CN115213438A - 一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，本发明设置有单独运行或同时运行的循环回路和洗气回路，采用双循环净化设计，解决传统方案中过滤器容易堵塞和寿命短的难题，采用压力容器与超声波清网装置相结合的方法，显著提升激光选区熔化成型过程中的烟尘过滤效率，解决传统方案中过滤器容易堵塞和寿命短的难题，极大程度的延长了过滤器的使用寿命，本发明采用两套气体循环回路实现成型过程中压力控制和水氧含量的控制，为成型过程提供稳定可靠的惰性气体保护氛围。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印设备的烟尘处理装置技术领域，尤其是涉及一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing，AM)又称3D打印，是一种"自下而上"通过材料累加的制造方法，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术，这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能，且激光选区熔化技术(SLM)因其成型精度高、力学性能优良等特点。
在打印过程中，在激光选区熔化成型过程中会产生大量的烟尘，烟尘会堵塞过滤器等组件，这会大幅度缩短过滤器等组件因的寿命，烟尘的存在也会影响打印产品的质量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，解决传统方案中过滤器容易堵塞和寿命短的难题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，包括成型主机，成型主机设置有成型仓、连接成型仓的高纯惰性气体供应装置、伺服升降装置、铺粉装置和光路扫描装置，设置有单独运行或同时运行的循环回路和洗气回路，
循环回路，设置有分离器、预过滤装置、精过滤装置、循环风机和用于除去氧气的气体净化单元，分离器、预过滤装置、精过滤装置、循环风机和气体净化单元顺次连接，其中，循环风机设置有循环进气接口和循环出气接口，
精过滤装置连接循环风机的循环进气接口，
分离器设置有烟尘吸入口，烟尘吸入口连接成型仓，气体净化单元设置有输入管道和除氧后的输出管道，输入管道连接循环风机的循环出气接口，输出管道连接成型仓；
洗气回路，设置有真空泵和排空过滤器，真空泵设置有抽气端和排气端，排空过滤器设置有进气接口、排气接口和排空接口，真空泵连接排气口，排空过滤器的进气接口分别连接气体净化单元的输出管道、循环风机的循环出气接口和成型仓，排空接口连通大气，排空过滤器的排气接口连接真空泵的抽气端，真空泵的排气端连接分离器的烟尘吸入口。
进一步的，所述预过滤装置的上部设置有压力容器、中部设置有超声波装置和多个粗过滤器、底部设置有烟尘收集桶，超声波装置设置在粗过滤器的中间位置，粗过滤器内部设置有滤网或振筛。
进一步的，所述预过滤装置包括位于中心位置的固定不动的所述超声波装置以及多个沿圆周方向间隔分布在超声波装置的外缘的所述粗过滤器，每个粗过滤器均与超声波装置相切配合，每个粗过滤器均设置有一中心轴，每个粗过滤器分别旋转安装在自身的中心轴。
进一步的，所述预过滤装置包括圆形外筒，所述超声波装置和各所述粗过滤器均安装在圆形外筒的内腔，超声波装置包括超声传导杆，超声传导杆固定在圆形外筒的内腔的中心位置，各粗过滤器分别安装在圆形外筒与超声传导杆之间的环形空间中，超声传导杆为多边形柱体形状，超声传导杆的相邻两个侧面通过圆弧曲面连接，粗过滤器为圆柱体形状，超声传导杆的每一个侧面分别与一个粗过滤器相切配合。
进一步的，所述精过滤装置内设有置多个上下顺次叠置的精密过滤器，精过滤装置设置有气体输入管和气体输出管，气体输入管和气体输出管之间并联有一个差压传感器。
进一步的，所述气体净化单元内设置有多个并联设置的除氧组件，除氧组件的第一端分别连接气体净化单元的所述输入管道、第二端分别连接气体净化单元的所述输出管道，
