CN115501718A - 用于激光选区熔化设备的循环过滤系统及过滤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增材制造技术领域,具体而言涉及用于激光选区熔化设备的循环过滤系统及过滤方法,包括成型仓、过滤装置、循环风机和控制装置,所述循环风机的输出侧设有用于检测气流的风速、风温的热敏风速仪,所述粗过滤装置的进气、排气端均安装有用于检测压力差的压差表,使所述控制装置调节所述循环风机的频率,控制所述成型仓内风场的风速维持在预设范围内;本系统针对激光打印过程中产生烟尘及热量这两个变量会影响系统中气流速度以及风机运行稳定性的问题,能够有针对性的调节风机的频率、设置压差下反吹滤芯或降低系统温度,使风机能够保持稳定的工作状态,并能够在成型仓内形成稳定的风场,保证零件整体成型质量。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域,具体而言涉及用于激光选区熔化设备的循环过滤系统及过滤方法。
背景技术
目前,在金属增材制造领域,由于激光选区熔化3D打印技术(SLM)有着无需开模、数字化、绿色化、理论可成型任意空间形态构件的优势;并且随着相关技术的不断更新迭代,成形零件的尺寸范围、质量以及效率得到很大的提升,因此,在航空航天、模具、汽车等行业越来越受青睐。
然而由于客户需求零件的尺寸不断增大、成形零件的数量不断增多,对设备打印过程中稳定性的要求越来越高,而打印过程中成型仓内的风场的稳定情况直接关系到零件成型质量的稳定性,由于激光打印过程中会产生黑烟以及激光烧损的颗粒,成型仓内的风场用于持续吹拂烟尘,将黑烟及颗粒及时排出,否则烟尘影响激光的能量,导致打印精度和强度降低。
为了提高激光打印的精度,则需要保持成型仓内风场的稳定,目前已有针对成型仓进风口和出风口结构的改进(如下专利文献1和专利文献2),使成型仓的风场保持稳定,但影响成型仓风场稳定的因素除了进风口及出风口结构外,风机能否稳定运行,打印过程中风速大小能否保持稳定也尤为重要。
现有技术文献:
专利文献1CN106623928A一种金属3D打印设备成型仓两侧保护气进出的装置
专利文献2CN113059197A一种大幅面3D打印成型仓结构
发明内容
本发明第一方面提供一种技术方案,一种用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,包括:
成型仓,内壁上具有相对设置的进风口和抽风口,使保护气从所述进风口进入并从所述抽风口排出,在所述成型仓的内部形成风场;
循环管路,用于传导保护气;
过滤装置,设置在所述循环管路上,并位于所述抽风口的排气端,所述过滤装置包括沿排气方向依次分布的一级过滤装置、粗过滤装置和精过滤装置,且所述粗过滤装置内设有反吹装置;
循环风机,设置在所述循环管路上,并位于所述精过滤装置的排气端一侧,用于向所述循环管路内的气流提供动力;
匀风装置,设置在所述循环管路的尾端,所述匀风装置的排气端通过进风管路将气流均匀导向所述进风口,使所述匀风装置与所述成型仓、过滤装置、循环风机通过所述循环管路构成循环系统;
控制装置,电连接到所述循环风机和反吹装置,并用于控制所述循环风机的运行频率以及所述反吹装置的启停;
其中,所述循环风机的输出侧设有用于检测气流的风速、风温的热敏风速仪,所述粗过滤装置的进气、排气端均安装有用于检测压力差的压差表,定义风场正常工作的风速在V1~V2之间,所述热敏风速仪均用于向所述控制装置提供系统风速和风温信号,所述压差表用于向所述控制装置提供所述粗过滤装置两侧的压差值,使所述控制装置调节所述循环风机的频率,控制所述成型仓内风场的风速维持在预设范围内;
所述成型仓上固定设有外部进气口和外部排气口,所述外部进气口与外部加压设备连接,所述外部加压设备通过外部进气口向成型仓内通入干冷气体,使成型仓以及循环管路内保护气温度下降至预设范围内。
优选的,所述匀风装置的排气端设有与所述进风管路并连的分风管路,所述分风管路的分风口连接至所述成型仓内,并位于所述进风口至抽风口方向的侧方,使系统中所述抽风口处的抽风速度大于所述进风管路处的排风速度。
