金粉末和纯元素Nb粉进行烘干4小时。

使用强力吸尘器对打印平台3和成型缸4进行清理。

确定SLM打印的形状为10×10×10mm的正方体，上层5mm为Nb粉组成，下层5mm为钛合金粉末组成。

在计算机相关软件上设置激光束的行走路径，每层打印激光束旋转67°，孵化间距为0.08mm，扫描速度为1000mm/s，激光功率为200w，光斑直径为0.1mm，保护气体为氩气，打印时的水氧含量不超过30ppm；输入SLM打印的正方体模型数据。

选区激光熔化之前判别粉末的粘连性，钛合金粉末的粘连性较大，纯元素Nb粉粘连性较小。

向SLM设备中的储粉仓加入钛合金粉末。

开始抽真空，等待SLM设备中的水氧含量降至30ppm则可以开始进行打印工作。

当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置1移动到成型缸4的上方，开始粉末回收工作，钛合金粉末粘连性较大，在吸粉的同时打开超声波发射器，发射超声波使粘连在成型缸上的钛合金粉末自动脱落下来，能够被吸粉头吸附，将未熔化的粉末通过输粉管13回收到筛分装置10里。

与此同时，螺旋式输粉管16里的金属粉末传感器会自动判别粉末质地，如果为金属粉末则开启冷却装置14，反之，则直接进入筛分装置10。

当粉末经过筛分装置10处理过后，残渣收集装置会清理筛分装置10里颗粒较大的废料，而可回收利用的粉末则进入储粉袋。

当钛合金粉末回收工作完成后，将超声波吸粉装置1远离成型缸。

打开SLM设备使用强力吸尘器清理储粉仓。

清理工作完成后继续向SLM设备中的储粉仓加Nb粉。

开始抽真空，等待SLM设备中的水氧含量降至30ppm则可以开始进行打印工作。

当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置1移动到成型缸4的上方，开始粉末回收工作，Nb粉粘连性较小，使用正常吸附即可完成清理，将未熔化的粉末通过输粉管13回收到筛分装置10里。

与此同时，螺旋式输粉管16里的金属粉末传感器会自动判别粉末质地，如果为金属粉末则开启冷却装置14，反之，则直接进入筛分装置10。

当粉末经过筛分装置10处理过后，残渣收集装置会清理筛分装置10里颗粒较大的废料，而可回收利用的粉末则进入储粉袋。

打印及粉末回收工作完成后，关闭SLM设备，静置一个晚上使基板冷却，第二天取出基板于打印模型以及回收的粉末，完成回收选区激光熔化梯度粉末的工作。

具体实例3：

对钛合金粉末和纯元素C粉进行烘干4小时。

使用强力吸尘器对打印平台3和成型缸4进行清理。

确定SLM打印的形状为10×10×10mm的正方体，上层5mm为C粉组成，下层5mm为钛合金粉末组成。

在计算机相关软件上设置激光束的行走路径，每层打印激光束旋转67°，孵化间距为0.08mm，扫描速度为1250mm/s，激光功率为120w，光斑直径为0.1mm，保护气体为氩气，打印时的水氧含量不超过30ppm；输入SLM打印的正方体模型数据。

选区激光熔化之前判别粉末的粘连性，钛合金粉末的粘连性较大，纯元素Nb粉粘连性较小。

向SLM设备中的储粉仓加入钛合金粉末。

开始抽真空，等待SLM设备中的水氧含量降至30ppm则可以开始进行打印工作。

当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置1移动到成型缸4的上方，开始粉末回收工作，钛合金粉末粘连性较大，在吸粉的同时打开超声波发射器，发射超声波使粘连在成型缸上的钛合金粉末自动脱落下来，能够被吸粉头吸附，将未熔化的粉末通过输粉管13回收到筛分装置10里。