精过滤装置与所述循环风机的所述循环出气接口之间顺次连接有用于除去气体中夹杂的水分的干燥机和冷却装置，冷却装置内设置有液氮、冷却水或循环冷却管。
进一步的，所述成型仓设置有高纯氩气回流接口，高纯氩气回流接口与所述循环出气接口之间设置有顺次连接有氧气传感器和水传感器和第一控制阀，氧气传感器和水传感器分别邻近高纯氩气回流接口，第一控制阀邻近循环出气接口，
所述气体净化单元的所述输入管道连接有一个第三控制阀，
气体净化单元的所述输出管道连接有一个第二控制阀，
第三控制阀连接于第一控制阀和循环出气接口之间，第二控制阀连接于第一控制阀和水传感器之间，在第一控制阀处于关闭状态、第三控制阀处于打开状态、第二控制阀处于打开状态时形成一个关联设置的洗气子回路。
进一步的，所述预过滤装置和所述精过滤装置分别设置有用于充入水以使内部的金属粉尘失去活性的水浸装置，预过滤装置和精过滤装置分别设置有冲水接口，预过滤装置和精过滤装置的冲水接口分别连接一个相应的水浸装置；所述烟尘收集桶内设置有用于实时监测烟尘容量的物位传感器，烟尘收集桶设置有钝化剂接口。
进一步的，所述高纯惰性气体供应装置包括向成型仓充入纯度大于％的氩气的高纯氩气高压罐，高纯氩气高压罐连接成型仓的上部，成型仓密封设置，成型仓内的氧含量最低控制在10-50ppm，成型仓的腔体泄漏率不大于0.05vol％/h。
进一步的，所述成型仓安装有往复移动的刮刀，成型仓内设置有平流气室，平流气室内的气流运动方向与刮刀移动方向垂直，平流气室的相对两侧分别设置有仓烟尘排出口和回气接口，仓烟尘排出口和回气接口处于同一水平高度，成型仓烟尘排出口连接所述分离器的所述烟尘吸入口，回气接口连接于所述循环风机的所述循环出气接口的回气接口。
本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明设置有单独运行或同时运行的循环回路和洗气回路，采用双循环净化设计，解决传统方案中过滤器容易堵塞和寿命短的难题。
本发明采用压力容器与超声波清网装置相结合的方法，显著提升激光选区熔化成型过程中的烟尘过滤效率，解决传统方案中过滤器容易堵塞和寿命短的难题，极大程度的延长了过滤器的使用寿命。
本发明采用两套气体循环回路实现成型过程中压力控制和水氧含量的控制，为成型过程提供稳定可靠的惰性气体保护氛围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是第二种预过滤装置的结构示意图。
图中标记：
1、成型主机，2、分离器，3、反吹滤芯，4、预过滤装置，5、压力容器，6、超声波装置，7、粗过滤器，8、收集桶，9、精过滤装置，10、循环风机，11、气体净化单元，12、真空泵，13、排空过滤器，14、冷却装置，15干燥机，16、压差传感器，17、氧传感器，18、水传感器，19、第一控制阀，20、第二控制阀，21、第三控制阀。
具体实施方式
一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，图1所示，包括成型主机1、洗气回路和循环回路等多个子装置，其中，成型主机1是激光选区熔化技术的主体部分，具体的，成型主机1设置有成型仓、连接成型仓的高纯惰性气体供应装置、伺服升降装置、铺粉装置和光路扫描装置，设置有单独运行或同时运行的循环回路和洗气回路，采用双循环净化设计，洗气回路和循环回路可以单独运行，气流采用平流设计，气流运动方向与刮刀运行方向垂直，防止刮刀对气流阻碍影响排烟除尘效果。
本发明采用压力容器与超声波清网装置相结合的方法，显著提升激光选区熔化成型过程中的烟尘过滤效率，解决传统方案中过滤器容易堵塞寿命短的难题，极大程度的延长了过滤器的使用寿命。采用两套气体循环回路实现成型过程中压力控制和水氧含量的控制，为成型过程提供稳定可靠的惰性气体保护氛围。