优选的,所述匀风装置包括带有均匀分布孔的孔板以及布风器,所述布风器用于将所述循环管路内的气流均匀导向至所述孔板上的每个孔,所述进风管路的第一端与孔对应安装,第二端连接所述进风口。
优选的,所述进风口被设置有由下至上分布的多组,且所述进风口的截面形状被设置为矩形或圆形。
优选的,所述一级过滤装置包括旋风除尘器,所述一级过滤装置的过滤精度在15μm以上。
优选的,所述粗过滤装置包括烟雾净化器以及安装在所述烟雾净化器内过滤精度在0.5μm以上的粗滤滤芯。
优选的,所述精过滤装置包括烟雾净化器以及安装在所述烟雾净化器内过滤精度在0.3μm以上的精滤滤芯。
优选的,所述反吹装置包括与外部高压设备连接的高压管、伸入所述粗滤滤芯内的导气管以及连接所述高压管和导气管的脉冲阀,所述导气管的表壁上具有将高压气流向所述粗滤滤芯导向的气孔。
优选的,定义风场风速范围维持在预设的V1~V2时,能稳定吹拂黑烟、渣并保持上层粉料稳定;
定义系统风温范围维持在预设的T1~T2时,所述循环风机能以相对稳定的频率输出;
定义所述压差表的安全阈值设置为2.5kpa时,所述循环风机能以相对稳定的频率输出;
根据所述压差表的压差值以及所述系统风温调整所述风场风速,并维持所述风场风速在预设的V1~V2;
其中,V1~V2设置为1.5m/s~2.5m/s,T1~T2设置为50℃~90℃。
优选的,调整所述风场风速包括:
步骤A、判断所述粗过滤装置两侧的所述压差表差值是否超出预设的安全阈值;
步骤A.1)当所述粗过滤装置两侧的所述压差表差值未超出预设的安全阈值,且风速小于1.5m/s时,所述控制装置控制所述循环风机提升频率增大风速,控制风速范围维持在1.5m/s~2.5m/s之间;
步骤A.2)当所述粗过滤装置两侧的所述压差表差值超出预设的安全阈值时,暂停打印,同时启动所述反吹装置对所述粗过滤装置的滤芯反吹,使所述压差表差值降低到安全阈值以下,同时所述控制装置控制所述循环风机的频率,使所述压差表差值每变化0.5kpa时,风场风速的变化量小于0.3m/s;
步骤B、判断所述系统风温是否超出预设范围;
步骤B.1)当系统风温高于90℃时,暂停打印,利用加压设备通过外部进气口向所述成型仓内通入保护气,并加压至所述成型仓内压力为3kpa时停止充气;
步骤B.2)所述外部排气口自动打开泄压至所述成型仓内压力为1kpa后关闭;
若系统风温低于50℃,则继续打印,若系统风温高于50℃则继续在所述成型仓内重复步骤B.1)、B.2)操作,待系统风温低于50℃后继续打印。
本发明第二方面提供一种技术方案,一种用于激光选区熔化设备的循环过滤方法,应用上述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,包括以下步骤:
步骤1、监测系统风速、风温:在所述循环风机和匀风装置之间的循环管路上安装所述热敏风速仪;
1.1)监测风速:当开始打印后,所述控制装置实时读取所述热敏风速仪测量的风速值;
1.2)监测风温:当开始打印后,所述控制装置实时读取所述热敏风速仪测量的风温值;
步骤2、调节风速:定义风场正常工作的风速在V1~V2之间,随着打印的进行,当所述粗过滤装置的滤芯表面吸附烟渣导致风阻变大,使风速到达V1时,所述控制装置控制所述循环风机提升频率增大风速,控制风速范围在V1~V2之间;
步骤3、反吹所述粗过滤装置:随着打印的进行,当所述粗过滤装置两侧的所述压差表差值超出预设的安全阈值时,暂停打印,同时启动所述反吹装置对所述粗过滤装置的滤芯反吹,将滤芯外表面地烟渣吹落,减小整个过滤系统中的风阻,使所述压差表差值降低到安全阈值以下;
步骤4、调节风温:定义系统正常工作的风温在T1~T2之间,所述成型仓上固定设有外部进气口和外部排气口,所述外部进气口与外部加压设备连接,当系统温度高于T2时,暂停打印;
4.1)增压:利用加压设备通过外部进气口向所述成型仓内通入保护气,并加压至3kpa时停止充气;
4.2)降压:所述外部排气口自动打开泄压至1kpa后关闭;
