一种3D打印成型的一体化程控阀组制造技术

本发明专利技术公开了一种3D打印成型的一体化程控阀组，利用3D打印技术快速精确成型的优点，得到了一种自身内部集成流道的一体化程控阀组，将现有技术中复杂繁多的管道和阀门部件以单元块的模式集成于所述一体化程控阀组中，使得吸附处理系统的现场阀区结构紧凑、体积减少，便于模块化、撬装化、装备化以及车载化；同时，针对该一体化程控阀组提供了“打印成型+渗透工艺+烧结工艺”结合的全新3D打印成型工艺，兼具了3D打印快速成型的特点，又使得制件成型后，复杂流道的内壁表面光滑并具有优异的抗磨耐气蚀能力，彻底解决了如吸附处理系统阀区撬装化设计过程中，所设计流道集成度过高时，所存在的加工成型困难以及成型后流道壁表面性能差的问题。

An Integrated Programmable Valve Set for 3D Printing

The invention discloses an integrated programmable control valve group for 3D printing and forming. By utilizing the advantages of rapid and accurate forming of 3D printing technology, an integrated programmable control valve group with its own internal integrated flow channel is obtained. The complex pipeline and valve components in the prior art are integrated into the integrated programmable control valve group in the mode of unit blocks, thus making the field valve zone structure of the adsorption processing system compact. At the same time, a new three-dimensional printing process combining \printing forming + infiltration process + sintering process\ is provided for the integrated programmable control valve group, which has the characteristics of rapid prototyping of 3D printing, and makes the inner surface of complex runner smooth and has excellent anti-abrasion and anti-cavitation ability. The problems such as the difficulty of processing and forming and the poor surface performance of the runner wall after forming are solved thoroughly when the integration degree of the designed runner is too high in the design process of skidding and assembling of the valve area of the adsorption treatment system.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印成型的一体化程控阀组
本专利技术涉及集成式控制阀组领域，具体涉及一种3D打印成型的一体化程控阀组。
技术介绍