与此同时，螺旋式输粉管16里的金属粉末传感器会自动判别粉末质地，如果为金属粉末则开启冷却装置14，反之，则直接进入筛分装置10。

当粉末经过筛分装置10处理过后，残渣收集装置会清理筛分装置10里颗粒较大的废料，而可回收利用的粉末则进入储粉袋。

当钛合金粉末回收工作完成后，将超声波吸粉装置1远离成型缸。

打开SLM设备使用强力吸尘器清理储粉仓。

清理工作完成后继续向SLM设备中的储粉仓加C粉。

开始抽真空，等待SLM设备中的水氧含量降至30ppm则可以开始进行打印工作。

当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置1移动到成型缸4的上方，开始粉末回收工作，C粉的粘连性较大，在吸粉的同时打开超声波发射器，发射超声波使粘连在成型缸上的C粉自动脱落下来，能够被吸粉头吸附，将未熔化的粉末通过输粉管13回收到筛分装置10里。

与此同时，螺旋式输粉管16里的金属粉末传感器会自动判别粉末质地，如果为金属粉末则开启冷却装置14，反之，则直接进入筛分装置10。

当粉末经过筛分装置10处理过后，残渣收集装置会清理筛分装置10里颗粒较大的废料，而可回收利用的粉末则进入储粉袋。

打印及粉末回收工作完成后，关闭SLM设备，静置一个晚上使基板冷却，第二天取出基板于打印模型以及回收的粉末，完成回收选区激光熔化梯度粉末的工作。

上述实施例1-3中的粉末均能够有效的进行回收工作。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的包含范围之内。

Claims (7)

1.一种回收选区激光熔化梯度粉末装置，其特征在于，包括超声波吸粉装置（1）、立式支撑架（2）、筛分装置（10）、废料回收装置、输粉管（13）、冷却装置（14）和控制器；所述超声波吸粉装置（1）安装在立式支撑架（2）上；立式支撑架（2）安装在打印平台（3）上；所述筛分装置（10）的顶部通过输粉管（13）与超声波吸粉装置（1）连接，输粉管（13）中间设有螺旋式输粉管（16），螺旋式输粉管（16）段设有冷却装置（14）；所述螺旋式输粉管（16）中设有金属粉末传感器，金属粉末传感器用于检测螺旋式输粉管（16）内的粉末质地是否为金属，并将信号发动给控制器；所述筛分装置（10）内设置至少一张筛网将壳体（1007）分成至少上下两个区域，上区域与废料回收装置连接，最下的区域与储粉袋连接；所述控制器分别与超声波吸粉装置（1）、筛分装置（10）、废料回收装置、金属粉末传感器和冷却装置（14）连接，未熔化的粉末经过螺旋式输粉管（16）时，金属粉末传感器检测螺旋式输粉管（16）内的粉末质地是否为金属，并将信号发动给控制器，如果为金属粉末则开启冷却装置（14），对螺旋式输粉管（16）内的粉末进行冷却，反之，则直接进入筛分装置（10）；所述超声波吸粉装置（1）包括第一旋转电机（101）、第一伸缩电机（102）、至少一个吸粉罩、扁平状吸粉头（104）、超声波换能器（105）、超声波发生器（106）和套筒（108）；所述第一旋转电机（101）与套筒（108）的上部连接，第一旋转电机（101）用于驱动套筒（108）旋转，所述扁平状吸粉头（104）与套筒（108）的下部连接，伸缩电机（102）与扁平状吸粉头（104）连接，用于驱动扁平状吸粉头（104）上下移动，超声波换能器（105）设置在扁平状吸粉头（104）上，所述超声波换能器（105）上安装有超声波发生器（106），所述吸粉罩通过吸粉管与套筒（108）连通，吸粉管与第二伸缩电机（109）连接，第二伸缩电机（109）用于驱动吸粉管的伸缩；所述吸粉罩包括第一吸粉罩（103）和第二吸粉罩（107）；所述第一吸粉罩（103）与第二吸粉罩（107）分别安装在套筒（108）的两侧，超声波吸粉装置（1）移动到成型缸（4）的上方进行吸粉工作，第一吸粉罩（103）和第二吸粉罩（107）吸附成型缸（4）内未熔粉末，通过微动伸缩电机（102）调整扁平状吸粉头（104）的高度位置，使其可以吸附成型缸中的其余粉末，超声波换能器（105）将输入的电功率转换为机械功率由超声波发生器（106）发射到成型缸（4）内，使粉末无法粘连在成型缸（4）或零件上；所述冷却装置（14）包括水箱（15）和水管，所述螺旋式输粉管（16）位于水箱（15）内, 螺旋式输粉管（16）的两端分别与输粉管（13）连通，水箱（15）与水管连接，水管上设有阀门；阀门与控制器连接。