执行步骤4.1)、4.2)后,若系统风温低于T1,则停止执行继续打印,若系统风温高于T1则继续执行,待系统风温低于T1后停止执行继续打印。
优选的,V1~V2设置为1.5m/s~2.5m/s,T1~T2设置为50℃~90℃,所述压差表的安全阈值设置为2.5kpa;
定义在所述压差表的安全阈值2.5kpa以下具有五个压力区间,所述压差表的压差值每上升0.5kpa,所述控制装置控制提升所述循环风机的频率,并维持风场风速在每个压力区间内变化量不超过0.3m/s。
优选的,若在步骤1中检测到风场风速降低变化量超过0.3m/s,系统风温在50℃~90℃之间,所述压差表的差值在2.0kpa~2.5kpa范围内,则暂停打印,执行步骤4.1)、4.2),使系统风温低于50℃后停止执行。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1、本发明系统针对激光打印过程中产生烟尘及热量这两个变量会影响系统中气流速度以及风机运行稳定性的问题,通过监测过滤装置两侧压差以及风机排风口处的风速和风温,形成闭环系统,能够有针对性的调节风机的频率、设置压差下反吹滤芯或降低系统温度,使风机能够保持稳定的工作状态,并能够在成型仓内形成稳定的风场,保证满足整个打印过程中打印平面上黑烟及黑渣均能清除干净,进而保证零件整体成型质量。
2、本方法能够针对循环系统中风速、风温以及滤芯压差三个影响因素同时或独立存在情况下,对风机频率调整、反吹方式降低滤芯压差的方式降低对循环系统中气流的流速的影响,或以加压充入低温保护气方式降低系统风温,保持风机能以稳定的设定频率输出,使成型仓内形成稳定的风场,保证满足整个打印过程中打印平面上黑烟及黑渣均能清除干净,进而保证零件整体成型质量。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中,在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见,在每个图中,并非每个组成部分均被标记。现在,将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例,其中:
图1是本发明实施例所示用于激光选区熔化设备的循环过滤系统中成型仓为立体状态的结构示意图;
图2是本发明实施例所示用于激光选区熔化设备的循环过滤系统工作状态的结构示意图;
图3是本发明实施例所示用于激光选区熔化设备的循环过滤系统中匀风装置及进风口的状态结构示意图;
图4是本发明实施例所示用于激光选区熔化设备的循环过滤系统中粗过滤装置和反吹装置的反吹状态结构示意图。
图5是现有成型仓内气流的流动状态示意图;
图6是本发明实施例所示用于激光选区熔化设备的循环过滤系统中成型仓内气流的流动状态的俯视结构示意图;
图7是本发明实施例所示用于激光选区熔化设备的循环过滤系统中成型仓内气流的流动状态示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
对于成型仓内风场的建立,一般是在成型仓两侧设置循环管道,管道内充入氩气做为保护气,循环管道上设置风机为气流提供动力,气流依次通过成型仓两侧的进风口11和抽风口12在成型层内形成风场,目前为了保持风场的稳定,一般是调整进风口11和抽风口12结构,但由于激光打印过程中会产生烟尘,烟尘的积累会导致过滤装置的滤芯堵塞两侧出现压差,影响气流速度,另一方面激光打印时保护气的温度会升高,高温气体通过风机会影响风机性能,导致输出风力不稳定,以上均会影响风场的稳定。
发明人经长期的实践经验发现烟尘及热量这两个变量会影响系统中气流速度以及风机运行稳定性,本系统针对激光打印过程中产生的上述问题,通过监测过滤装置两侧压差以及风机排风口处的风速和风温,有针对性的调节风机的频率,或在设置压差下反吹滤芯,或降低系统温度,形成闭环系统,能够使风机能够保持稳定的工作状态,并能够在成型仓1内形成稳定的风场,保证满足整个打印过程中打印平面上黑烟及黑渣均能清除干净,进而保证零件整体成型质量。
【用于激光选区熔化设备的循环过滤系统】
