CN215090703U - 一种3d打印设备的余粉回收处理系统 - Google Patents

Abstract

一种3D打印设备的余粉回收处理系统，包括真空泵、余粉收集容器、新粉收集容器、废渣收集容器、第一旋风分离罐、第二旋风分离罐和振动筛；真空泵包括吸气口和排气口，排气口依次可选择性地与余粉收集容器、第一旋风分离罐和第二旋风分离罐的进料端连通，吸气口与第二旋风分离罐的排气端连通；第一旋风分离罐的出料端可选择性地与振动筛的进料端连通，振动筛的出料端与新粉收集容器连通；第二旋风分离罐的出料端与废渣收集容器连通。本实用新型的3D打印设备的余粉回收处理系统能基本实现筛分无人化操作，自动输送并筛分大量的粉末，而且可以用一定量的惰性气体实现内循环，节省惰性气体，保护粉末性能并远离尘暴风险，保护操作员的人身安全。

Description

一种3D打印设备的余粉回收处理系统

技术领域

本实用新型涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种3D打印设备的余粉回收处理系统。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等优点的先进制造技术。其中，选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)是近年来迅速发展的增材制造技术之一，其基本过程如下：上送粉装置将一定量金属粉末送至工作台面，常规铺粉和刮刀机构将一层粉末材料平铺在成型缸已成型零件的上表面，振镜系统控制激光器按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉和刮刀机构又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。

在上述技术中，成型缸中没有经过激光扫描烧结的粉末和被推到前后溢粉缸内的粉末统称为余粉，这些余粉通过输送到专业的的振动筛中，筛分出粗颗粒的废渣和异物，然后收集起来可以被再次利用。

随着市场的需求，我们的成型缸和打印工件尺寸越来越大，打印一个成型缸所推出来的粉末量也越来越大，采用之前的人工方式对余粉进行输送和处理不但非常费力而且非常危险，因为部分金属粉末活性强，在自然空气中容易被氧化，氧化后的粉末不但对烧结性能有影响，甚至在气体运输和筛分过程中可能形成尘爆雾团，不仅污染环境，而且粉末接触操作人员可能对人员带来安全隐患。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供了一种采用闭环控制，余粉自动输送和筛粉处理的3D打印设备的余粉回收处理系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种3D打印设备的余粉回收处理系统，包括真空泵、余粉收集容器、新粉收集容器、废渣收集容器、第一旋风分离罐、第二旋风分离罐和振动筛；其中，

所述真空泵包括吸气口和排气口，所述排气口依次可选择性地与余粉收集容器、第一旋风分离罐和第二旋风分离罐的进料端连通，所述吸气口与第二旋风分离罐的排气端连通；

所述第一旋风分离罐的出料端可选择性地与振动筛的进料端连通，所述振动筛的出料端与新粉收集容器连通；

所述第二旋风分离罐的出料端与废渣收集容器连通。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一旋风分离罐包括并联的两个旋风分离罐，两个旋风分离罐的进料端均可选择性地与余粉收集容器连通，两个旋风分离罐的排气端均可选择性地与第二旋风分离罐的进料端连通。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述旋风分离罐的上部和下部分别设有第一料位开关和第二料位开关，当第一料位开关点亮时，停止该旋风分离罐工作；而当第二料位开关点亮熄灭时，启动该旋风分离罐工作。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述余粉回收处理系统还包括压差传感器，用于检测真空泵两端的压力差。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述旋风分离罐上还设有补气口，用于在压差传感器检测到压差过大时通过向补气口充气以平衡压力。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述余粉收集容器为倒置放置的罐体结构和/或具有敞开口的成型缸。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述真空泵的排气口与吸气口中循环的气体为惰性气体。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述真空泵的排气口还连接有过滤器，用于将真空泵排出的气体经过过滤处理后向余粉收集容器输送。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述振动筛包括筛盖和筛网，所述筛盖上设有料位开关，用于检测筛网上粉末过多时停止粉末继续下落到筛网。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述筛盖上还设有观察窗口，用于查看振动筛内部情况；所述筛网上连接有超声波发生器，为筛网提供高频率震动。

本实用新型的3D打印设备的余粉回收处理系统，通过采用上述技术方案，具备以下有益效果：

1、整个系统采用闭环控制，能基本实现筛分无人化操作，自动输送并筛分大量的粉末，而且可以用一定量的惰性气体实现内循环，节省惰性气体，保护粉末性能并远离尘暴风险，保护操作员的人身安全；

