CN212370704U - 一种金属3d打印丝材的在线清洗线 - Google Patents

Abstract

一种金属3D打印丝材的在线清洗线包括依次设置的恒温清洗槽、清洗液槽、酒精清洗槽、吹风装置、收线机、超声波发生器和超声波振子，所述恒温清洗槽两端、所述清洗液槽两端和所述酒精清洗槽两端均分别装有导线轮，所述超声波振子安装于所述恒温清洗槽、所述清洗液槽和所述酒精清洗槽底部，所述超声波发生器与所述超声波振子电连接，运行时，所述丝材沿着所述导线轮分别经过所述恒温清洗槽、所述清洗液槽和所述酒精清洗槽处理后，通过所述吹风装置后，并经所述收线机收集。本实用新型有效地解决了3D打印丝材表面脏化难题，清洗效果明显，目前已通过国内外航空航天、军工有关企业使用验证。

Description

一种金属3D打印丝材的在线清洗线

技术领域

本实用新型涉及丝材清洗系统领域，尤其涉及一种金属3D打印丝材的在线清洗线。

背景技术

随着3D打印技术的发展，越来越多的产品直接使用3D打印，尤其是近几年，金属材料的3D打印也逐渐得到了越来越多的应用及认可。现在市场上使用的金属打印实现路径主要分为两种，一种是先将金属材料制备成粉末，在通过铺粉、送粉等工艺在粉末打印机中实现打印；近两年，另一种金属3D打印工艺也逐渐成熟，并得到广泛的应用。通过先将材料制备成丝材，通过电弧增材（电弧增材WAAM）等打印工艺实现产品的打印。

采用丝材作为3D打印材料的优势在于：丝材生产通过熔铸、熔体净化、快速浇筑、均质化、铸锭挤压、拉丝生产，有效避免了粉末打印材料在制备过程中氧化的风险;另外，丝材打印的效率更高，打印设备也相对粉打印设备要便宜。

但是，用于3D打印的金属丝材，表面质量要求、性能相对于普通丝材、焊丝要高很多。目前常规的丝材（包括制备工艺）远远达不到3D打印的要求，较差的表面质量，表面不洁净，以及其他相关的性能，都不符合3D打印的要求，严重影响打印质量。尤其是丝材表面的脏化非常严重，导致打印过程中打印件的孔隙度升高，最终导致打印零件报废。

目前市场上丝材清洗线是采用斜入式、固定式导向轮单区域清洗，同时采用气流吹扫方式吹干的清洗方式，存在以下问题：

1、清洗级数单一，丝材表面如果存在多种脏化问题，单一清洗液不能完全清洗干净，不能达到金属3D打印丝材的表面洁净度要求。

2、丝材断丝后，需要重新接线，固定式导向轮需要将手伸进槽液内，绕线不方便；

3、普通的清洗线，清洗时长不够，达不到清洗效果，或者为了保证清洗效果延长清洗线，增加了占地面积；

4、采用普通的气流进行吹扫，不能将丝材表面可能存在的液体（例如水分、清洗液等）吹扫干净，容易造成液体和脏污残留；

5、导向轮固定在清洗槽内，且没有设计专门的清洗槽自清理过程，导致清洗槽在使用后不易清洗；

6、普通清洗槽，缺少利于槽液排出的设计、可能造成清洗污物在清洗槽内边角堆积，不利于清理，也会影响后续清洗效果；

7、清洗槽4个立面没有设计自动喷淋清洗装置，容易因人为或者其他原因导致清洗槽清洗不充分；

8、使用酒精或易挥发液体作为清洗液，缺少收集装置，火灾发生概率较大，并且对环境有害。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种金属3D打印丝材的在线清洗线，使清洗后的丝材，表面无脏化，无氧化，表面洁净度符合3D打印用丝材要求。

本实用新型采用的技术方案是：

一种金属3D打印丝材的在线清洗线包括依次设置的恒温清洗槽、清洗液槽、酒精清洗槽、吹风装置、收线机、超声波发生器和超声波振子，所述恒温清洗槽两端、所述清洗液槽两端和所述酒精清洗槽两端均分别装有导线轮，所述超声波振子安装于所述恒温清洗槽、所述清洗液槽和所述酒精清洗槽底部，所述超声波发生器与所述超声波振子电连接，运行时，所述丝材沿着所述导线轮分别经过所述恒温清洗槽、所述清洗液槽和所述酒精清洗槽处理后，通过所述吹风装置后，并经所述收线机收集。