随着半导体、氢燃料电池等行业的不断发展和进步，市场对包括氢气、氨气等高纯气体的需求量越来越大，质量要求也越来越高。除此之外，由于所使用的高纯气体的成本高昂且利用率不高，因此，相应气体的分离提纯和回收再利用也成为了企业关注的重点之一。作为目前最为有效的气体深度分离提纯技术，变温吸附和变压吸附，其均利用携带有气体吸附质的分子筛在不同温度或压力的条件下对不同气体分子的吸附性能不同来达到混合气体中各组分分离提纯的目的。以变压吸附技术为例，常见的变压吸附系统，根据实际工况的需要，通常由若干个吸附塔、连接与各吸附塔之间且用于气体流通的气体管线以及安装在各气体管线上且用于控制相应气体管线流断的若干个程控阀门。工作过程中，通过程控阀门控制气体管线的流通，并通过多个程控阀门之间的开启时序配合，从而调整各吸附塔所处的压力和工作状态，如吸附、解析、均压、解析/冲洗等，进而实现对气体的分离提纯。通常，为了在原料气到产品气高度提纯的同时，保证原料气的处理量和产品气的收率，会在允许的范围内增加吸附塔数量来提升处理量和提纯效果，并增加相匹配的程控阀门和气体管线数量来增加均压次数以提高收率。从上述分析不难看出，在使用变温或变压吸附技术时，为了提高产品气的纯度以及收率，除了必要的工艺参数调整外，吸附设备的规模也必须相应地扩大；但设备大型化又带来了安装运输不便、现场架设施工量大、塔区和阀区占地面积大、设备无法拆装回收等问题。尤其是对于由程控阀门和气体管线组成的吸附塔控制装置，管线复杂化所带来的管道之间连接件过多，还带来以下问题：第一、对焊接工艺要求高，在导致设备成本大幅提升的同时，并不能有效保证管道以及阀门之间连接的可靠性；第二，焊缝多、法兰多，导致管线内壁不光滑，存在着如高气速气流摩擦引起火花等风险，安全性能差；第三，管线路径长，控制设备多，不利与防腐、保温及伴热的设计，导致装置成本进一步增高；第四，控制装置无法通过一体化工艺实现集成化和撬装化，加大了现场安装的工作量，增加了控制装置性能的不确定性，同时也严重隐形了控制装置的后期机动性和可重复利用率，导致整个吸附系统的总体投资剧增。针对上述问题，有必要对阀区进行深入的集成化、小型化和撬装化设计。但是，受限于现有阀区规模较大，管道之间的连接关系复杂，单纯以缩小尺寸为手段的集成化设计并不能有效地解决管道以及程控阀之间连接关系复杂、连接部位多的问题。同时随着尺寸的缩小，加工难度提高，尤其是连接部位处的焊接难度成倍提高，焊接后很难做到内壁光滑。除此之外，无论管道还是管道连接件的尺寸减小，为保留相当的流道截面积，构成流道的管壁或连接件壁势必变薄。承压能力和可靠性均大幅降低，基于上述原因，需要一种全新的集成制造工艺来辅助实现吸附处理系统中阀区的真正集成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：有针对性地提出了一种全新的吸附处理系统阀区集成后所形成的一体化程控阀组，并针对现有集成化手段在该阀区集成装置的制造过程中所存在的问题，提供了一种3D打印成型的一体化程控阀组，将现有3D打印技术进行了改进，解决现有采用现有集成化和小型化设计制造手段所得到的集成化或一体化阀区装置，依然存在的成型后流道壁表面性能差的问题。针对
技术介绍
中所提出的吸附处理系统放的集成撬装化，专利技术人在本专利技术中首先提出一种较优的解决方案，即一体化程控阀组。参照图1和图2，上述的一体化程控阀组，一般情况下，包括：阀组本体；所述阀组本体上设置有若干个单元块，底部设置有若干个左右贯通于单元块的汇集流道；所述单元块内开设有前后贯通于单元块的进气流道和出气流道，以及若干个与汇集流道一一对应的支流道；每一所述支流道的一端均与出气流道连通，另一端均与相应的汇集流道连通，且每一所述支流道上均设置有可控阀门；所述单元块的表面上由开设进气流道、出气流道9和汇集流道形成的开口上均设置有用于与外界连接的固定件。上述一体化程控阀组通过将复杂繁多的管道和阀门部件以单元块的模式集成于所述一体化程控阀组中，使得阀区结构紧凑、体积减少，便于模块化、撬装化、装备化以及车载化；还节省了大量管道和管道接头，节约成本，密封性好，可靠性强，安全性高。但是结合
技术介绍
，可以知道对阀区进行集成撬装化的现有技术中，存在连接件无法消除、流道内壁不光滑、成型后流道壁表面性能差等问题，而通过本阀区集成撬装化技术方案中，在阀组本体内形成连通且用于模拟气体流通管道的若干流道，能够有效消除阀区中原有的连接件，并将管道线路进行有效整合，从而大幅度缩小阀区尺寸，进而真正实现阀区得到集成撬装化。但是，现有加工成型技术在制造该一体化程控阀组的阀组本体时，还存在者或多或少的问题，进而导致所得到的阀组本体的可靠性和稳定性不能完全达到设计和使用预期。例如，采用机加工成型的方式进行，即使用数控铣钻机直接在合金块内铣削出通孔或盲孔，以使合金块内形成与设计相对应的各种流道。但是受限于机加工工具，往往只能够成型较为简单的流道结构，且当流道内壁光滑度要求较高时，加工难度大，且均会在内壁上留下不同程度的加工纹理或损伤，降低了流道壁的包括强度、耐气蚀、耐腐蚀等在内的表面性能；同时，当流道深度较大时，相应的铣削钻孔等操作不方便，增加了成型工作量；再有，由于集成撬装化的需要以及复杂吸附处理过程对流道数量的需求，上述一体化程控阀组的阀组本体中通常会设置尽可能多的流道以满足使用需求，因此对加工的精度要求非常高，才能够保证加工后阀组本体的结构性能，这种情况下很难实现该一体化程控阀组的大规模批量化生产。