本发明第一方面提供一种技术方案,应用于激光选区熔化3D打印技术中,旨在维持用于成型仓保护气循环系统中风机状态以及风速的稳定,从而进一步稳定风场的风速,如图1和图2所示,一种用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,包括成型仓1、循环管路、过滤装置、循环风机6、匀风装置8和控制装置9。
成型仓
其中,成型仓1一般被设置为矩形的空心仓体,内部被保护气充满,底部为铺粉结构,上端为激光镜头工作区,打印时激光将上层粉料熔覆成型,过程中会产生黑烟以及烧损颗粒,需要气流将黑烟及颗粒吹走,同时对工作区域降温,如此,成型仓1内壁上具有相对设置的进风口11和抽风口12,使保护气从进风口11进入并从抽风口12排出,在成型仓1的内部形成风场,用于吹走烟尘和对工作区降温。
进一步的,成型仓1外部设置循环管路,循环管路上依次设置过滤装置、循环风机6和匀风装置8,构成供保护气流动的循环回路。
其中,循环管路采用耐压耐高温管材,用于传导保护气,过滤装置位于抽风口12的排气端,用于将气流中的由激光打印产生的颗粒、黑烟以及微尘过滤掉,循环风机6位于过滤装置的排气侧,用于向循环管路内的气流提供动力,匀风装置8用于将管道内的气流的流动面扩大,使气流能够均匀分布到成型仓1的单侧面上,提供更大面积的风场。
具体的,成型仓1上固定设有外部进气口13和外部排气口14,外部加压设备通过外部进气口13向成型仓1内通入干冷气体,使成型仓1以及循环管路内保护气温度下降至预设范围内。
可选的,外部进气口13采用快拆插口,能够与外部加压设备连接,例如增压泵,用于在成型仓1内气温到达预设的上限温度后,向成型仓1内泵入相对低温的保护气,来降低成型仓1内的温度,外部排气口14处设置电磁阀,并通过管道连通外部的保护气储存装置,电磁阀的开启状态设置在一定压力范围内(例如气压在1kpa~3kpa之间范围时开启,其余气压范围均为关闭状态)。
在具体的实施例中,定义成型仓1内正常的工作温度为50℃~90℃,当系统温度高于90℃时,暂停打印,利用增压泵通过外部进气口13向成型仓1内通入低温的保护气(温度在0℃~25℃),并加压至3kpa时停止充气,成型仓1内压力到达3kpa时,外部排气口14上的电磁阀自动开启,将混合气体外排至保护气储存装置中,泄压至成型仓1内压力到达1kpa后自动关闭,此时系统风温低于50℃,则停止执行继续打印,若系统风温高于50℃,则继续重复上述步骤,待系统风温低于50℃后则继续打印。
过滤装置
进一步的,过滤装置包括沿排气方向依次分布的一级过滤装置2、粗过滤装置3和精过滤装置4。
在具体的实施例中,一级过滤装置2采用旋风除尘器,且一级过滤装置2的过滤精度在15μm以上,能够初步过滤掉大颗粒以及烧损颗粒,粗过滤装置3采用烟雾净化器,烟雾净化器内安装过滤精度在0.5μm以上的粗滤滤芯,能够过滤粒径相对较粗的烟尘微粒,精过滤装置4采用烟雾净化器,烟雾净化器内安装过滤精度在0.3μm以上的精滤滤芯,能够过滤粒径相对小的烟尘微粒,保证气流循环系统中烟尘及颗粒杂质的滤除。
进一步的,粗过滤装置3内设有反吹装置31,且粗过滤装置3的进气、排气端均安装有用于检测压力差的压差表5。
具体的,结合图4所示,反吹装置31包括与外部高压设备连接的高压管、伸入粗滤滤芯内的导气管以及连接高压管和导气管的脉冲阀,导气管的表壁上具有将高压气流向粗滤滤芯导向的气孔,如此,反吹装置31工作时,脉冲阀打开,将高压气流引入至导气管中,并顺着导气管上的气孔冲击粗滤滤芯,达到将粗滤滤芯表面附着的烟尘去除的目的,可以提高粗过滤滤芯的使用寿命。
在具体的实施例中,反吹装置31配合压差表5能够减小系统中因滤芯堵塞导致的压力差,压差表5的安全阈值设置在2.5kpa,即当压差表5的检测的数值差到达2.5kpa时,触发反吹装置31的开启条件,此时反吹装置31工作,将堵塞在滤芯表面的烟尘去除,使滤芯重新导通,降低粗过滤装置3两侧的压差。
循环风机
循环风机6采用可变频的离心式风机,设置在循环管路上,并位于精过滤装置4的排气端一侧。
