[发明专利]一种用于激光选区熔化设备的安全控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种用于激光选区熔化设备的安全控制系统及其控制方法，安全控制系统中，急停按钮、重启按钮、手套箱安全传感器、安全门开关、驱动器和变频器EDM端、安全继电器和接触器监视触点接入安全输入模块，安全继电器线圈接入安全输出模块，驱动器和变频器STO端、加热基板接触器线圈以及激光器安全回路接入安全继电器触点，铺粉轴接触器和成型缸接触器接入相应驱动器报警端，铺粉轴和成型缸正负限位开关经过安全栅接入PLC输入端，信号灯、蜂鸣器以及安全门开关螺线管接入PLC输出端。所述安全控制方法包括急停按钮监视、安全门开关监视、手套箱安全传感器监视以及限位开关触发处理。本发明采用的方案对SLM设备存在的主要安全风险进行了防护。

技术领域

本发明属于金属3D打印领域，具体涉及一种用于激光选区熔化设备的安全控制系统及其控制方法。

技术背景

激光选区熔化技术(SLM)具有小批量、个性化等优点，非常适合具有复杂形状结构的金属零件，SLM能够直接制造致密度、尺寸精度和力学性能良好的金属零件，成为当今增材制造领域的研究热点。SLM设备作为实现激光选区熔化成型的主体，集激光、电气、机械、加热等装置于一体，因而存在很多安全风险，主要包括以下几个方面：

1)激光照射造成人员眼睛和皮肤的伤害；

2)驱动器、变频器、鼓风机、真空泵等使用交流220V电压，因此存在人员触电的风险；

3)SLM设备成型缸上安装有加热基板，最高温度可达200度，存在人员烫伤的风险；

4)成型腔体内部在打印的过程中会存在大量的可燃性粉尘，如果粉尘与氧气混合成合适的比例，点燃时将发生巨大的爆炸；金属粉尘扩散到空气中，被人员吸入会对身体健康造成不利影响；

5)SLM设备存在铺粉碾压的风险，刮刀高速运行时一旦失控，会对人员造成冲撞的危险；另外，成型腔体还存在真空、高压等危险情况。

从以上分析可知，SLM设备存在多方面的危险，一旦人员误操作或者设备发生故障很容易造成人员伤亡和财产损失。为了避免发生危险，实际中主要采用以下几个措施：

1)采取本质安全设计措施，即通过适当选择设备的设计特性或暴露人员与设备的交互作用来消除或者减少风险；

2)采取安全防护及补充保护措施，采用防护装置和保护装置来保障人员的安全，此外还可能要采用包括附加设备(如急停设备)在内的补充保护措施；

3)如果采用了上述两种措施后设备仍旧存在剩余风险，这时就需要通过视觉信号(如闪光灯)、听觉信号(如报警器)或者标志符号来明确剩余风险。

针对SLM设备的安全性需求，结合上述措施提出一种用于激光选区熔化设备的安全控制系统及其控制方法，以期保证人员和设备的安全。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是提供一种用于激光选区熔化设备的安全控制系统及其控制方法，避免了人员误操作和设备发生故障时造成人员伤亡或者设备损坏，解决了SLM设备的安全性问题。

为了解决上述问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于激光选区熔化设备的安全控制系统，包括急停按钮、重启按钮、安全门开关、安全传感器、安全输入模块、安全逻辑模块、安全输出模块、安全继电器、安全栅、铺粉轴驱动器、成型缸驱动器、变频器、激光器、铺粉轴接触器、成型缸接触器、加热基板接触器、铺粉轴正负限位开关、成型缸正负限位开关、可编程逻辑控制器(PLC)、24V开关电源、信号灯，其中，

所述急停按钮具有两个常闭触点，以两个平行冗余回路的形式接入安全输入模块，两个常闭触点都具有直接断开结构；

重启按钮为自复位式按钮，接入安全输入模块；