CN219805384U - 打印舱组件及增材制造设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及增材制造技术领域，旨在解决一些已知的打印舱除氧效率较低的技术问题，提供打印舱组件及增材制造设备。其中，打印舱组件包括舱体、惰性气体产生装置和膨胀收缩件。舱体限定打印腔，舱体设有排气口和进气口。惰性气体产生装置连接进气口。膨胀收缩件可活动地穿设于舱体并与舱体密封配合，膨胀收缩件膨胀而挤压打印腔内的气体，使这些气体自排气口排出，膨胀收缩件收缩使惰性气体产生装置产生的惰性气体自进气口进入并填充打印腔。本申请的有益效果是提高除氧效率。

Description

打印舱组件及增材制造设备

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及打印舱组件及增材制造设备。

背景技术

已知的增材制造设备通常在密封的舱体内进行3D打印作业，3D打印过程中通常要求舱体内的气体为惰性气体，以避免空气中的氧气影响打印材料的打印质量，以确保3D打印的顺利完成。

一些相关技术中通过气体转换、化学除氧或抽真空处理等多种方式除去舱体内的氧气。直接通入惰性气体的方法需要消耗大量惰性气体，成本较高，并且除氧时间较长，难以保证舱体内氧气含量满足需求。化学除氧的方式成本较高，并且需要定期更换除氧材料，且随着除氧材料使用次数增加，除氧材料后期的除氧能力也较低，也会使除氧时间较长。抽真空除氧的方式对舱体的密封性能有较高的要求，且多次进行抽真空处理后，舱体的密封件的寿命也较短。

实用新型内容

本申请提供打印舱组件及增材制造设备，以解决已知的舱体除氧方式效率低的技术问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种打印舱组件，包括舱体、惰性气体产生装置和膨胀收缩件。所述舱体限定打印腔，所述舱体设有排气口和进气口。所述惰性气体产生装置连接所述进气口。所述膨胀收缩件可活动地穿设于所述舱体并与所述舱体密封配合，所述膨胀收缩件膨胀而挤压所述打印腔内的气体，使这些气体自所述排气口排出，所述膨胀收缩件收缩使所述惰性气体产生装置产生的惰性气体自所述进气口进入并填充所述打印腔。

通过本申请的打印舱组件完成除氧作业，可以通过提高膨胀收缩件的膨胀速度。再从进气口充入惰性气体时同时使膨胀收缩件收缩，仅需使惰性气体的充入速度大于膨胀收缩件的收缩速度，即可保证膨胀收缩件与舱体之间的空间内均充满惰性气体。并且，相对已知的抽真空方式而言，本实施例的打印舱组件的密封件承受的压力较小，延长了密封件的使用寿命。在膨胀收缩件完成收缩后，打印腔内基本填充满充入的惰性气体，此后仅需短暂地再充入小段时间的惰性气体即可，相对已知的化学除氧、气体转换及抽真空的方式，均提高了除氧效率。

在一种可能的实施方式中：

所述打印舱组件还包括介质源，所述介质源用于向所述膨胀收缩件输送填充介质；所述舱体开设连通所述打印腔的滑动口，所述膨胀收缩件与所述滑动口气密配合，并且可滑动地配合于所述滑动口，所述膨胀收缩件的一端与介质源连通。

在一种可能的实施方式中：

所述介质源包括高压气源、连通高压气源与所述膨胀收缩件的进气管道及高压气量调节设备与进气监控设备。

在一种可能的实施方式中：

所述膨胀收缩件包括膨胀囊体和介质输送管，所述介质输送管用于与所述介质源连通从而向所述膨胀囊体输送所述填充介质。

在一种可能的实施方式中：

所述打印舱组件还包括与所述膨胀收缩件连通的排出管道、与所述排出管道连通的排出调节设备及排出监控设备，所述排出调节设备用于控制所述填充介质从所述排出管道排出的压力，所述排出监控设备用于控制所述填充介质从所述排出管道排出的流量。

在一种可能的实施方式中：

所述打印舱组件还包括驱动件，所述驱动件设于所述舱体外且连接所述膨胀收缩件，所述驱动件用于带动所述膨胀收缩件进出所述打印腔。

在一种可能的实施方式中：

所述惰性气体产生装置包括惰性气源、送气管道、送气调节设备和送气监控设备；所述惰性气源通过所述送气管道连通至所述进气口；所述送气调节设备和所述送气监控设备连通于所述送气管道，所述送气调节设备用于控制所述惰性气体从所述送气管道输入的压力，所送气监控设备用于控制所述惰性气体从所述送气管道输入的流量。

