[發(fā)明專利]一種應用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化的方法及設備

在審

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• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN105252004A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設計）人: 王迪;楊永強;白玉超
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發(fā)明涉及激光選區(qū)熔化金屬3D打印加工成型設備，尤其涉及一種應用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化的方法及設備。

背景技術

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，密封艙會產(chǎn)生大量煙塵。如果不及時將煙塵清理干凈，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)嚴重影響人員對實驗進程的觀察，而且煙塵長時間附著在密封艙內(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。

金屬SLM成型需要完全熔化金屬粉末材料，金屬材料與氧接觸發(fā)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(jié)合更容易形成穩(wěn)定雜質(zhì)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(fā)現(xiàn)激光與粉末發(fā)生作用瞬間都會產(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、低熔點合金元素以及雜質(zhì)元素燃燒、氣化造成，粉末的長期反復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產(chǎn)生煙塵越來越嚴重。目前所有的廠商或者科研機構(gòu)還無法從根本上解決煙塵問題。煙塵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)污染密封艙內(nèi)壁；(5)妨礙人員對成型過程的觀察。

首先，煙塵存在一個很嚴重的后果是對透鏡鏡片產(chǎn)生污染，特別是低速掃描時，激光能量輸入大，產(chǎn)生的煙塵量也大，漂浮的煙塵會粘附在透光鏡片，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(fā)熱、發(fā)燙，直到爆裂。煙塵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，導致了密封艙與鋪粉導軌之間存在細長的開口，加工過程中揚起的煙塵和煙塵會進入導軌內(nèi)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(chǎn)生的煙塵一部分被保護氣吹走，其余部分會粘附在密封艙內(nèi)壁，特別是觀察窗口內(nèi)壁。隨著煙塵的累積，在下次加工時會有部分煙塵脫落，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)的煙塵會嚴重影響對加工過程的監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種應用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化的方法及設備，可自動檢測煙塵濃度、自動調(diào)節(jié)除塵速度等級和自動進行氣體循環(huán)凈化。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種應用于3D打印密封艙內(nèi)煙塵檢測與凈化設備，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；

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；

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進氣管路連接密封艙4的氣體循環(huán)進氣口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)進氣口13管路上設置有第一壓力傳感器15，在氣體循環(huán)出氣口10的管路上設置有第二壓力傳感器19。

所述煙塵濃度檢測裝置包括設置在密封艙4側(cè)壁上電磁閥8和與其連接的煙塵濃度檢測儀主機24。

所述電磁閥8上設有用于吹離煙塵濃度檢測儀主機24鏡頭上粉末的風機23。

所述氧氣檢測裝置包括設置在密封艙4側(cè)壁上的測氧儀電磁閥7和與其連接的測氧儀主機22。

所述密封艙4的側(cè)壁設有壓力傳感器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18。