一种金属3D打印设备成型仓两侧保护气进出的装置制造方法及图纸

技术编号:15291037 阅读:130 留言:0更新日期:2017-05-10 21:44
本发明专利技术提供一种金属3D打印设备成型仓两侧保护气进出的装置。一般金属选区成型设备内部工作仓的出气与进气设备都是简单的孔道装置或矩形装置。普遍存在的问题是,在激光烧结粉末过程中进气口产生的气流很难把激光与粉末相互作用产生的黑烟和金属蒸汽等离子体吹走,从而使得激光的功率损耗较大,并造成熔池形貌不规则从而严重影响成型件的成型质量和成型精度。或者将靠近进气口的粉末烧结的黑烟吹散落在靠近出气口的粉层上面影响打印工作。本发明专利技术主要是设计特定装置从而使得气流形成稳定层流并有效吹走激光烧结粉末时产生的黑烟及金属蒸汽等离子体,能提升约10%‑15%的激光能量的利用率,并有效提升成型件质量和精度,使成型件致密度接近100%。

Device for protecting gas inlet and outlet of metal 3D printing equipment forming warehouse

The invention provides a device for protecting the gas inlet and outlet on both sides of a metal 3D printing equipment forming bin. The air outlet and air inlet device of the internal working chamber of the general metal forming equipment is a simple pore device or rectangular device. The common problem is that the airflow inlet in the process of laser sintering powder is difficult to blow away the laser and powder produced by the interaction of black smoke and metal plasma, so that the laser power loss, and caused the molten pool shape rules so as to seriously affect the forming quality and forming precision molding. Or the dust blowing near the inlet of the powder is blown in the powder layer near the outlet to influence the printing work. The present invention is to design a specific device so as to form a stable and effective laminar airflow blowing away the laser sintering powder smoke and metal vapor plasma, the laser energy can increase by about 10% 15% rate, and effectively improve the quality and accuracy of molding parts, the molding density is close to 100%.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在金属3D打印设备成型仓中保护气体出入的装置,主要是解决在选区激光熔化成型过程中激光烧结粉末时产生的黑烟及金属等离子体对激光严重损耗的问题,从而能提升约10%-15%的激光能量的利用率,并有效提升成型件质量和精度,使成型件致密度接近100%。
技术介绍
当今的市场环境正在发生着巨大的变化,一方面表现为消费者需求日趋个性化和多样化;另一方面则是产品制造商们都着眼于全球市场的激烈竞争。面对这样一个迅速变化且无法预料的买方市场,制造商们不但要很快地设计出符合人们消费需求的产品,而且必须很快地生产制造出来,才能抢占市场。传统的大批量生产模式对市场的响应迟缓,无法快速响应市场需求。为此,近十几年来工业化国家一直在努力地研发新型的制造技术,提高制造业发展水平,以便在激烈的全球竞争中占有一席之地。得益于计算机、微电子、信息、自动化、新材料和现代企业管理技术的发展与进步,产品设计、加工制造、质量检测、生产管理和企业经营都发生了重大变革,产生了一批新的制造技术和制造模式,制造工程与科学取得了前所未有的发展。快速成型技术就是在这种背景下逐步形成并得以发展的。快速成型技术的发展,使得产品设计、制造的周期大大缩短,提高了产品设计、制造的一次成功率,降低产品开发成本,从而给制造业带来了根本性的变化。快速成型技术(RP)是一种集成了计算机辅助设计及制造技术、逆向工程技术、分层制造技术(SFF)、材料去除成形(MPR)、材料增加成形(MAP)技术而产生的新型产品制造技术。通俗地说,快速成型技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型。在市场竞争日益激烈的情况下,产品创新和上市速度以及制造技术的柔性必然成为企业的核心竞争力。快速成型技术和虚拟现实技术一起,都是产品数字化开发的重要手段和有力工具,同时也已经成为先进制造技术群不可分割的组成部分,在制造业获得越来越广泛的应用。