在一种可能的实施方式中：

所述打印舱组件还包括舱体压力表，所述舱体压力表设于所述舱体，并用于检测所述打印腔内的气体压力。

在一种可能的实施方式中：

所述打印舱组件还包括舱体测压仪，所述舱体测压仪设于所述舱体，并用于检测所述打印腔内的氧气含量。

第二方面，本申请提供一种增材制造设备，包括前述的打印舱组件和成型平台。所述成型平台可升降地设于所述打印舱组件，并位于所述打印腔内，所述成型平台用于成型工件，并能够在打印前贴合于所述打印舱组件的舱体的内表面。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例的增材制造设备的结构示意图。

主要元件符号说明：

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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申请领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

已知的增材制造设备通常在密封的舱体内进行3D打印作业，3D打印过程中通常要求舱体内的气体为惰性气体，以避免空气中的氧气影响打印材料的打印质量，以确保3D打印的顺利完成。

一些相关技术中通过气体转换、化学除氧或抽真空处理等多种方式除去舱体内的氧气。气体转换的方式是将惰性气体灌入舱体内，并迫使舱体内的空气排出至舱体外，最终使舱体内的气体大多为惰性气体，完成除氧作业。气体转换需要消耗大量惰性气体，除氧时间较长，例如，0.156立方米的舱体需要三十五分钟左右才能完成除氧，并需要消耗两百五十升惰性气体，且残余氧气含量仍然达到1000ppm。

化学除氧的方式是采用脱氧催化剂与舱体内的氧气进行化学反应，达到除去氧气的作用，脱氧催化剂的反应能力有限，在多次使用后除氧能力下降，导致除氧时间较长，并且需要定期更换脱氧催化剂，使得成本相对较高。

抽真空除氧的方式对舱体的密封性能有较高的要求，每次抽真空处理，舱体的密封件均需要承受一个大气压的压力，使得多次进行抽真空处理后，舱体的密封件的寿命也较短，密封性能大幅下降。

有鉴于此，如图1所示，本申请实施例提供一种增材制造设备100，其能够实现高效且低成本的除氧效果。下文将示例性说明。

参见图1，本实施例的增材制造设备100包括打印舱组件10和成型平台101。

参见图1，打印舱组件10包括舱体11、膨胀收缩件17和惰性气体产生装置43。舱体11限定打印腔12，舱体11设有排气口13和进气口14。膨胀收缩件17可活动地穿设于舱体11并与舱体11密封配合，膨胀收缩件17能够膨胀而挤压打印腔12内的气体，使这些气体从排气口13排出，还能够收缩并使惰性气体产生装置43产生的惰性气体从进气口14进入并填充打印腔12。

参见图1，本实施例中，排气口13设有排气阀15，进气口14设有进气阀16，排气阀15用于关闭或开启排气口13，进气阀16用于关闭或开启进气口14。其他实施例中，排气口13也可以通过密封盖实现开启和关闭，进气口14也可以通过密封盖实现开启和关闭。

在3D打印作业开始前，膨胀收缩件17的部分伸入至打印腔12内，关闭进气口14的进气阀16，打开排气口13的排气阀15，并使打印腔12内的膨胀收缩件17逐渐膨胀，膨胀收缩件17膨胀过程中挤压打印腔12内的空气从排气口13逐渐排出，直至膨胀收缩件17膨胀至占据打印腔12内99％以上的空间，使得打印腔12内的绝大部分空气均从排气口13排出。此后关闭排气口13的排气阀15，打开进气口14的进气阀16，并从外界从进气口14处充入舱体11外的惰性气体，同时控制膨胀收缩件17收缩，直至膨胀收缩件17收缩至最小状态后，将膨胀收缩件17从打印腔12内移至舱体11外侧，继续从进气口14充入惰性气体，从而完成对打印舱组件10内的除氧作业。