进一步的,循环风机6的输出侧设有用于检测气流的风速、风温的热敏风速仪7,并设置了用于调节循环风机6频率的控制装置9,同时,控制装置9还电连接到反吹装置31,用于控制反吹装置31的启停,其中,热敏风速仪7均用于向控制装置9提供系统中风速和风温信号,压差表5能够向控制装置9提供压差信号,依此调控循环风机6的频率,并使成型仓1内风场的风速维持在预设范围内。
匀风装置
匀风装置8设置在循环管路的尾端,匀风装置8的排气端通过进风管路81将气流均匀导向进风口11。
具体的,结合图3所示,匀风装置8包括带有均匀分布孔的孔板以及布风器,布风器采用角度可调的百叶板,将百叶的角度调整呈仰俯交错,使循环管路内的气流经过布风器后,能够均匀导向至孔板上的每个孔。
进一步的,成型仓1上的进风口11被设置有由下至上分布的多组,且进风口11的截面形状被设置为矩形或圆形。
具体的,进风管路81为采用金属或塑料材质制成的截面为矩形或圆形的管组,进风管路81的第一端与孔对应安装,第二端连接进风口11,使风场的面积更大。
如图5所示,由于目前进风口11至抽风口12在气流方向截面几乎相同,单纯依靠一侧排风另一侧抽风形成风场,但风场气流在经过打印区域会受烟尘阻隔,并在风场的后段需要携带烟尘及颗粒,增大了气流阻力,致使气流到达抽风口12之前,风力不足以携带大颗粒,导致烧损的大颗粒在抽风口12处沉积或落到未使用的粉料表面,使打印材料被污染。
进一步的,匀风装置8的排气端还设有与进风管路81并连的分风管路82,分风管路82的分风口连接至成型仓1内,并位于进风口11至抽风口12方向的侧方。
如图6和图7所示,如此,成型仓1内进风口11出的气流量由于被分风管路82分流,所以相对抽风口12处的气流量少,而分风管路82内的气流不经过打印区,速度未减小,并在抽风口12前汇集,使系统中抽风口12处的抽风速度大于进风管路81处的排风速度,可以避免因气流携带一定重量的烟尘颗粒后速度减慢的情况,避免烧损的大颗粒在抽风口12处沉积以及落到未使用的粉料表面。
风场风速调整
定义风场风速范围维持在预设的V1~V2时,能稳定吹拂黑烟、渣并保持上层粉料稳定,V1、V2分别表示允许风场的风速上限值与下限值。
系统风温范围维持在预设的T1~T2时,循环风机6能以相对稳定的频率输出,其中T1、T2分别表示允许风温范围的上限值与下限值。
作为示例,压差表5的安全阈值,可以设置为2.5kpa时,循环风机6能以相对稳定的频率输出。
在具体的示例中,V1~V2设置为1.5m/s~2.5m/s,T1~T2设置为50℃~90℃。此温度范围内,循环风机6能以相对稳定的频率输出,并且调温周期不会过于频繁。
根据压差表5的压差值以及所述系统风温调整风场风速,并维持风场风速在预设的1.5m/s~2.5m/s,使风场能以稳定的气流吹拂去除打印过程产生的黑烟、渣,并保持上层粉料稳定,不会影响打印精度。
进一步的,调整风场风速包括:
步骤A、判断粗过滤装置3两侧的压差表5差值是否超出预设的安全阈值;
步骤A.1)当粗过滤装置3两侧的压差表5差值未超出预设的安全阈值,且风速小于1.5m/s时,控制装置9控制循环风机6提升频率增大风速,控制风速范围维持在1.5m/s~2.5m/s之间,是风场能够稳定吹拂黑烟及黑渣。
步骤A.2)当粗过滤装置3两侧的压差表5差值超出预设的安全阈值时,则环风机6因压差过大容易发热导致的降频输出,此时暂停打印,同时启动反吹装置31对粗过滤装置3的滤芯反吹,使压差表5差值降低到安全阈值以下,同时控制装置9控制循环风机6的频率,使压差表5差值每变化0.5kpa时,风场风速的变化量小于0.3m/s。
步骤B、判断所述系统风温是否超出预设范围;
步骤B.1)当系统风温高于90℃时,暂停打印,利用加压设备通过外部进气口13向成型仓1内通入保护气,并加压至成型仓1内压力为3kpa时停止充气;
步骤B.2)外部排气口14自动打开泄压至成型仓1内压力为1kpa后关闭;
若系统风温低于50℃,则继续打印,若系统风温高于50℃则继续在成型仓1内重复步骤B.1)、B.2)操作,待系统风温低于50℃后继续打印,依此保持循环风机6在合适的温度环境下工作,避免循环风机6降频输出。
