[發明專利]一種金屬3D打印機密封艙氣氛除氧及循環凈化方法及設備

有效

• 申請號: 201410579830.4
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104353832A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 王迪;白玉超;楊永強
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及選區激光熔化加工成型設備，尤其涉及一種金屬3D打印機密封艙氣氛除氧及循環凈化方法及設備。

背景技術

選區激光熔化加工成型過程中，需要通過高純氮氣、氬氣等惰性氣體進行保護。在激光聚焦后對金屬粉末的加工過程中，成型室大量煙霧的產生大大消弱氮氣的保護作用，同時，大量煙霧附著到金屬粉末上，將直接影響各層金屬粉末表面對于激光能量的吸收，并最終影響金屬成型件的質量。因此，有必要對成型室氣體進行循環凈化。

SLM成型需要完全熔化金屬材料，金屬材料與氧接觸發生氧化，甚至會燃燒(如純鈦粉末)，材料中有C、Si、Mn、Ti、Ca等元素時，他們與氧氣的結合更容易形成穩定雜質相。

通過對不銹鋼粉末(新粉、舊粉)、純鈦粉末分別在氮氣和氬氣保護條件下進行成型實驗，發現激光與粉末發生作用瞬間都會產生煙霧。觀察發現使用新的不銹鋼粉末產生煙霧明顯減少，純鈦粉末產生黑煙比較新不銹鋼粉末產生黑煙少。煙霧的主要來源是金屬粉末中的C元素、低熔點合金元素以及雜質元素燃燒、氣化造成，粉末的長期反復使用對煙霧問題的程度有累積作用，即新的不銹鋼粉末雖然產生少量煙霧，但黑煙對粉末產生污染，長期累積造成激光與粉末作用時產生煙霧越來越嚴重。目前所有的廠商或者科研機構還無法從根本上解決煙霧問題。煙霧存在的主要負面作用包括：(1)污染透光鏡片；(2)污染粉末；(3)污染鋪粉導軌；(4)污染成型室內壁。

首先，煙霧存在一個很嚴重的后果是對透鏡鏡片產生污染，特別是低速掃描時，激光能量輸入大，產生的煙霧量也大，煙霧很快是透光鏡片粘上一層黑煙粉末，導致激光透過鏡片時的功率衰減嚴重，大部分激光能量以熱能的方式作用在鏡片上，鏡片會很快發熱、發燙，直到爆裂。煙霧對透光鏡片污染嚴重時，導致激光入射到粉床表面的功率不足，粉末熔化不充分，成型過程必須反復停機手工清除透鏡片上的煙霧，所以黑煙污染透光鏡片后對SLM的成型效率和成型件質量等方面影響很大。其次，煙霧產生后小部分被保護氣吹到粉床以外，大部分仍然飄落到沒有使用的粉床表面，與粉末混合在一起，加重了粉末的污染程度。再次，目前SLM設備多采用半開放式鋪粉導軌安裝方式，即由于鋪粉臂的存在，導致了成型室與鋪粉導軌之間存在細長的開口，加工過程中揚起的粉塵和黑煙會進入導軌內部引起導軌潤滑性降低，甚至導致導軌的磨損，從而使導軌精度降低直至無法使用。最后，加工過程產生的黑煙一部分被保護氣吹走，其余部分會粘附在成型室內壁，特別是觀察窗口內壁。隨著黑煙的累積，在下次加工時會有部分黑煙脫落，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量。而粘附在觀察窗口側的黑煙會嚴重影響對加工過程的監控。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種金屬3D打印機密封艙氣氛除氧及循環凈化方法及設備。與工控機結合使用可自動對成型室除氧、調節氣壓和氣體循環凈化功能。

本發明通過下述技術方案實現：

一種金屬3D打印機密封艙氣氛除氧及循環凈化設備，包括成型室8，所述成型室8的一端設有，另一端設有進氣口20；所述成型室8的前端設置有密封門9，成型室8的底部設有密封門檢測傳感器11。

所述出氣口10與進氣口20通過氣體循環管道連接；

在進氣口20與出氣口10之間的氣體循環管道上，依次設有第一氣動蝶閥21、粉塵凈化器19、第二氣動蝶閥18、除水干燥器12；

在第二氣動蝶閥18與除水干燥器12之間的氣體循環管道上還設有一個分支管路，該分支管路的末端連接真空泵17，在分支管路的接口處與真空泵17的管路上設有分子篩16和真空管道電磁閥13；

在成型室8的側壁上設置有一個保護氣進氣口電磁閥3，保護氣進氣口電磁閥3通過設有進氣管道調壓閥2的管路連接惰性氣體源1。

所述成型室8的頂部還設有，排氣口電磁閥4、測氧儀進氣口電磁閥5、測氧儀出氣口電磁閥6、壓力傳感器7；

所述測氧儀進氣口電磁閥5通過管路連接氣泵22；所述測氧儀出氣口電磁閥6通過管路連接測氧儀23；所述氣泵22通過管路與測氧儀23連接。

所述測氧儀23連接測氧儀顯示器24；所述壓力傳感器7連接壓力傳感器顯示器25。

所述真空泵17包括一個真空泵排氣口消音器15，該真空泵排氣口消音器15通過真空泵排氣口14連接真空泵17。

一種金屬3D打印機密封艙氣氛除氧及循環凈化的方法，采用如下步驟：

(一)除氧步驟