常规的金属3D打印成型技术，如SLM也能够用于本专利技术中所述一体化程控阀组的打印制备，且同样具有3D打印技术加工成型速度快，制件成型精度较高，且能够自动化控制而节省人力劳动的优点。但是，由于本专利技术所提供的一体化程控阀组的集成度较高，管路细节精度要求高，因此，采用传统SLM工艺制得的一体化程控阀组的流道内壁上依然存在少量的缺陷。基于上述问题，本专利技术所提供3D打印成型方法，其核心要点就是要改进上述一体化阀组加工较为困难且成型后流道内壁表面性能不佳的问题，下面结合具体的技术方案对专利技术所设计的相关原理和所能够实现的效果进行阐述。依据现有工艺，在合金制件的3D打印成型过程中，通常选用SLM(SelectiveLaserMelting)技术，在高能激光的作用下，将合金粉末有序地进行分层堆积并以层为单位进行选择性烧结，以达到精确制作具有复杂构型的三维合金制件的目的。但是，直接采用SLM技术制作本专利技术中的阀组本体，虽然能够降低制作难度，但是由于作为原材料的合金粉末的单一性，并不会为所成型流道内壁的表面性能带来实质性改变，同时存在这成本较高的问题。因此，本专利技术在现有SLM技术上作出改进，提出能够进一步解决成型流道内壁表面性能且成本相对较低的3D打印成型技术方案，具体如下：本技术方案中，所使用3D打印用原料分为三种类型，骨架料，为合金粉末，用于构成阀组本体的主体金属骨架；渗透料，主要为可熔材料和纳米碳粉的混和物，用于提供渗碳处理的碳源；支撑料，主体为高温交联型环氧树脂的预聚体或ABS预聚体，用于在骨架料成型的过程中支撑内部腔体或流道的形状；辅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于，包括采用3D打印技术成型的阀组本体；所述阀组本体上设置有若干个单元块，所述阀组本体的底部设置有若干个贯通单元块左右两侧的汇集流道；每一所述单元块内开设有分别贯通单元块前后两端的进气流道和出气流道，以及若干个与汇集流道一一对应的支流道；每一所述支流道的一端均与出气流道连通，另一端均与相应的汇集流道连通，且每一所述支流道上均开设有用于连接外部可控阀门的连接口；所述单元块的表面上进气流道、出气流道和汇集流道开口处均设置有用于与外界连接的固定件。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于，包括采用3D打印技术成型的阀组本体；所述阀组本体上设置有若干个单元块，所述阀组本体的底部设置有若干个贯通单元块左右两侧的汇集流道；每一所述单元块内开设有分别贯通单元块前后两端的进气流道和出气流道，以及若干个与汇集流道一一对应的支流道；每一所述支流道的一端均与出气流道连通，另一端均与相应的汇集流道连通，且每一所述支流道上均开设有用于连接外部可控阀门的连接口；所述单元块的表面上进气流道、出气流道和汇集流道开口处均设置有用于与外界连接的固定件。2.根据权利要求1所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于，一体化程控阀组的3D打印成型方法包括以下步骤：1)原料准备：按一体化程控阀组的需要，配制好骨架料、渗透料和支撑料；2)打印成型：使用多喷头3D打印机，依照一体化程控阀组的形状和尺寸，逐层进行打印，并形成初步成型制件；其中，每一层均由骨架料、渗透料和支撑料中的一种或多种构成；3)制件烧结：将步骤2得到的初步成型制件先后经过预热和支撑料料固结、渗碳处理，以及淬火和回火后，得到烧结成型制件；4)制件清洗：将步骤3得到烧结成型制件经吹除热分解残留物和超声波水洗后，得到成型制件。3.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述骨架料包括粒径为铁基合金粉末。4.根据权利要求3所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述铁基合金粉末为碳钢粉末或不锈钢粉末。5.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述渗透料为包含石蜡和纳米碳粉的均匀混合物。6.根据权利要求2所述的一种3D打印成型的一体化程控阀组，其特征在于：所述支撑料包括ABS预...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运，刘开莉，钟雨明，蔡跃明，
申请(专利权)人：四川天采科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51