与传统的制造过程相比,采用激光快速成型和激光快速制模技术后,可以将产品试制和批量生产的模具准备工作并行作业,明显缩短新产品设计和试制周期,并节省产品开发费用。其中激光快速成型技术中应用比较广泛的为选区激光熔化(如图1所示),选区激光熔化(SLM-SelectiveLaserMelting)是一种金属件直接成型方法,是快速成型技术的最新发展。该技术基于快速成型的最基本思想,用逐层添加方式根据CAD数据直接成型具有特定几何形状的零件,成型过程中金属粉末完全熔化,产生冶金结合。该技术突破了传统加工方法去除成型的概念,采用添加材料的方法成型零件,最大程度的减少了材料的浪费;成型过程几乎不受零件复杂程度的限制,因而具有很大的柔性,特别适合于单件小批量产品的制造。目前国内外各个公司,研究机构,高校等机构针对选区激光熔化技术研发出各种成型设备,其成型设备虽然结构,外形等存在差别但其工作原理却极为相似(如图2所示)。在这些已经生产的设备中普遍还存在一些问题。问题1:成型过程中,由于激光烧结粉末层会产生大量黑烟以及金属蒸汽等离子体,造成激光功率的大幅衰减,造成了成型件的质量不好,尺寸精度差等。有的甚至直接影响单层粉末融化的质量从而使得打印过程很难继续进行。问题2:即使成型过程中保护气体足够能把黑烟和金属蒸汽等离子体吹走不影响激光的功率,但是由于有些设备打印幅面比较大,一般激光扫描时为了避免整个面应力过大,会选择对角扫描或者棋盘式扫描,这时候靠近出气口位置的黑烟和大颗粒就会被吹散落在靠近吸风口那边的工件表面,从而影响下一层的铺粉和烧结质量。面对这种问题,本专利技术设计了一种安装于选区熔化成型设备工作仓出气口与吸气口的装置,能使得保护气体形成稳定强烈的层流从而大幅提升单层烧结性能,提升成型件的精度和质量。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
中所叙述的缺陷,本专利技术从相关金属打印机的打印机理和成型工艺出发设计了一组安装在成型底板两边的保护气进气和出气的装置。专利技术本装置的目的是将打印过程中在激光烧结粉末过程中进气口产生的气流很难把激光与粉末相互作用产生的黑烟和金属蒸汽等离子体(如图3所示)吹走,防止激光的功率损耗较大,造成熔池形貌不规则从而严重影响成型件的成型质量和成型精度。或者将靠近进气口的粉末烧结的黑烟吹散落在靠近出气口的粉层上面影响打印工作。本专利技术的特定装置是使得气流形成稳定层流(如图4所示)并有效吹走激光烧结粉末时产生的黑烟及金属蒸汽等离子体,从而能提升约10%-15%的激光能量的利用率,并有效提升成型件质量和精度,使成型件致密度接近100%。1、一种用于金属3D打印装备内部工作仓中的保护气进出的装置,其特征是:该装置由两部分组成,分别是进气装置和出气装置;两种装置在成型仓中平行对立放置在成型底板两边;其进气装置气流分成上下两层,上下层流道之间由隔板隔开;其中下层流道靠近进气口一端长50mm,水平向前;靠近出气口一端长100mm,呈斜向上5度角至出口,上层流道无倾斜,水平至出口处;上下层流道均由多个板竖直隔开形成长方体通道,竖直隔板末端距离出气口处5-10mm以便气体从出气口出去之前混合均匀出气装置由上下平行的5个流道组成,且出气装置的出气口处设计为弧形弯曲。2、进一步,所述板的制作材料均为不锈钢薄板,厚度为1mm。进气装置高度30mm,出气装置高度50mm,进气装置和出气装置宽度与相应打印设备中基材宽度相等。3、进一步,其进气装置气流分成上下两层高度分别为20mm和10mm。4、进一步,其进气装置的出气口处由多个小孔组成,其中上层流道出气口孔直径4mm,下层流道出气口孔直径3mm。5、进一步,其进气装置竖直隔板末端距离出气口处10mm。6、进一步,其出气装置5个流道由隔板隔开高度方向上均匀分布;弧形弯曲区域与水平竖直区域均相切连接,圆心角均为90度。7、进一步,其进气装置两侧留有螺孔固定于工作仓中;其出气装置左侧为便于与设备外部的抽气电机设备连接而设计预留接口,接口形状和尺寸与相应设备的抽气装置形状一致。8、进一步,其进出气装置的摆放位置为平行列于成型基材两侧,进气装置的左下角距离成型基材水平距离和竖直距离均为10mm,出气装置的右下角距离成型基材的水平距离10mm竖直距离5mm。本专利技术装置的具体特点如下。1、一种用于金属3D打印装备内部工作仓保护气进出的装置由两部分组成,分别是进气装置和出气装置。两种装置在成型仓中平行对立放置在成型底板两边。进气装置的左下角距离成型基材水平距离和竖直距离均为10mm,出气装置的右下角距离成型基材的水平距离10mm竖直距离5mm。(如图7所示)。进气装置的高度设计为30mm,出气装置的高度设置为50mm。两种装置的宽度与实际所用金属打印设备的成型基材宽度相等。实际打印过程中,保护气会把黑烟和黑色颗粒往吸风口的方向吹,由于重力的作用,部分黑色颗粒可能会落在扫描区域造成不必要的影响。因此安装时出气装置略高于进气装置,使得层流具有斜向上的角度,以减小黑色颗粒落在扫描区域的概率。2、进气装置和出气装置其制作材料均为不锈钢薄板,厚度为1mm。进气装置气流分成上下两层高度分别为20mm和30mm,上下层流道之间由隔板隔开。下层流道靠近进气口一端长50mm,水平向前;靠近出气口一端长100mm,呈斜向上5度角至出口,本文档来自技高网
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一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/24/201611173097.html" title="一种金属3D打印设备成型仓两侧保护气进出的装置原文来自X技术">金属3D打印设备成型仓两侧保护气进出的装置</a>