循环回路，设置有分离器2、预过滤装置4、精过滤装置9、循环风机10和用于除去氧气的气体净化单元11，分离器2、预过滤装置4、精过滤装置9、循环风机10和气体净化单元11顺次连接，成型主机内部的氧含量最低可控制在10ppm，并保证腔体泄漏率不大于0.05vol％/h。打印过程中，粉末材料在成型仓内经激光束烧结产生的烟尘，在循环风机10的带动下依次经过分离器2、预过滤装置4、精过滤装置9和气体净化单元11，过滤后的气体回到成型主机1的成型仓内，循环使用。
其中，循环风机10设置有循环进气接口和循环出气接口，精过滤装置9连接循环风机10的循环进气接口，分离器2设置有烟尘吸入口，烟尘吸入口连接成型仓，气体净化单元11设置有输入管道和除氧后的输出管道，输入管道连接循环风机10的循环出气接口，输出管道连接成型仓；
洗气回路，设置有真空泵12和排空过滤器13，真空泵12设置有抽气端和排气端，排空过滤器13设置有进气接口、排气接口和排空接口，真空泵12连接排气口，排空过滤器13的进气接口分别连接气体净化单元11的输出管道、循环风机10的循环出气接口和成型仓，排空接口连通大气，排空过滤器13的排气接口连接真空泵12的抽气端，真空泵12的排气端连接分离器2的烟尘吸入口。在洗气过程中真空泵12首先对成型主机1进行抽负压处理，再通过气体净化单元11对成型仓内充入高纯度氩气，将残留的空气进行置换处理，置换的气体经过排空过滤器13处理后排向大气。完成洗气过程后，激光束在成型主机1内按照CAD数据截面图形选择性地烧结金属粉末，整个烧结过程在惰性气体氩气氛围中进行。
预过滤装置4的上部设置有压力容器5、中部设置有超声波装置6和多个粗过滤器7、底部设置有烟尘收集桶8，超声波装置6设置在粗过滤器7的中间位置，粗过滤器内部设置有滤网或振筛。在压力容器5的作用下，粗过滤器7可以反复使用，粗过滤器7可以长久循环使用，大部分烟尘顺利进入烟尘收集桶8。超声波装置6设置在粗过滤器7中间，在超声波的振动下粗过滤器7内部堆积的细小烟尘得以全部释放并落入烟尘收集桶8中。
较佳的，预过滤装置4设计成圆柱体形状的结构，预过滤装置4包括位于中心位置的固定不动的超声波装置6以及多个沿圆周方向间隔分布在超声波装置6的外缘的粗过滤器7，图2所示，每个粗过滤器7均与超声波装置6相切配合，每个粗过滤器7均设置有一中心轴，每个粗过滤器7分别旋转安装在自身的中心轴。具体的，预过滤装置4包括圆形外筒，超声波装置6和各粗过滤器7均安装在圆形外筒的内腔，超声波装置6包括超声传导杆，超声传导杆固定在圆形外筒的内腔的中心位置，各粗过滤器7分别安装在圆形外筒与超声传导杆之间的环形空间中，超声传导杆为多边形柱体形状，超声传导杆的相邻两个侧面通过圆弧曲面连接，粗过滤器7为圆柱体形状，超声传导杆的每一个侧面分别与一个粗过滤器7相切配合。在实际打印过程中，超声波装置6固定不动，四个粗过滤器7分别绕各自的中心轴做旋转运动。在超声波装置6的振动作用下，粗过滤器7的每个位置堆积的烟尘颗粒均匀的受到超声振动，顺利落入烟尘收集桶中。
精过滤装置9内设有置多个上下顺次叠置的精密过滤器，精过滤装置9设置有气体输入管和气体输出管，气体输入管和气体输出管之间并联有一个差压传感器16，以便于随时监测过滤装置的压差情况，反映出真实的过滤过滤器的使用情况。以便于及时更换过滤过滤器，维持设备工作区域的正常工作。
气体净化单元11用于对过滤后的气体进行氧气净化提纯处理，气体净化单元11内设置有多个并联设置的除氧组件，除氧组件的第一端分别连接气体净化单元11的输入管道、第二端分别连接气体净化单元11的输出管道，精过滤装置9与循环风机10的循环出气接口之间顺次连接有用于除去气体中夹杂的水分的干燥机15和冷却装置14，冷却装置14内设置有液氮、冷却水或循环冷却管。气体进入循环风机10之前，先经过干燥机15除去气体中夹杂的水分，然后再经过冷却装置14时，通过冷却装置14将被迅速降温至25℃以下，以实现平衡成型主机中的环境温度。