丝材进入第一道恒温清洗槽，调节清洗温度，丝材在热水里面的经过超声波震动，将丝材表面杂质等颗粒状杂物清洗干净，优势在于保证丝材温度在同一温度下进行清洗、稳定性较高；该恒温清洗槽中温度控制，可以用于不同的产品清洗。丝材进入第二道清洗液槽，盛装专用清洗剂。通过超声波震动，清洗丝材表面油污、切削液残留等脏污。丝材进入第三道酒精清洗槽，酒精清洗槽中放置酒精，经过超声波震动，再次对丝材进行清洗。吹风装置将清洗后的丝材表面的水分和酒精吹干。收线机进行收线，通过气压调节收线机速度，保证进线速度和收线速度同步。

进一步地，该金属3D打印丝材的在线清洗线还包括升降装置、清洗槽盖板和连杆，所述升降装置设置两个或多个，且分别安装于所述恒温清洗槽、所述清洗液槽或所述酒精清洗槽上，所述清洗槽盖板与所述升降装置的活动端固定连接，所述导线轮通过所述连杆与所述清洗槽盖板固定，所述升降装置带动所述清洗槽盖板和所述导线轮升降。

清洗槽盖板可单独设置三个，三个清洗槽盖板分别与升降装置的活动端固定连接，升降装置同步带动三个清洗槽盖板上下运动。清洗槽盖板也可设置一个整体，清洗槽盖板与升降装置的活动端固定连接，升降装置同步带动清洗槽盖板上下运动。当丝材断丝后，暂停清洗线，轻按升降装置上升按钮，将丝材浸没部分上升到槽液外。将丝材缠绕到导向轮上，焊接丝材后，轻按下降按钮将丝材浸入槽液内。对比普通的焊丝清洗线，该升降装置可以将丝材提出槽液，避免手进行槽液内，造成液体脏化，污染丝材。同时在槽液外进行缠绕，利于操作，可以有效减少缠绕时间。

进一步地，所述导线轮为圆柱体，所述导线轮的侧面开设有多个槽位，所述丝材依次缠绕于所述槽位中，可以保证丝材清洗更有序，可以通过增加缠绕的层数，调节在清洗液内的清洗时长。对比普通焊丝清洗线，优势在于可以调节丝材在线清洗时间，提升生产效率；在不明显增加占地面积的条件下，本系统单个清洗槽内清洗最长在线清洗时间可达1min。

进一步地，清洗槽盖板密封盖于所述恒温清洗槽、所述清洗液槽和所述酒精清洗槽的上端口。

进一步地，该金属3D打印丝材的在线清洗线还包括集气系统，所述集气系统分别与所述酒精清洗槽和所述吹风装置连通。

集气系统将挥发的酒精收集后，通过后处理设备进行无害化处理。酒精易挥发，容易引起火灾，通过集气系统将酒精进行有效处理，避免生产中的安全隐患，减少对环境的危害。

进一步地，该金属3D打印丝材的在线清洗线还包括喷淋装置，所述喷淋装置设置多个，且分别安装于所述恒温清洗槽、所述清洗液槽和所述酒精清洗槽立面的顶部。喷淋装置可结合震动装置完成清洗槽的自清洁。

进一步地，该金属3D打印丝材的在线清洗线还包括换液阀，所述恒温清洗槽、所述清洗液槽和所述酒精清洗槽的底面均为斜面，所述换液阀安装于所述斜面的最低部位。有利于清洗废液排除，也有利于清洗过程的污物向底部集中，在清洗槽自清洁过程中提高效率。

进一步地，所述吹风装置为热风吹扫装置，所述热风吹扫装置外表面还设置有保温层。热风(温度100℃，风速150m³/h)从两端进入不锈钢导管将残留液体等从中间吹出，将丝材表面吹干。吹扫装置上方也设置了气体收集装置。优势在于通过热风吹扫，进一步保证丝材表面的洁净及干燥；集气系统可以收集前一生产过程中挥发出来的酒精，避免火灾安全隐患及环境污染；不锈钢导管外有保温棉，保护生产操作人员不被烫伤；热风吹扫装置可以根据不同材料、不同室外温度，调节吹扫温度、风速，保证吹扫效率，同时节约成本。