2、本实用新型采用真空泵进行吸气以实现余粉的回收处理，该吸气相对于传统的吹气来说，更温和，且采用两级分离操作，分离效果更好；

3、本实用新型的余粉回收处理系统可与增材制造设备分开工作，这样便避免了一台增材设备需要配置对应的粉末处理系统而带来的成本高、占地空间大的弊端，本实用新型可以实现一系统对应多台增材制造设备，通用性更强，工作更稳定，成本更低。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中的3D打印设备的余粉回收处理系统的工作原理图；

图2为本实用新型的旋风分离罐工作原理图；

图3为本实用新型的振动筛粉末运动轨迹俯视图。

附图说明：1、真空泵，2、余粉罐，3、左旋风分离罐，4、右旋风分离罐，5、振动筛，6、新粉收集容器，7、第二旋风分离罐，8、废渣收集容器，9、清粉腔体，10、第一气动蝶阀，11、第二气动蝶阀，12、第三气动蝶阀，13、第四气动蝶阀，14、第五气动蝶阀，15、第六气动蝶阀，16、第七气动蝶阀，17、第八气动蝶阀，18、第九气动蝶阀，19、第一左料位开关，20、第一右料位开关，21、第二左料位开关，22，第二右料位开关，23、第十气动蝶阀，24、第十一气动蝶阀，25、排气口，26、吸气口。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

还应当理解的是，在解释元件时，尽管没有明确描述，但元件解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。

此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

参阅附图1，本实用新型一实施例的3D打印设备的余粉回收处理系统，包括真空泵1、余粉收集容器、新粉收集容器6、废渣收集容器8、第一旋风分离罐、第二旋风分离罐7和振动筛5；其中，

所述真空泵1包括吸气口26和排气口25，所述排气口25依次可选择性地与余粉收集容器、第一旋风分离罐和第二旋风分离罐7的进料端连通，所述吸气口26与第二旋风分离罐7的排气端连通；

所述第一旋风分离罐的出料端可选择性地与振动筛5的进料端连通，所述振动筛5的出料端与新粉收集容器6连通；

所述第二旋风分离罐7的出料端与废渣收集容器8连通。

在此需说明的是，所述余粉收集容器为倒置放置的罐体结构，也可以为具有敞开口的成型缸，这样主要是为了操作更加简便，例如，可以用罐体结构的容器，例如图1中的余粉罐2用于收集溢粉缸中的粉末，而成型缸的体积比较大，可以直接将其与封闭的清粉腔体9相连通，而将粉末处理平台接入本实用新型的余粉回收处理系统，这样就不需要将成型缸的粉末转换到罐体结构中，即便于操作，具体可参见图1，该系统同时接入了余粉罐2以及与成型缸连通的清粉腔体9，当然，在具体实施中，可以仅选用余粉罐2，或者仅选用与成型缸连通的清粉腔体9，当然还可以采用多个余粉罐2，或者多个与成型缸连通的清粉腔体9，在此不做一一例举。

可以理解的是，上述真空泵1、余粉收集容器、新粉收集容器6、废渣收集容器8、第一旋风分离罐、第二旋风分离罐7和振动筛5之间通过管道连通，在管道中并设置气动蝶阀实现可选择性地连通，具体可通过控制器件控制是否连通。

作为本实用新型的一优选方案，所述第一旋风分离罐包括并联的两个旋风分离罐，两个旋风分离罐的进料端均可选择性地与余粉收集容器连通，两个旋风分离罐的排气端通过一个三通管与第二旋风分离罐7的进料端连通，这样可以使两个旋风分离罐轮流工作。具体地，所述旋风分离罐的上部和下部分别设有第一料位开关和第二料位开关，当第一料位开关点亮时，停止该旋风分离罐工作；而当第二料位开关点亮熄灭时，启动该旋风分离罐工作。如图1所示，当第一旋风分离罐包含左旋风分离罐3和右旋风分离罐4时，左旋风分离罐3的上部和下部分别设有第一左料位开关19和第二左料位开关21，右旋风分离罐4的上部和下部分别设有第一右料位开关20和第二右料位开关22。

具体实施中，所述系统还包括控制柜，其中含有各种控制和信号反馈电气元器件，并且主要提供给真空泵1粉末输送动力以及控制系统回路中各个气动蝶阀的打开或关闭。真空泵1运转使得其排气口25与吸气口26两端的空气流动起来，优选地，所述余粉回收处理系统还包括压差传感器，具体设置在真空泵1的排气口25与吹气管路中间，用于实时监控两端的压力差。进一步优选地，所述旋风分离罐上还设有补气口，当吹气管路末端的压力过高则表明末端容器需要补充气体进行平衡，以保证系统的稳定运行。