通过本实施例的打印舱组件10完成除氧作业，可以通过提高膨胀收缩件17的膨胀速度。再从进气口14充入惰性气体时同时使膨胀收缩件17收缩，仅需使惰性气体的充入速度大于膨胀收缩件17的收缩速度，即可保证膨胀收缩件17与舱体11之间的空间内均充满惰性气体。并且，相对已知的抽真空方式而言，本实施例的打印舱组件10的密封件承受的压力较小，延长了密封件的使用寿命。在膨胀收缩件17完成收缩后，打印腔12内基本填充满充入的惰性气体，此后仅需短暂地再充入小段时间的惰性气体即可，相对已知的化学除氧、气体转换及抽真空的方式，均提高了除氧效率。

本实施例中，使舱体11内的气体的氧含量降低至1000ppm，仅需消耗五十升惰性气体，并且耗时为10分钟。

参见图1，本实施例中，成型平台101可升降地设于打印舱组件10，并位于打印腔12内，成型平台101用于成型工件，并能够在打印前贴合于打印舱组件10的舱体11的内表面，从而避免膨胀收缩件17膨胀过程中碰撞成型平台101损坏，或者无法膨胀至成型平台101与舱体11之间的区域，使膨胀收缩件17能够将99％以上的空气排出，以保证膨胀收缩件17的排气可靠性。本实施例中，增材制造设备100还包括送粉装置102，送粉装置102可活动地设于打印舱组件10，送粉装置102能够在打印前贴合于打印舱组件10的舱体11的内表面，同样避免送粉装置102影响膨胀收缩件17的排气工序。

本实施例中，参见图1，打印舱组件10还包括介质源19，介质源19用于向膨胀收缩件17输送填充介质18。舱体11开设连通打印腔12的滑动口22，膨胀收缩件17可滑动地配合于滑动口22，膨胀收缩件17的一端与介质源19连通。介质源19将填充介质18输送至膨胀收缩件17后即可使膨胀收缩件17膨胀，膨胀收缩件17将填充介质18排出后即会收缩。滑动口22可以便于膨胀收缩件17在舱体11的内侧和外侧之间移动。并且，已知的气体转换的方式中，充入的惰性气体会与舱体11内的空气混合后排出至舱体11外，其需要消耗较长时间完成氧气的排出，本实施例中的惰性气体不会与填充介质18混合，从而可以提高惰性气体的充入效率，降低氧气的残留量。

本实施例中，参见图1，膨胀收缩件17包括膨胀囊体20和介质输送管21，舱体11开设连通打印腔12的滑动口22，介质输送管21与滑动口22气密配合，并且可滑动地配合于滑动口22，介质输送管21的一端与介质源19连通，另一端与膨胀囊体20连通。介质输送管21可设为刚性结构，以保证与滑动口22之间的气密配合。介质输送管21可以带动膨胀囊体20经由滑动口22进入舱体11，或者完全带动膨胀囊体20移动至舱体11外侧。

本实施例中，膨胀囊体20可采用高密封性及高伸缩性材料制成。

本实施例中，参见图1，舱体11还设有封闭板42，封闭板42可活动地设于滑动口22的一侧，并能够在介质输送管21带动膨胀囊体20移至舱体11外侧后封闭滑动口22，以保证从外界充入惰性气体时，空气从滑动口22进入打印腔12内并影响惰性气体的充入效率，从而进一步保证除氧可靠性。

本实施例中，参见图1，打印舱组件10还包括驱动件24，驱动件24设于舱体11，驱动件24连接介质输送管21，驱动件24用于带动介质输送管21运动，以带动膨胀囊体20移动至打印腔12内，或者移动至舱体11外侧。驱动件24可设为气缸、电动推杆或直线模组等。

本实施例中，填充介质18为气体，介质源19包括高压气源23，高压气源23设于舱体11外侧，高压气源23连通于介质输送管21。气体的填充效率较高，并且填充介质18为空气时，膨胀收缩件17可以直接排出空气，而无须对排出的填充介质18进行其他额外处理，从而提高除氧效率。其他实施例中，填充介质18还可以设为液体，例如水，介质源19则可设为水源。填充介质18和介质源19所采用的具体材料可根据实际需求确定。

本实施例中，参见图1，高压气源23与介质输送管21之间连通有充气管道36，在气体从高压气源23朝介质输送管21的输送方向上，充气管道36依次设置有充气阀37、充气调节设备38、充气监控设备39。充气阀37用于开启和关闭充气管道36，充气调节设备38用于调节充入高压气体的气体压力，充气监控设备39用于调节充入高压气体的流量。

本实施例中，充气调节设备38可设为充气调压阀，充气监控设备39可设为送气流量阀，其他实施例中，充气调节设备38和充气监控设备39也可以设为传感器组件，其能够获取气体的充入气压和充入流量。