本实用新型的优点在于采用多级清洗，清洗效果好。配合升降装置，控制导向轮升降，便于接线操作。导向轮上丝材采用多槽位缠绕方式，保证丝材清洗有序，调节在清洗液内的清洗时长。集气系统用于收集酒精等挥发气体，避免发生火灾。同时清洗槽底部斜面设计，便于回收清洗液。另外增加清洗槽内的喷淋装置，可以自动清洗槽内部。

本实用新型有效地解决了3D打印丝材表面脏化难题，对比普通的丝材清洗线，此实用新型清洗效果明显，操作更方便，更加智能化及多元化。目前已通过国内外航空航天、军工有关企业使用验证，性能满足3D打印（电弧增材WAAM）对丝材表面质量的要求，有效地解决了3D打印丝材表面脏化难题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为导线轮的结构示意图；

图4为清洗前的丝材的金相照片；

图5为清洗前的丝材的SEM照片；

图6为清洗后的丝材的金相照片；

图7为清洗后的丝材的SEM照片。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

实施例

如图1-2所示，一种金属3D打印丝材的在线清洗线包括导线轮1、恒温清洗槽2、清洗液槽3、酒精清洗槽4、吹风装置5、收线机6、升降装置7、清洗槽盖板8、连杆9、集气系统10、喷淋装置11、换液阀12、斜面13、超声波发生器14和超声波振子15。每组导线轮1设置两个，两个导线轮1通过轴承与连杆9固定，导向轮轴承采用自润滑轴承，可长期在清洗液、水等液体环境中使用，导线轮1共设置六组。如图3所示，导线轮1为圆柱体，导线轮1的侧面开设有多个槽位101，丝材依次缠绕于槽位101中。导线轮1采用耐磨尼龙，且表面光滑，不会对表面产生划伤。升降装置7设置六个，且分别安装于恒温清洗槽2、清洗液槽3或酒精清洗槽4上。清洗槽盖板8与升降装置7的活动端固定连接，清洗槽盖板8上开设有安装槽，每组导线轮1通过连杆9与清洗槽盖板8固定，并通过密封件与清洗槽盖板8之间保持密封，其中一个导线轮位于清洗槽盖板8上方，另外一个位于清洗槽盖板8下方，丝材可在密封件之间输送。清洗丝材时，清洗槽盖板8密封盖于恒温清洗槽2、清洗液槽3和酒精清洗槽4上方，构成密封系统。升降装置7可带动清洗槽盖板8和导线轮1升降。超声波振子15安装于恒温清洗槽2、清洗液槽3或酒精清洗槽4底部。每个槽位底部装有超声波振子50个，保证丝材清洗效果。

丝材分别从位于恒温清洗槽2左侧的导线轮1进入恒温清洗槽2中，丝材再经位于恒温清洗槽2右侧的导线轮1和位于清洗液槽3左侧的导线轮1输送至清洗液槽3中，丝材再经位于清洗液槽3右侧的导线轮1和位于酒精清洗槽4左侧的导线轮1输送至酒精清洗槽4中，丝材最后经位于酒精清洗槽4右侧的导线轮1输送至吹风装置5，并经收线机6收集。恒温清洗槽2、清洗液槽3和酒精清洗槽4、清洗槽盖板8和吹风装置5的不锈钢导管都采用304不锈钢制作，防止设备生锈对产品造成污染。集气系统10分别与酒精清洗槽4和吹风装置5连通，酒精清洗槽4和吹风装置5中设置有进气口，进气口中安装有单向进气阀。喷淋装置11设置三个，且分别安装于恒温清洗槽2、清洗液槽3和酒精清洗槽4立面的顶部。恒温清洗槽2、清洗液槽3和酒精清洗槽4的底面均为斜面13，换液阀12安装于斜面13的最低部位。吹风装置5选用热风吹扫装置，热风的温度为100℃，风速为150m³/h，热风吹扫装置外表面还设置有保温层，保温层的材料选用保温棉。

本实用新型包括以下操作步骤：

（1）丝材进入第一道恒温清洗槽，盛装热水，调节清洗温度，丝材在热水里面经过超声波震动，将丝材表面灰尘等颗粒状杂物清洗干净。

（2）丝材进入第二道清洗液槽，盛装专用清洗剂。通过超声波震动，清洗丝材表面油污、切削液残留等脏污。

（3）丝材进入第三道酒精清洗槽，放置酒精，经过超声波震动，再次对丝材进行清洗。吹风装置将清洗后的丝材表面的水分和酒精吹干。收线机进行收线，通过气压调节收线机速度，保证进线速度和收线速度同步。