【技术保护点】
一种用于金属3D打印装备内部工作仓中的保护气进出的装置,其特征是:该装置由两部分组成,分别是进气装置和出气装置;两种装置在成型仓中平行对立放置在成型底板两边;其进气装置气流分成上下两层,上下层流道之间由隔板隔开;其中下层流道靠近进气口一端长50mm,水平向前;靠近出气口一端长100mm,呈斜向上5度角至出口,上层流道无倾斜,水平至出口处;上下层流道均由多个板竖直隔开形成长方体通道,竖直隔板末端距离出气口处5‑10mm以便气体从出气口出去之前混合均匀;出气装置由上下平行的5个流道组成,且出气装置的出气口处设计为弧形弯曲。

【技术特征摘要】
1.一种用于金属3D打印装备内部工作仓中的保护气进出的装置,其特征是:该装置由两部分组成,分别是进气装置和出气装置;两种装置在成型仓中平行对立放置在成型底板两边;其进气装置气流分成上下两层,上下层流道之间由隔板隔开;其中下层流道靠近进气口一端长50mm,水平向前;靠近出气口一端长100mm,呈斜向上5度角至出口,上层流道无倾斜,水平至出口处;上下层流道均由多个板竖直隔开形成长方体通道,竖直隔板末端距离出气口处5-10mm以便气体从出气口出去之前混合均匀;出气装置由上下平行的5个流道组成,且出气装置的出气口处设计为弧形弯曲。2.根据权利要求1所述的装置,其特征是:所述板的制作材料均为不锈钢薄板,厚度为1mm。进气装置高度30mm,出气装置高度50mm,进气装置和出气装置宽度与相应打印设备中基材宽度相等。3.根据权利要求1所述的装置,其特征是:其进气装置气...

【专利技术属性】
技术研发人员:张冬云董东东王卫东张镨丹
申请(专利权)人:北京工业大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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