成型仓设置有高纯氩气回流接口，高纯氩气回流接口与循环出气接口之间设置有顺次连接有氧气传感器17和水传感器18和第一控制阀19，用于检测净化后的气体中的水氧含量，氧气传感器17和水传感器18分别邻近高纯氩气回流接口，第一控制阀19邻近循环出气接口，气体净化单元11的输入管道连接有一个第三控制阀21，气体净化单元11的输出管道连接有一个第二控制阀20，第三控制阀21连接于第一控制阀19和循环出气接口之间，第二控制阀20连接于第一控制阀19和水传感器18之间，在第一控制阀19处于关闭状态、第三控制阀21处于打开状态、第二控制阀20处于打开状态时形成一个关联设置的洗气子回路。如果氧气传感器17检测管道中氧气的浓度低于标准值则上述循环回路原理不变；否则关闭第一控制阀19，打开第三控制阀21，将气体输送到气体净化单元11中将氧气浓度净化处理至标准范围以内，然后打开第二控制阀20通过管道输送到成型主机1中正常工作。在洗气过程中，排空过滤器13用于对成型主机1、循环风机10、气体净化单元11等多个子装置排出的废气进行过滤处理，然后排向大气。
预过滤装置4和精过滤装置9分别设置有用于充入水以使内部的金属粉尘失去活性的水浸装置，预过滤装置4和精过滤装置9分别设置有冲水接口，预过滤装置4和精过滤装置9的冲水接口分别连接一个相应的水浸装置；在更换过滤器时，先冲入水使过滤器中的金属粉尘失去活性，再打开过滤器更换滤芯，防止更换时发生火灾，保证安全。
烟尘收集桶8设置有钝化剂接口。在清理烟尘时先加入钝化剂能显著降低粉末烟尘的活性，，钝化剂优先使用干燥石英砂，也可以是其他能降低活性的材质。
烟尘收集桶8内设置有用于实时监测烟尘容量的物位传感器
高纯惰性气体供应装置包括向成型仓充入纯度大于99％的氩气的高纯氩气高压罐，高纯氩气高压罐连接成型仓的上部，成型仓密封设置，成型仓内的氧含量最低控制在10-50ppm，成型仓的腔体泄漏率不大于0.05vol％/h。
成型仓安装有往复移动的刮刀，成型仓内设置有平流气室，平流气室内的气流运动方向与刮刀移动方向垂直，平流气室的相对两侧分别设置有仓烟尘排出口和回气接口，仓烟尘排出口和回气接口处于同一水平高度，仓烟尘排出口和回气接口位于刮刀上方，成型仓烟尘排出口连接分离器2的烟尘吸入口，回气接口连接于循环风机10的循环出气接口的回气接口。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，包括成型主机(1)，成型主机(1)设置有成型仓、连接成型仓的高纯惰性气体供应装置、伺服升降装置、铺粉装置和光路扫描装置，其特征在于：设置有单独运行或同时运行的循环回路和洗气回路，
循环回路，设置有分离器(2)、预过滤装置(4)、精过滤装置(9)、循环风机(10)和用于除去氧气的气体净化单元(11)，分离器(2)、预过滤装置(4)、精过滤装置(9)、循环风机(10)和气体净化单元(11)顺次连接，其中，循环风机(10)设置有循环进气接口和循环出气接口，
精过滤装置(9)连接循环风机(10)的循环进气接口，
分离器(2)设置有烟尘吸入口，烟尘吸入口连接成型仓，气体净化单元(11)设置有输入管道和除氧后的输出管道，输入管道连接循环风机(10)的循环出气接口，输出管道连接成型仓；
洗气回路，设置有真空泵(12)和排空过滤器(13)，真空泵(12)设置有抽气端和排气端，排空过滤器(13)设置有进气接口、排气接口和排空接口，真空泵(12)连接排气口，排空过滤器(13)的进气接口分别连接气体净化单元(11)的输出管道、循环风机(10)的循环出气接口和成型仓，排空接口连通大气，排空过滤器(13)的排气接口连接真空泵(12)的抽气端，真空泵(12)的排气端连接分离器(2)的烟尘吸入口。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述预过滤装置(4)的上部设置有压力容器(5)、中部设置有超声波装置(6)和多个粗过滤器(7)、底部设置有烟尘收集桶(8)，超声波装置(6)设置在粗过滤器(7)的中间位置，粗过滤器内部设置有滤网或振筛。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述预过滤装置(4)包括位于中心位置的固定不动的所述超声波装置(6)以及多个沿圆周方向间隔分布在超声波装置(6)的外缘的所述粗过滤器(7)，每个粗过滤器(7)均与超声波装置(6)相切配合，每个粗过滤器(7)均设置有一中心轴，每个粗过滤器(7)分别旋转安装在自身的中心轴。