具体地，上述排气口与吸气口中循环的气体为一定量的惰性气体，在一优选方案中，所述真空泵1的排气口25还连接有过滤器，用于将真空泵1排出的气体经过过滤处理后向余粉收集容器输送，即净化了流通气体，使得净化后的气体（本实用新型中优选采用惰性气体）通过吹气管路连接一个封闭的含有需要输送和清理的粉末的容器或腔体（比如图1中的余粉罐2），然后连接输送的目的容器（比如图1中的第一旋风分离罐），同时吸气管路的开始端同样连接此目的容器或腔体（比如图1中的第一旋风分离罐），接着另一端连接回真空泵1的吸气口26，其中间连接了第二旋风分离罐7，第一旋风分离罐和第二旋风分离罐7的功能均是将气体中含有的尘渣过滤和分离，其工作原理参考图2，使得回到真空泵1的吸气口26气体是洁净的。优选地，第二旋风分离罐7上设置有反吹系统，氧含量检测，泄压阀，压差传感器等重要反馈信号，用以实现滤芯寿命检测，循环系统内环境检测，防爆等功能。第二旋风分离罐7下端的废渣收集容器8收集的气体中的尘渣可进行集中的专业处理。

上述振动筛5的主要功能是进行粉末的筛分工作，即将粉末中超出粉末粒径范围的烟尘，废渣，其它异物过滤出来。由于其为现有技术的现有部件，因此在本申请中对其具体结构不做详细说明，例如其可优选由两台对称斜45°角安装的振动电机提供动力，使得过滤网在振幅范围上下运动的同时让粉末在筛网上做一种螺旋运动，其运动方向如图3所示。所述振动筛5的排渣口连接软管和废渣管，粉末通过振动，标准的粉末向下流进新粉收集容器6收集起来，大的废渣留在网上并通过运动旋转至筛外侧的排渣口排出进入废渣管。振动筛5是一个密封腔体，但是考虑设备振动就能产生空隙，所以振动筛5的筛盖上和筛体的下方设置有气体充入口和气体排出口，用于初期的气体置换和后期氧含量的维持，振动筛5的气体排出口处连接有过滤器，保证排放气体安全。因为筛体工作时振动可产生间隙，所以筛体部分在工作时是不断充入少量的惰性气体的，以保证振动筛5工作时金属粉末一直处于惰性气体保护环境。所述振动筛筛网以及筛体均连接地线导出静电。筛盖上还设置有料位开关，用于检测筛网上粉末过多时停止粉末继续下落到筛网，也就是说如果粉末筛分效率过慢在筛网上堆积到一定程度，会设置成只筛分不再落粉到筛网上的状态，直到粉末不再堆积。振动筛5还可以配置超声波发生器，装在筛网上，为筛网提供高频率震动，可以起到清理筛网和提高筛分效率的作用。同时筛盖上还有观察窗口，方便查看筛内粉末已经筛网的状况，进一步优选地，观察窗口为标准的快装式卡箍安装，松开后，开口处可以伸入吸尘器端口管对筛网进行清理。优选地，设备各部分都接地保护并采用防爆防尘处理。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本实用新型的技术方案，下面通过一实施例并结合图1对本实用新型的技术方案进行具体阐述：

一、将余粉罐2内的粉末进行筛分收集（第十一气动蝶阀24和第十气动蝶阀23处于关闭状态），真空泵1启动，从排气口25处排出气体经过余粉罐2，第九启动蝶阀打开，余粉罐2内的待处理粉末落入管道中。第五气动蝶阀14打开，第一气动蝶阀10打开气体带动粉末流动进入左旋风分离罐3。分离出来的气体经过打开的第二气动蝶阀11和第八气动蝶阀17进入第二旋风分离罐7，分离出来的洁净气体从第二旋风分离罐7回到真空泵1的吸气口26，分离出来的废渣沉降到废渣收集容器8。等待第一左料位开关19点亮反馈信号，表示左旋风分离罐3内的粉末已达到最大粉末量，此时进行旋风分离罐切换，即切换到右旋风分离罐4。关闭第一气动蝶阀10和第二气动蝶阀11，打开第三气动蝶阀12和第四气动蝶阀13（所有未提到的气动蝶阀均应该处于关闭状态）。切换到右旋风分离罐4开始收集粉末时，启动振动筛5，间断性打开第六气动蝶阀15，如使用某种粉末时，第六气动蝶阀15打开3秒，停顿20秒，接着打开3秒，再停顿20秒，如此循环。左旋风分离罐3内的粉末下降到振动筛5，并通过筛分，可用的粉末收集到新粉收集容器6内。当第二左料位开关21熄灭时，表示左旋风分离罐3内粉末筛分完毕，此时停止振动筛5运动。当第一右料位开关20被点亮，关闭第三气动蝶阀12和第四气动蝶阀13。开启振动筛5，同时关闭第六气动蝶阀15，间断性打开第七气动蝶阀16。左旋风分离罐3即刻进入收集粉末状态。如此反复，直到余粉罐2中的粉末全部进入管路，并观测到第二左料位开关21和第二右料位开关22均没有被点亮。新粉收集容器6连接振动筛5的管路中再无粉末下降，说明此次余粉罐2的粉末筛分，运输收集工作完成。