【用于激光选区熔化设备的循环过滤方法】
本发明第二方面提供一种技术方案,一种用于激光选区熔化设备的循环过滤方法,应用上述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,包括以下步骤:
步骤1、监测系统风速、风温:在循环风机6和匀风装置8之间的循环管路上安装热敏风速仪7。
1.1)监测风速:当开始打印后,控制装置9实时读取热敏风速仪7测量的风速值。
1.2)监测风温:当开始打印后,控制装置9实时读取热敏风速仪7测量的风温值。
步骤2、调节风速:定义系统正常工作的风速在1.5m/s~2.5m/s之间,随着打印的进行,当粗过滤装置3的滤芯表面吸附烟渣导致风阻变大,使风速降低到1.5m/s时,控制装置9控制循环风机6提升频率增大风速,控制风速范围在1.5m/s~2.5m/s之间。
其中,粗过滤装置3两侧压差表5的安全阈值设置在2.5kpa。
定义在压差表5的安全阈值2.5kpa以下具有五个压力区间,压差表5的压差值每上升0.5kpa,控制装置9控制适当提升循环风机6的频率,并维持系统风速在每个压力区间内变化量不超过0.3m/s,如此,可以精细的调整循环风机6频率的变化,令风场的风速更加稳定。
步骤3、反吹粗过滤装置3:随着打印的进行,当粗过滤装置3两侧的压差表5差值超出预设的安全阈值(2.5kpa)时,暂停打印,同时启动反吹装置31对粗过滤装置3的滤芯反吹,将滤芯外表面地烟渣吹落,减小整个过滤系统中的风阻,使压差表5差值降低到安全阈值以下。
其中,若反吹装置31启动之后压差表5的差值高于1kpa,则反吹装置31持续进行反吹,反吹三次以后,压差表5的差值仍高于1kpa,则对粗过滤装置3和/或精过滤装置4的滤芯进行更换。
步骤4、调节风温:定义系统正常工作的风温在50℃~90℃之间,成型仓1上固定设有外部进气口13和外部排气口14,外部进气口13与外部加压设备连接,当系统温度高于90℃时,暂停打印。
4.1)增压:利用加压设备通过外部进气口13向成型仓1内通入保护气,并加压至3kpa时停止充气,冲入的保护气为温度在0℃~25℃的氩气。
4.2)降压:外部排气口14自动打开泄压至1kpa后关闭。
执行步骤4.1)、4.2)后,若系统风温低于50℃,则停止执行继续打印,若系统风温高于50℃则继续执行步骤4.1)和4.2),待系统风温低于50℃后停止执行继续打印。
在进一步的实施例中,若在步骤1中检测到系统风速降低,系统风温在50℃~90℃之间,压差表5的差值在2.0kpa~2.5kpa之间,则是循环风机6的电机受温度和压力的共同作用下,在温度和压力均未达到预设最大值时,降频输出,导致的风速波动,此时暂停打印,执行步骤4.1)、4.2),使系统风温低于50℃后停止执行,继续打印。
结合以上实施例,本方法能够针对循环系统中风速、风温以及滤芯压差三个影响因素同时或独立存在情况下,对风机频率调整、反吹方式降低滤芯压差的方式降低对循环系统中气流的流速的影响,或以加压充入低温保护气方式降低系统风温,保持风机能以稳定的设定频率输出,使成型仓1内形成稳定的风场,保证满足整个打印过程中打印平面上黑烟及黑渣均能清除干净,进而保证零件整体成型质量。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (11)
1.一种用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,其特征在于,包括:
成型仓(1),内壁上具有相对设置的进风口(11)和抽风口(12),使保护气从所述进风口(11)进入并从所述抽风口(12)排出,在所述成型仓(1)的内部形成风场;
循环管路,用于传导保护气;
过滤装置,设置在所述循环管路上,并位于所述抽风口(12)的排气端,所述过滤装置包括沿排气方向依次分布的一级过滤装置(2)、粗过滤装置(3)和精过滤装置(4),且所述粗过滤装置(3)内设有反吹装置(31);