本实施例中，参见图1，排气口13包括第一排气口25和第二排气口26在重力方向Y1上，所述第一排气口25和所述第二排气口26设于所述舱体11沿重力方向Y1的两侧。膨胀收缩件17于打印腔12内膨胀过程中，打印腔12的空气能够沿舱体11的重力方向Y1的两侧排出至舱体11外，相对仅在舱体11部分位置设置排气口13而言，本实施例中空气在舱体11的各区域均能够排出，从而提高气体的排出速度，以提高除氧效率。

本实施例中，参见图1，进气口14设有多个，多个进气口14间隔分布于第一排气口25和第二排气口26之间。膨胀收缩件17于打印腔12内收缩过程中，膨胀收缩件17的侧面沿重力方向Y1的各处均可以通过进气口14输入舱体11外的气体，以提高气体从舱体11外输入至打印腔12内侧的输送效率，从而提高除氧效率。

本实施例中，参见图1，进气口14和排气口13设有多个，舱体11沿水平方向Y2的两侧分别设有多个进气口14，舱体11沿水平方向Y2的两侧分别设有多个排气口13。如此，可以进一步提高气体的排出速度，以提高除氧效率。需要说明的是，图1所示出的打印舱组件10为剖视示意图，根据此剖视示意图，舱体11可以具有三个、四个或者多个沿重力方向Y1的侧壁，因此，舱体11的各个侧壁均可以设置多个排气口13和多个进气口14，以提高换气效率，并且，排气口13和进气口14的具体数量设置还可以根据排气阀15和进气阀16与舱体11的密封连接处的密封件的数量进行调整，在此不再赘述。

本实施例中，参见图1，惰性气体产生装置43还包括惰性气源27，惰性气源27连通于进气口14，惰性气源27用于在膨胀收缩件17排出填充介质18时通过进气口14向打印腔12充入惰性气体。本实施例中，惰性气体可以是氩气、氦气或者氮气。

本实施例中，参见图1，膨胀收缩件17连接有排出管道28，排出管道28内设有排出监控设备29；惰性气源27与进气口14之间设有送气管道32，送气管道32内设有送气监控设备33；排出监控设备29用于控制填充介质18的排出流量，送气监控设备33用于调节惰性气体的输送流量，以使惰性气体的输送流量大于填充介质18的排出流量。通过对排出监控设备29和送气监控设备33的控制，可以使充入惰性气体的过程中，维持打印腔12内形成为微正压环境，降低打印舱组件10的各部件与舱体11之间的密封件承受的压力，从而延长密封件的使用寿命，进而延长打印舱组件10的使用寿命。

本实施例中，参见图1，排出管道28还设有排出阀30和排出调节设备31，排出阀30、排出调节设备31和排出监控设备29沿填充介质18的排出方向依次设置于排出管道28，排出阀30用于控制排出管道28的开启和关闭，并在充入填充介质18时关闭，以避免填充介质18从排出管道28排出。排出调节设备31用于控制填充介质18排出时的压力。

本实施例中，参见图1，送气管道32还设有送气阀34和送气调节设备35，送气阀34、送气调节设备35和送气监控设备33沿填充介质18的送气方向依次设置于送气管道32，送气阀34用于控制送气管道32的开启和关闭。送气调节设备35用于控制惰性气体的输送压力。本实施例中，送气监控设备33可设为送气流量阀，送气调节设备35可设为送气调压阀，其他实施例中，送气监控设备33和送气调节设备35也可以设为传感器组件，其能够获取惰性气体的输送气压和输送流量。本实施例中，排出监控设备29可设为排出流量阀，排出调节设备31可设为排出调压阀，其他实施例中，排出监控设备29和排出调节设备31也可以设为传感器组件，其能够获取气体从膨胀收缩件17排出的的气压和流量。

本实施例中，参见图1，打印舱组件10还包括舱体压力表40和舱体测氧仪41，舱体压力表40用于检测打印腔12的气体压力，舱体测氧仪41用于检测打印腔12内的氧气含量。

本实施例的打印舱组件10的除氧过程如下：

步骤1、驱动件24驱动介质输送管21带动膨胀囊体20运动，并使膨胀囊体20运动至打印腔12内，开启排气阀15、充气阀37，关闭进气阀16、送气阀34和排出阀30。

