一種應(yīng)用于3d打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光選區(qū)熔化金屬3D打印加工成型設(shè)備，尤其涉及一種應(yīng)用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]選區(qū)激光熔化加工成型過程中，特別是使用粉末作為成型材料的激光選區(qū)熔化過程，如金屬粉末。在激光聚焦后對金屬粉末的加工過程中，由于氣流、激光沖擊以及鋪粉裝置的擾動(dòng)，密封艙會(huì)產(chǎn)生大量煙塵。如果不及時(shí)將煙塵清理干凈，大量煙塵一方面附著在透鏡上，另一方面直接減弱激光照射到成型面上的能力，從而影響各層金屬粉末表面對于激光能量的吸收。另外大量煙塵聚集在密封艙內(nèi)嚴(yán)重影響人員對實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的觀察，而且煙塵長時(shí)間附著在密封艙內(nèi)壁將大大降低密封艙的使用壽命和密封性。而且散逸出來的煙塵對環(huán)境和人員健康帶來巨大危害。
[0003]金屬SLM成型需要完全恪化金屬粉末材料，金屬材料與氧接觸發(fā)生氧化，甚至?xí)紵?如純鈦粉末)，材料中有C、S1、Mn、T1、Ca等元素時(shí)，他們與氧氣的結(jié)合更容易形成穩(wěn)定雜質(zhì)相。
[0004]通過對不銹鋼粉末(新粉、舊粉)、純鈦粉末分別在氮?dú)夂蜌鍤獗Ｗo(hù)條件下進(jìn)行成型實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)激光與粉末發(fā)生作用瞬間都會(huì)產(chǎn)生煙塵。觀察發(fā)現(xiàn)使用新的不銹鋼粉末產(chǎn)生煙塵明顯減少，純鈦粉末產(chǎn)生煙塵比較新不銹鋼粉末產(chǎn)生煙塵少。煙塵的主要來源是金屬粉末中的C元素、低熔點(diǎn)合金元素以及雜質(zhì)元素燃燒、氣化造成，粉末的長期反復(fù)使用對煙塵問題的程度有累積作用，即新的不銹鋼粉末雖然產(chǎn)生少量煙塵，但煙塵對粉末產(chǎn)生污染，長期累積造成激光與粉末作用時(shí)產(chǎn)生煙塵越來越嚴(yán)重。目前所有的廠商或者科研機(jī)構(gòu)還無法從根本上解決煙塵問題。煙塵存在的主要負(fù)面作用包括:(1)污染透光鏡片；(2)污染粉末；(3)污染鋪粉導(dǎo)軌；(4)污染密封艙內(nèi)壁；(5)妨礙人員對成型過程的觀察。
[0005]首先，煙塵存在一個(gè)很嚴(yán)重的后果是對透鏡鏡片產(chǎn)生污染，特別是低速掃描時(shí)，激光能量輸入大，產(chǎn)生的煙塵量也大，漂浮的煙塵會(huì)粘附在透光鏡片，導(dǎo)致激光透過鏡片時(shí)的功率衰減嚴(yán)重，大部分激光能量以熱能的方式作用在鏡片上，鏡片會(huì)很快發(fā)熱、發(fā)燙，直到爆裂。煙塵對透光鏡片污染嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致激光入射到粉床表面的功率不足，粉末熔化不充分，成型過程必須反復(fù)停機(jī)手工清除透鏡片上的煙塵，所以煙塵污染透光鏡片后對SLM的成型效率和成型件質(zhì)量等方面影響很大。其次，煙塵產(chǎn)生后小部分被保護(hù)氣吹到粉床以外，大部分仍然飄落到?jīng)]有使用的粉床表面，與粉末混合在一起，加重了粉末的污染程度。再次，目前SLM設(shè)備多采用半開放式鋪粉導(dǎo)軌安裝方式，即由于鋪粉臂的存在，導(dǎo)致了密封艙與鋪粉導(dǎo)軌之間存在細(xì)長的開口，加工過程中揚(yáng)起的煙塵和煙塵會(huì)進(jìn)入導(dǎo)軌內(nèi)部引起導(dǎo)軌潤滑性降低，甚至導(dǎo)致導(dǎo)軌的磨損，從而使導(dǎo)軌精度降低直至無法使用。最后，加工過程產(chǎn)生的煙塵一部分被保護(hù)氣吹走，其余部分會(huì)粘附在密封艙內(nèi)壁，特別是觀察窗口內(nèi)壁。隨著煙塵的累積，在下次加工時(shí)會(huì)有部分煙塵脫落，一部分飄落到粉末上污染粉末，一部分飄落到成型面上影響加工質(zhì)量。而粘附在觀察窗口側(cè)的煙塵會(huì)嚴(yán)重影響對加工過程的監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種應(yīng)用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化設(shè)備，可自動(dòng)檢測煙塵濃度、自動(dòng)調(diào)節(jié)除塵速度等級和自動(dòng)進(jìn)行氣體循環(huán)凈化。