循环风机(6),设置在所述循环管路上,并位于所述精过滤装置(4)的排气端一侧,用于向所述循环管路内的气流提供动力;
匀风装置(8),设置在所述循环管路的尾端,所述匀风装置(8)的排气端通过进风管路(81)将气流均匀导向所述进风口(11),使所述匀风装置(8)与所述成型仓(1)、过滤装置、循环风机(6)通过所述循环管路构成循环系统;
控制装置(9),电连接到所述循环风机(6)和反吹装置(31),并用于控制所述循环风机(6)的运行频率以及所述反吹装置(31)的启停;
其中,所述循环风机(6)的输出侧设有用于检测气流的风速、风温的热敏风速仪(7),所述粗过滤装置(3)的进气、排气端均安装有用于检测压力差的压差表(5),所述热敏风速仪(7)均用于向所述控制装置(9)提供风速和风温信号,所述压差表(5)用于向所述控制装置(9)提供所述粗过滤装置(3)两侧的压差值,使所述控制装置(9)调节所述循环风机(6)的频率,控制所述成型仓(1)内风场的风速维持在预设范围内;
所述成型仓(1)上固定设有外部进气口(13)和外部排气口(14),所述外部进气口(13)与外部加压设备连接,所述外部加压设备通过外部进气口(13)向成型仓(1)内通入干冷气体,使成型仓(1)以及循环管路内保护气温度下降至预设范围内。
2.根据权利要求1所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,其特征在于,所述匀风装置(8)的排气端设有与所述进风管路(81)并连的分风管路(82),所述分风管路(82)的分风口连接至所述成型仓(1)内,并位于所述进风口(11)至抽风口(12)方向的侧方,使系统中所述抽风口(12)处的抽风速度大于所述进风管路(81)处的排风速度。
3.根据权利要求1所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,其特征在于,所述匀风装置(8)包括带有均匀分布孔的孔板以及布风器,所述布风器用于将所述循环管路内的气流均匀导向至所述孔板上的每个孔,所述进风管路(81)的第一端与孔对应安装,第二端连接所述进风口(11)。
4.根据权利要求1所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,其特征在于,所述进风口(11)被设置有由下至上分布的多组,且所述进风口(11)的截面形状被设置为矩形或圆形。
5.根据权利要求1所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,其特征在于,所述一级过滤装置(2)包括旋风除尘器,所述一级过滤装置(2)的过滤精度在15μm以上,所述粗过滤装置(3)包括烟雾净化器以及安装在所述烟雾净化器内过滤精度在0.5μm以上的粗滤滤芯,所述精过滤装置(4)包括烟雾净化器以及安装在所述烟雾净化器内过滤精度在0.3μm以上的精滤滤芯。
6.根据权利要求5所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,其特征在于,所述反吹装置(31)包括与外部高压设备连接的高压管、伸入所述粗滤滤芯内的导气管以及连接所述高压管和导气管的脉冲阀,所述导气管的表壁上具有将高压气流向所述粗滤滤芯导向的气孔。
7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,其特征在于,定义风场风速范围维持在预设的V1~V2时,能稳定吹拂黑烟、渣并保持上层粉料稳定;
定义系统风温范围维持在预设的T1~T2时,所述循环风机(6)能以相对稳定的频率输出;
定义所述压差表(5)的安全阈值设置为2.5kpa时,所述循环风机(6)能以相对稳定的频率输出;
所述控制装置(9)被设置成根据所述压差表(5)的压差值以及所述系统风温调整所述风场风速,并维持所述风场风速在预设的V1~V2。
8.根据权利要求7所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,其特征在于,调整所述风场风速的过程包括:
步骤A、判断所述粗过滤装置(3)两侧的所述压差表(5)差值是否超出预设的安全阈值;
步骤A.1)当所述粗过滤装置(3)两侧的所述压差表(5)差值未超出预设的安全阈值,且风速小于1.5m/s时,所述控制装置(9)控制所述循环风机(6)提升频率增大风速,控制风速范围维持在1.5m/s~2.5m/s间;
步骤A.2)当所述粗过滤装置(3)两侧的所述压差表(5)差值超出预设的安全阈值时,暂停打印,同时启动所述反吹装置(31)对所述粗过滤装置(3)的滤芯反吹,使所述压差表(5)差值降低到安全阈值以下,同时所述控制装置(9)控制所述循环风机(6)的频率,使所述压差表(5)差值每变化0.5kpa时,风场风速的变化量小于0.3m/s;
步骤B、判断所述系统风温是否超出预设范围;
步骤B.1)当系统风温高于90℃时,暂停打印,利用加压设备通过外部进气口(13)向所述成型仓(1)内通入保护气,并加压至所述成型仓(1)内压力为3kpa时停止充气;
步骤B.2)所述外部排气口(14)自动打开泄压至所述成型仓(1)内压力为1kpa后关闭;
若系统风温低于50℃,则继续打印,若系统风温高于50℃则继续在所述成型仓(1)内重复步骤B.1)、B.2)操作,待系统风温低于50℃后继续打印。
9.一种用于激光选区熔化设备的循环过滤方法,其特征在于,应用权利要求1所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤系统,包括以下步骤:
步骤1、监测系统风速、风温:在所述循环风机(6)和匀风装置(8)之间的循环管路上安装所述热敏风速仪(7);
1.1)监测风速:当开始打印后,所述控制装置(9)实时读取所述热敏风速仪(7)测量的风速值;
1.2)监测风温:当开始打印后,所述控制装置(9)实时读取所述热敏风速仪(7)测量的风温值;
步骤2、调节风速:定义风场正常工作的风速在V1~V2之间,随着打印的进行,当所述粗过滤装置(3)的滤芯表面吸附烟渣导致风阻变大,使风速到达V1时,所述控制装置(9)控制所述循环风机(6)提升频率增大风速,控制风速范围在V1~V2之间;
步骤3、反吹所述粗过滤装置(3):随着打印的进行,当所述粗过滤装置(3)两侧的所述压差表(5)差值超出预设的安全阈值时,暂停打印,同时启动所述反吹装置(31)对所述粗过滤装置(3)的滤芯反吹,将滤芯外表面地烟渣吹落,减小整个过滤系统中的风阻,使所述压差表(5)差值降低到安全阈值以下;
步骤4、调节风温:定义系统正常工作的风温在T1~T2之间,所述成型仓(1)上固定设有外部进气口(13)和外部排气口(14),所述外部进气口(13)与外部加压设备连接,当系统温度高于T2时,暂停打印;
4.1)增压:利用加压设备通过外部进气口(13)向所述成型仓(1)内通入保护气,并加压至3kpa时停止充气;
4.2)降压:所述外部排气口(14)自动打开泄压至1kpa后关闭;
执行步骤4.1)、4.2)后,若系统风温低于T1,则停止执行继续打印,若系统风温高于T1则继续执行,待系统风温低于T1后停止执行继续打印。
10.根据权利要求9所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤方法,其特征在于,V1~V2设置为1.5m/s~2.5m/s,T1~T2设置为50℃~90℃,所述压差表(5)的安全阈值设置为2.5kpa;
定义在所述压差表(5)的安全阈值2.5kpa以下具有五个压力区间,所述压差表(5)的压差值每上升0.5kpa,所述控制装置(9)控制提升所述循环风机(6)的频率,并维持风场风速在每个压力区间内变化量不超过0.3m/s。
11.根据权利要求10所述的用于激光选区熔化设备的循环过滤方法,其特征在于,若在步骤1中检测到风场风速降低变化量超过0.3m/s,系统风温在50℃~90℃之间,所述压差表(5)的差值在2.0kpa~2.5kpa范围内,则暂停打印,执行步骤4.1)、4.2),使系统风温低于50℃后停止执行。
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