集气系统用于收集酒精等挥发气体，避免发生火灾。同时清洗槽底部斜面设计，便于回收清洗液。另外清洗槽内的喷淋装置可以自动清洗槽内部。当丝材断丝后，暂停清洗线，轻按升降装置上升按钮，将丝材浸没部分上升到槽液外。将丝材缠绕到导向轮上，焊接丝材后，轻按下降按钮将丝材浸入槽液内。

清洗前后的丝材通过200倍金相显微镜和SEM能谱分析，结果如图4和图6所示，通过200倍金相显微镜丝材表面明显洁净度更高；

表1 清洗前丝材的SEM能谱分析数据

表2 清洗后丝材的SEM能谱分析数据

由如图5和图7所示，通过SEM能谱分析，丝材表面脏化杂质元素（C、O）在清洗后明显下降（见表1-2）。经过该清洗线清洗后，丝材表面脏化明显改善。

本实用新型适用于不锈钢、铝合金、钛合金等其他表面要求高的丝材的清洗，为3D打印丝材的表面洁净度提升，走出了飞跃性一步，同时为3D打印的发展做出重大突破。该清洗线将会被应用于3D打印丝材的清洗，同时可以应用于其他所有表面洁净度要求高的丝材产品。

Claims (8)

1.一种金属3D打印丝材的在线清洗线，其特征在于：包括依次设置的恒温清洗槽（2）、清洗液槽（3）、酒精清洗槽（4）、吹风装置（5）、收线机（6）、超声波发生器（14）和超声波振子（15），所述恒温清洗槽（2）两端、所述清洗液槽（3）两端和所述酒精清洗槽（4）两端均分别装有导线轮（1），所述超声波振子（15）安装于所述恒温清洗槽（2）、所述清洗液槽（3）和所述酒精清洗槽（4）底部，所述超声波发生器（14）与所述超声波振子（15）电连接，运行时，所述丝材沿着所述导线轮（1）分别经过所述恒温清洗槽（2）、所述清洗液槽（3）和所述酒精清洗槽（4）处理后，通过所述吹风装置（5）后，经所述收线机（6）收集。

2.如权利要求1所述的金属3D打印丝材的在线清洗线，其特征在于：还包括升降装置（7）、清洗槽盖板（8）和连杆（9），所述升降装置（7）设置两个或多个，且分别安装于所述恒温清洗槽（2）、所述清洗液槽（3）或所述酒精清洗槽（4）上，所述清洗槽盖板（8）与所述升降装置（7）的活动端固定连接，所述导线轮（1）通过所述连杆（9）与所述清洗槽盖板（8）固定，所述升降装置（7）带动所述清洗槽盖板（8）和所述导线轮（1）升降。

3.如权利要求1或2所述的金属3D打印丝材的在线清洗线，其特征在于：所述导线轮（1）为圆柱体，所述导线轮（1）的侧面开设有多个槽位（101），所述丝材依次缠绕于所述槽位（101）中。

4.如权利要求1或2所述的金属3D打印丝材的在线清洗线，其特征在于：清洗槽盖板（8）密封盖于所述恒温清洗槽（2）、所述清洗液槽（3）和所述酒精清洗槽（4）的上端口。

5.如权利要求1或2所述的金属3D打印丝材的在线清洗线，其特征在于：还包括集气系统（10），所述集气系统（10）分别与所述酒精清洗槽（4）和所述吹风装置（5）连通。

6.如权利要求1或2所述的金属3D打印丝材的在线清洗线，其特征在于：还包括喷淋装置（11），所述喷淋装置（11）设置多个，且分别安装于所述恒温清洗槽（2）、所述清洗液槽（3）和所述酒精清洗槽（4）立面的顶部。

7.如权利要求1或2所述的金属3D打印丝材的在线清洗线，其特征在于：还包括换液阀（12），所述恒温清洗槽（2）、所述清洗液槽（3）和所述酒精清洗槽（4）的底面均为斜面（13），所述换液阀（12）安装于所述斜面（13）的最低部位。

8.如权利要求1或2所述的金属3D打印丝材的在线清洗线，其特征在于：所述吹风装置（5）为热风吹扫装置，所述热风吹扫装置外表面还设置有保温层。

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