[发明专利]一种可长期稳定控制成型腔气氛的增材制造系统在审

专利信息
申请号: 201611107940.6 申请日: 2016-12-06
公开(公告)号: CN106583721A 公开(公告)日: 2017-04-26
发明(设计)人: 曹毅;李玉哲;李涤尘;王成;张旺;杨东 申请(专利权)人: 西安交通大学;陕西恒通智能机器有限公司
主分类号: B22F3/105 分类号: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y50/02
代理公司: 西安智大知识产权代理事务所61215 代理人: 贺建斌
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 长期 稳定 控制 成型 气氛 制造 系统
【说明书】:

技术领域:

发明属于增材制造技术领域,尤其涉及一种可长期稳定控制成型腔气氛的增材制造系统。

背景技术:

金属3D打印成型工艺需通入氩气、氮气等惰性气体减小金属粉末熔化过程的氧化现象,但是,现有的大多数3D打印设备的成型腔气氛控制系统普遍存在以下问题:①零件成型完毕,打开成型腔门取件,其保护气氛遭到破坏,不可重复利用,因此每次成型皆需置换一次气体且置换时间较长,增加了零件的成型准备时间,降低了生产效率;②底板与缸体之间形成动密封,传统的密封结构在使用一段时间后不容易保证其密封性;③成形腔中的气氛受到成型过程中缸体运动、材料气化的影响,造成成型腔气氛中氧含量的波动幅度较大,尤其是长时间零件打印的过程,极容易产生制作缺陷;此外,成型过程中金属粉末熔化产生的烟尘容易导致成型质量下降,需要进行有效的净化。

发明内容:

为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供了一种可长期稳定控制成型腔气氛的增材制造系统,可重复利用保护气体,减少成型准备时间,提高制作效率;同时提高了密封的可靠性,减小水氧含量的波动幅度,提高了成型质量。

为了达到上述目的,本发明采取的技术方案如下:

一种可长期稳定控制成型腔气氛的增材制造系统,包括成型腔10,成型腔10和气体置换系统1、烟尘净化系统14连接;成型腔10内安装的水含量检测仪8、氧含量检测仪9的信号输出和控制系统20的信号输入连接,控制系统20的控制输出分别和烟尘净化系统14、气体置换系统1、成型腔10控制输入连接;成型腔10侧壁和一个以上的过渡舱4连接,过渡舱4安装有外门能够和取放工件或零件,过渡舱4安装有内门17能够与成型腔10连通,内门17通过气缸18进行压紧,过渡舱4通过平衡管6和成型腔10连通,平衡管6上安装有控制连通的电磁阀7,过渡舱4外接独立控制的真空系统5。

所述的成型腔10通过工作台19与成型缸15连接,成型缸15的活塞杆22连接的底板16和成型缸15缸壁接触面上开有三角凹槽并装有三角截面弹性密封圈21,三角截面弹性密封圈21与成型缸15壁形成过盈配合的动密封结构,在活塞杆22带动底板16上下运动过程中,底板16始终对三角截面弹性密封圈21产生一个向外的推力,使其贴紧缸壁。

所述的气体置换系统1外接惰性气源,内部安装风机以及具有铜触媒和分子筛净化材料的净化柱,通过置换使水氧含量降低到要求水平后,通过化学反应消耗掉成型腔10内的水、氧气,进一步降低水氧含量,使水氧含量降低到成型材料要求的指标范围内。

基于上述增材制造系统的控制方法,包括以下步骤

1)进行SLM成型时,首先把成型零件的CAD几何模型导入控制系统20,然后安装基板、调平并预置粉末,关闭成型腔10门;

2)对成型腔10进行首次充气时,先利用真空系统5对成型腔10进行抽真空,达到真空度要求后,再通过气体置换系统1对成型腔10中的气体进行置换,使水氧含量降低到成型材料成型要求的水氧含量指标时,开始成型操作,在成型过程中接通烟尘净化系统14,过滤掉成型腔中产生的烟尘污染物;由控制系统20控制自动进行零件的成型制作;成型结束后通过过渡舱4取出成型件;

成型过程中,三角截面弹性密封圈21与成型缸15壁形成过盈配合的动密封结构,在活塞杆22带动底板16上下运动过程中,底板16始终对三角截面弹性密封圈21产生一个向外的推力,使其贴紧缸壁;气体置换系统1根通过控制系统20据水含量检测仪8、氧含量检测仪9反馈的数值自动进行补充惰性气体和排气操作;

3)零件成型完毕,通过过渡舱4从成型腔10取出成型件,在通过过渡舱4取件时,需先对过渡舱4进行抽真空,然后通过连接成型腔10与过渡舱4的平衡管6进行气体平衡,使过渡舱4与成型腔10的气氛相同,取出零件;

4)成型的零件取出之后,在不打开成型腔10门的情况下,若进行下一次成型,通过过渡舱4把成型基板以零件放入成型腔10进行成型;

5)每次成型结束后,在不打开成型腔10门破坏其中保护气氛的情况下重复利用成型腔10的保护气氛,达到长期稳定控制成型腔气氛。

相比当前的增材制造系统,该系统有如下特点:

1、通过过渡舱4的过渡作用,能在不打开成型腔门10破坏其保护气氛的情况下取出零件/放入物料,既能节约保护气体的用量,降低成本,又能减少充气时间和次数,缩短成型准备时间,提高成型效率。

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