2. 根据权利要求 1 所述的回收选区激光熔化梯度粉末装置，其特征在于，所述筛分装置（10）包括壳体（1007）和振动电机（1004）；所述壳体（1007）内从上至下依次设置第一筛网（1005）和第二筛网（1006），将壳体（1007）内从上至下依次分为第一区域、第二区域和第三区域，第一筛网（1005）的孔径比第二筛网（1006）的孔径大；壳体（1007）的顶部设有进料口（1001），壳体（1007）上位于第一区域的位置设有第一废料口（1002），壳体（1007）上位于第二区域设有第二废料口（1008），壳体（1007）的底部设有出料口（1003），出料口（1003）与储粉袋连接；振动电机（1004）安装在壳体（1007）上。

3.根据权利要求 1 所述的回收选区激光熔化梯度粉末装置，其特征在于，所述废料回收装置包括废料罐（11）和第二真空泵（12）；所述废料罐（11）与筛分装置（10）的第一废料口（1002）和第二废料口（1008）连通，所述第二真空泵（12）与废料罐（11）连接。

4.根据权利要求 1 所述的回收选区激光熔化梯度粉末装置，其特征在于，还包括真空箱（9）；所述真空箱（9）与第一真空泵（5）与连接；所述真空箱（9）内设有密封装置（6）、第二旋转电机（7）、连接件（8）、重量传感器和储粉袋；所述密封装置（6）和第二旋转电机（7）安装在基座（17）上，密封装置（6）位于第二旋转电机（7）的上方；所述重量传感器用于检测储粉袋的重量是否达到预设值，并将信号发送给控制器，控制器与密封装置（6）和第二旋转电机（7）连接；所述储粉袋通过连接件（8）与第二旋转电机（7）连接，第二旋转电机（7）将储粉袋旋转至密封装置（6）的下方，密封装置（6）用于将储粉袋密封。

5.根据权利要求 1 所述的回收选区激光熔化梯度粉末装置，其特征在于，所述打印平台（3）上设有水平布置的轨道，立式支撑架（2）安装在轨道上能够沿水平方向移动。

6.一种根据权利要求 1-5 任意一项所述回收选区激光熔化梯度粉末装置的回收方法，其特征在于，包括如下步骤：

吸粉：当激光器扫描打印结束后，将超声波吸粉装置（1）移动到成型缸（4）的上方进行吸粉工作，同时开启废料回收装置，将未熔化的粉末通过输粉管（13）吸收到筛分装置（10）里；

冷却：未熔化的粉末经过螺旋式输粉管（16）时，金属粉末传感器检测螺旋式输粉管（16）内的粉末质地是否为金属，并将信号发动给控制器，如果为金属粉末则开启冷却装置（14），对螺旋式输粉管（16）内的粉末进行冷却，反之，则直接进入筛分装置（10）；

回收：当粉末经过筛分装置（10）处理过后，筛分装置（10）里最下的区域粉末进入储粉袋，其余区域的粉末回收至废料回收装置；粉末完成回收工作后，将超声波吸粉装置（1）远离成型缸（4），继续另一种粉末的打印工作，打印工作结束后则重复执行上述吸粉、冷却和回收的步骤直到零件打印完成。

7.一种根据权利要求 6 所述回收选区激光熔化梯度粉末装置的回收方法，其特征在于，还包括真空密封的步骤：

所述第一真空泵（5）对真空箱（9）进行抽真空处理；重量传感器检测储粉袋的重量是否达到预设值，并将信号发送给控制器，控制器控制第二旋转电机（7）将储粉袋旋转至密封装置（6）的下方，密封装置（6）将储粉袋密封。