4.根据权利要求3所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述预过滤装置(4)包括圆形外筒，所述超声波装置(6)和各所述粗过滤器(7)均安装在圆形外筒的内腔，超声波装置(6)包括超声传导杆，超声传导杆固定在圆形外筒的内腔的中心位置，各粗过滤器(7)分别安装在圆形外筒与超声传导杆之间的环形空间中，超声传导杆为多边形柱体形状，超声传导杆的相邻两个侧面通过圆弧曲面连接，粗过滤器(7)为圆柱体形状，超声传导杆的每一个侧面分别与一个粗过滤器(7)相切配合。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述精过滤装置(9)内设有置多个上下顺次叠置的精密过滤器，精过滤装置(9)设置有气体输入管和气体输出管，气体输入管和气体输出管之间并联有一个差压传感器(16)。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述气体净化单元(11)内设置有多个并联设置的除氧组件，除氧组件的第一端分别连接气体净化单元(11)的所述输入管道、第二端分别连接气体净化单元(11)的所述输出管道，
精过滤装置(9)与所述循环风机(10)的所述循环出气接口之间顺次连接有用于除去气体中夹杂的水分的干燥机(15)和冷却装置(14)，冷却装置(14)内设置有液氮、冷却水或循环冷却管。
7.根据权利要求6所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述成型仓设置有高纯氩气回流接口，高纯氩气回流接口与所述循环出气接口之间设置有顺次连接有氧气传感器(17)和水传感器(18)和第一控制阀(19)，氧气传感器(17)和水传感器(18)分别邻近高纯氩气回流接口，第一控制阀(19)邻近循环出气接口，
所述气体净化单元(11)的所述输入管道连接有一个第三控制阀(21)，
气体净化单元(11)的所述输出管道连接有一个第二控制阀(20)，
第三控制阀(21)连接于第一控制阀(19)和循环出气接口之间，第二控制阀(20)连接于第一控制阀(19)和水传感器(18)之间，在第一控制阀(19)处于关闭状态、第三控制阀(21)处于打开状态、第二控制阀(20)处于打开状态时形成一个关联设置的洗气子回路。
8.根据权利要求6所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述预过滤装置(4)和所述精过滤装置(9)分别设置有用于充入水以使内部的金属粉尘失去活性的水浸装置，预过滤装置(4)和精过滤装置(9)分别设置有冲水接口，预过滤装置(4)和精过滤装置(9)的冲水接口分别连接一个相应的水浸装置；所述烟尘收集桶(8)内设置有用于实时监测烟尘容量的物位传感器，烟尘收集桶(8)设置有钝化剂接口。
9.根据权利要求2所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述高纯惰性气体供应装置包括向成型仓充入纯度大于99％的氩气的高纯氩气高压罐，高纯氩气高压罐连接成型仓的上部，成型仓密封设置，成型仓内的氧含量最低控制在10-50ppm，成型仓的腔体泄漏率不大于0.05vol％/h。
10.根据权利要求1所述的一种用于激光粉末床熔融增材制造的双气路循环净化装置，其特征在于：所述成型仓安装有往复移动的刮刀，成型仓内设置有平流气室，平流气室内的气流运动方向与刮刀移动方向垂直，平流气室的相对两侧分别设置有仓烟尘排出口和回气接口，仓烟尘排出口和回气接口处于同一水平高度，成型仓烟尘排出口连接所述分离器(2)的所述烟尘吸入口，回气接口连接于所述循环风机(10)的所述循环出气接口的回气接口。
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