二、将清粉腔体9封闭腔内的粉末进行运输筛分收集（第五气动蝶阀14和第九气动蝶阀18处于关闭状态）

真空泵1启动，从排气口25处排出的气体经过打开的第十一气动蝶阀24，进入清粉腔体9，封闭的清粉腔体9与增材制造设备的成型缸对接，打印完成后的成型缸含有需要清理的粉末。第十气动蝶阀23打开，气体带动粉末流动进入左旋风分离罐3，分离出来的气体经过打开的第二气动蝶阀11和第八气动蝶阀17进入第二旋风分离罐7，分离出来的洁净气体从第二旋风分离罐7回到真空泵1的吸气口26，分离出来的废渣沉降到废渣收集容器8。等待第一左料位开关19点亮反馈信号，表示左旋风分离罐3内的粉末已达到最大粉末量，此时进行旋风分离罐切换，即切换到右旋风分离罐4。关闭第一气动蝶阀10和第二气动蝶阀11，打开第三气动蝶阀12和第四气动蝶阀13（所有未提到的气动蝶阀均应该处于关闭状态）。切换到右旋风分离罐4开始收集粉末时，启动振动筛5，间断性打开第六气动蝶阀15，如使用某种粉末时，第六气动蝶阀15打开3秒，停顿20秒，接着打开3秒，再停顿20秒，如此循环。左旋风分离罐3内的粉末下降到振动筛5，并通过筛分，可用的粉末收集到新粉收集容器6内。当第二左料位开关21熄灭时，表示左旋风分离罐3内粉末筛分完毕，此时停止振动筛5运动。当第一右料位开关20被点亮，关闭第三气动蝶阀12和第四气动蝶阀13。开启振动筛5，同时关闭第六气动蝶阀15，间断性打开第七气动蝶阀16。左旋风分离罐3即刻进入收集粉末状态。如此反复，直到清粉腔体9中的粉末全部进入管路，并观测到第二左料位开关21和第二右料位开关22均没有被点亮。新粉收集容器6连接振动筛5的管路中再无粉末下降，说明此次清粉腔体9的粉末筛分，运输收集工作完成。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，包括真空泵、余粉收集容器、新粉收集容器、废渣收集容器、第一旋风分离罐、第二旋风分离罐和振动筛；其中，

所述真空泵包括吸气口和排气口，所述排气口依次可选择性地与余粉收集容器、第一旋风分离罐和第二旋风分离罐的进料端连通，所述吸气口与第二旋风分离罐的排气端连通；

所述第一旋风分离罐的出料端可选择性地与振动筛的进料端连通，所述振动筛的出料端与新粉收集容器连通；

所述第二旋风分离罐的出料端与废渣收集容器连通。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述第一旋风分离罐包括并联的两个旋风分离罐，两个旋风分离罐的进料端均可选择性地与余粉收集容器连通，两个旋风分离罐的排气端均可选择性地与第二旋风分离罐的进料端连通。

3.根据权利要求2所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述旋风分离罐的上部和下部分别设有第一料位开关和第二料位开关，当第一料位开关点亮时，停止该旋风分离罐工作；而当第二料位开关点亮熄灭时，启动该旋风分离罐工作。

4.根据权利要求3所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述余粉回收处理系统还包括压差传感器，用于检测真空泵两端的压力差。

5.根据权利要求4所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述旋风分离罐上还设有补气口，用于在压差传感器检测到压差过大时通过向补气口充气以平衡压力。

6.根据权利要求1所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述余粉收集容器为倒置放置的罐体结构和/或具有敞开口的成型缸。

7.根据权利要求1所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述真空泵的排气口与吸气口中循环的气体为惰性气体。

8.根据权利要求1所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述真空泵的排气口还连接有过滤器，用于将真空泵排出的气体经过过滤处理后向余粉收集容器输送。

9.根据权利要求1至8任一项所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述振动筛包括筛盖和筛网，所述筛盖上设有料位开关，用于检测筛网上粉末过多时停止粉末继续下落到筛网。

10.根据权利要求9所述的3D打印设备的余粉回收处理系统，其特征在于，所述筛盖上还设有观察窗口，用于查看振动筛内部情况；所述筛网上连接有超声波发生器，为筛网提供高频率震动。

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