步骤2、高压气源23对膨胀囊体20充气，舱体压力表40检测舱体11内的气压，并通过充气调节设备38和充气监控设备39控制膨胀囊体20的膨胀速度，以调节空气从排气阀15处的排气口13排出舱体11的速度，在舱体压力表40检测到舱体11内的气压稳定、膨胀囊体20的形状为打印腔12的形状后，即认为膨胀囊体20充气完整。

步骤3、关闭排气阀15和充气阀37，打开送气阀34、进气阀16和排出阀30。惰性气源27向打印腔12内输入惰性气体，同时膨胀囊体20排出气体，通过送气调节设备35、送气监控设备33、排出调节设备31和排出监控设备29，控制惰性气体的进气压力大于膨胀囊体20内的气压1kpa，惰性气体的进气流量大于膨胀囊体20的排气流量1L/Min。直至膨胀囊体20收缩至原始状态。

步骤4、驱动件24驱动介质输送管21带动膨胀囊体20运动，并使膨胀囊体20运动至舱体11外侧，封闭板42关闭滑动口22。打开排出阀30，惰性气源27继续输送惰性气体至舱体11内，直至舱体测氧仪41检测到打印腔12内的氧气含量低于目标氧含量(例如1000ppm)，关闭送气阀34和排出阀30，结束除氧工序。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种打印舱组件，其特征在于，包括：

舱体，所述舱体限定打印腔，所述舱体设有排气口和进气口；

惰性气体产生装置，所述惰性气体产生装置连接所述进气口；

膨胀收缩件，所述膨胀收缩件可活动地穿设于所述舱体并与所述舱体密封配合，所述膨胀收缩件膨胀而挤压所述打印腔内的气体，使这些气体自所述排气口排出，所述膨胀收缩件收缩使所述惰性气体产生装置产生的惰性气体自所述进气口进入并填充所述打印腔。

2.根据权利要求1所述的打印舱组件，其特征在于：

所述打印舱组件还包括介质源，所述介质源用于向所述膨胀收缩件输送填充介质；

所述舱体开设连通所述打印腔的滑动口，所述膨胀收缩件与所述滑动口气密配合，并且可滑动地配合于所述滑动口，所述膨胀收缩件的一端与所述介质源连通。

3.根据权利要求2所述的打印舱组件，其特征在于：

所述介质源包括高压气源、连通所述高压气源与所述膨胀收缩件的进气管道及高压气量调节设备与进气监控设备。

4.根据权利要求2所述的打印舱组件，其特征在于：所述膨胀收缩件包括膨胀囊体和介质输送管，所述介质输送管用于与所述介质源连通从而向所述膨胀囊体输送所述填充介质。

5.根据权利要求2所述的打印舱组件，其特征在于：

所述打印舱组件还包括与所述膨胀收缩件连通的排出管道、与所述排出管道连通的排出调节设备及排出监控设备，所述排出调节设备用于控制所述填充介质从所述排出管道排出的压力，所述排出监控设备用于控制所述填充介质从所述排出管道排出的流量。

6.根据权利要求1所述的打印舱组件，其特征在于：

所述打印舱组件还包括驱动件，所述驱动件设于所述舱体外且连接所述膨胀收缩件，所述驱动件用于带动所述膨胀收缩件进出所述打印腔。

7.根据权利要求1所述的打印舱组件，其特征在于：

所述惰性气体产生装置包括惰性气源、送气管道、送气调节设备和送气监控设备；

所述惰性气源通过所述送气管道连通至所述进气口；

所述送气调节设备和所述送气监控设备连通于所述送气管道，所述送气调节设备用于控制所述惰性气体从所述送气管道输入的压力，所送气监控设备用于控制所述惰性气体从所述送气管道输入的流量。

8.根据权利要求1所述的打印舱组件，其特征在于：

所述打印舱组件还包括舱体压力表，所述舱体压力表设于所述舱体，并用于检测所述打印腔内的气体压力。

9.根据权利要求1所述的打印舱组件，其特征在于：

所述打印舱组件还包括舱体测压仪，所述舱体测压仪设于所述舱体，并用于检测所述打印腔内的氧气含量。

10.一种增材制造设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-9中任一项所述的打印舱组件；

成型平台，所述成型平台可升降地设于所述打印舱组件，并位于所述打印腔内，所述成型平台用于成型工件，并能够在打印前贴合于所述打印舱组件的舱体的内表面。