[0007]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種應(yīng)用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化設(shè)備，包括密封艙4、密封艙氣體供給裝置、用于對密封艙4內(nèi)氣體進(jìn)行循環(huán)凈化的氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)、用于檢測密封艙4內(nèi)煙氣濃度的煙塵濃度檢測裝置、用于檢測密封艙4內(nèi)氧氣含量的氧氣檢測裝置、控制裝置20 ;
[0009]所述控制裝置20分別通過電纜11連接氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)、煙塵濃度檢測裝置、氧氣檢測裝置；
[0010]所述氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)包括煙塵凈化器16，該煙塵凈化器16進(jìn)氣管路連接密封艙4的氣體循環(huán)進(jìn)氣口 13，煙塵凈化器16出氣管路連接密封艙4的氣體循環(huán)出氣口 10 ;在氣體循環(huán)進(jìn)氣口 13管路上設(shè)置有第一壓力傳感器15，在氣體循環(huán)出氣口 10的管路上設(shè)置有第二壓力傳感器19。
[0011]所述煙塵濃度檢測裝置包括設(shè)置在密封艙4側(cè)壁上電磁閥8和與其連接的煙塵濃度檢測儀主機(jī)24。
[0012]所述電磁閥8上設(shè)有用于吹離煙塵濃度檢測儀主機(jī)24鏡頭上粉末的風(fēng)機(jī)23。
[0013]所述氧氣檢測裝置包括設(shè)置在密封艙4側(cè)壁上的測氧儀電磁閥7和與其連接的測氧儀主機(jī)22。
[0014]所述密封艙4的側(cè)壁設(shè)有壓力傳感器6和用于顯示壓力數(shù)據(jù)的壓力傳感器顯示器21 ;所述煙塵凈化器16包括濾芯17及煙塵過濾器電機(jī)18。
[0015]所述密封艙氣體供給裝置包括保護(hù)氣瓶1，保護(hù)氣瓶1通過供氣管道連接密封艙4的保護(hù)氣進(jìn)氣口電磁閥3，在供氣管道上設(shè)置有供氣管道電磁閥2 ;所述密封艙4上還設(shè)有排氣口電磁閥9。所述密封艙4的前部設(shè)有密封門5和密封門檢測傳感器14。
[0016]所述控制裝置20連接顯示裝置12。
[0017]上述應(yīng)用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化設(shè)備對密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化方法，包括如下步驟:
[0018]啟動(dòng)設(shè)備，關(guān)閉密封門5，密封門檢測傳感器14檢測到密封門關(guān)閉到位，啟動(dòng)煙塵濃度檢測裝置和氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)；
[0019]開始實(shí)時(shí)檢測密封艙4內(nèi)部的煙塵濃度數(shù)據(jù)，煙塵濃度檢測裝置將檢測的數(shù)據(jù)通過電纜11實(shí)時(shí)傳送到控制裝置20，控制裝置20開始分析和處理獲取的煙塵濃度數(shù)據(jù)，當(dāng)密封艙4內(nèi)部氣體中煙塵濃度逐漸上升到預(yù)設(shè)值后，控制裝置20開始向煙塵過濾器電機(jī)18發(fā)送相應(yīng)等級轉(zhuǎn)速命令，煙塵凈化器16開始除塵工作，其中氣體中的粉塵經(jīng)過濾芯17進(jìn)行除塵過程，除完煙塵后的氣體經(jīng)過氣體循環(huán)出氣口 10返回到密封艙4內(nèi)部，完成氣體循環(huán)煙塵濃度檢測與凈化過程。
[0020]所述煙塵濃度檢測裝置對煙塵濃度具體檢測步驟為:當(dāng)開始檢測密封艙4內(nèi)煙塵濃度時(shí)，打開電磁閥8，然后開啟煙塵濃度檢測儀主機(jī)24，此時(shí)開始檢測密封艙4內(nèi)部的煙塵濃度含量；煙塵濃度檢測儀主機(jī)24將測得的信號實(shí)時(shí)通過電纜11傳送到控制裝置20進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，根據(jù)分析結(jié)果向煙塵過濾器電機(jī)18發(fā)送相應(yīng)等級的轉(zhuǎn)速命令，并將相應(yīng)的煙塵過濾器電機(jī)18轉(zhuǎn)速與等級信息發(fā)送到顯示裝置12進(jìn)行顯示。
[0021]所述氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)的具體循環(huán)凈化步驟為:第一壓力傳感器15和第二壓力傳感器19開啟，密封艙4內(nèi)的高煙塵氣體從氣體循環(huán)進(jìn)氣口 13進(jìn)入煙塵凈化器16，經(jīng)過濾芯17過濾的保護(hù)氣體從氣體循環(huán)出氣口 10進(jìn)入密封艙4，完成一個(gè)循環(huán)；此時(shí)第一壓力傳感器15與第二壓力傳感器19分別監(jiān)測進(jìn)氣氣壓與出氣氣壓，第一壓力傳感器15與第二壓力傳感器19之間存在壓力差；當(dāng)濾芯17因煙塵堵塞時(shí)，導(dǎo)致第一壓力傳感器15的壓力值與第二壓力傳感器19的壓力值大于設(shè)定的閾值，此時(shí)向控制裝置20發(fā)送濾芯17更換警報(bào)，并將更換警報(bào)信息發(fā)送到顯示裝置12，提示操作人員更新濾芯17。
[0022]本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0023]本實(shí)用新型包含了一個(gè)用于對密封艙4內(nèi)氣體進(jìn)行循環(huán)凈化的氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)、一個(gè)用于檢測密封艙4內(nèi)煙氣濃度的煙塵濃度檢測裝置、一個(gè)用于檢測密封艙4內(nèi)氧氣含量的氧氣檢測裝置。加工開始之前先將密封艙內(nèi)氣體含氧量和壓力降低到預(yù)設(shè)水平；然后開啟氣體循環(huán)凈化系統(tǒng)，激光選區(qū)熔化成型加工開始后，通過煙塵凈化器將密封艙內(nèi)的含塵量較大的氣體凈化后從另一端重新通入密封艙，這樣不僅節(jié)省了保護(hù)氣體的使用量從而降低了加工成本，而且可以大大減少排入空氣中的煙塵，降低了空氣污染。
[0024]本實(shí)用新型煙塵濃度檢測裝置。實(shí)時(shí)檢測密封艙內(nèi)煙塵濃度，當(dāng)煙塵濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)啟動(dòng)循環(huán)凈化除塵，直到煙塵濃度降低到預(yù)設(shè)水平以下。該煙塵濃度檢測裝置的使用能夠?yàn)榧す膺x區(qū)熔化成型過程提供安全、穩(wěn)定的環(huán)境，提高成型質(zhì)量。
[0025]本實(shí)用新型可以通過設(shè)置煙塵濃度檢測裝置的不同數(shù)值來調(diào)節(jié)除塵速度。將煙塵濃度檢測裝置從低到高設(shè)置為12個(gè)不同濃度等級，對應(yīng)煙塵過濾器電機(jī)的12個(gè)轉(zhuǎn)速等級，檢測到的濃度越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快?？梢宰詣?dòng)根據(jù)當(dāng)前加工環(huán)境選擇除塵策略，從而保證了粉塵含量迅速降低到最低，保證成型過程順利進(jìn)行。
[0026]本實(shí)用新型在除塵系統(tǒng)的進(jìn)氣口和出氣口分別設(shè)置了第一與第二壓力傳感器，第一與第二傳感器之間設(shè)有閾值差，當(dāng)?shù)谝慌c第二壓力傳感器之間的差值超過預(yù)設(shè)的壓力差閾值，則說明煙塵過濾器濾芯需要更換，并向控制裝置發(fā)出警告信號，并在顯示器中顯示濾芯更換提示。保障了成型過程高質(zhì)高量的順利進(jìn)行。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型應(yīng)用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為圖1局部結(jié)構(gòu)細(xì)化示意圖。
[0029]圖3為煙塵過濾器電機(jī)轉(zhuǎn)速與煙塵濃度檢測值之間的關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0031]實(shí)施例
[0032]如圖所示。本實(shí)