[发明专利]一种金属3D打印机密封舱气氛除氧及循环净化方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及选区激光熔化加工成型设备，尤其涉及一种金属3D打印机密封舱气氛除氧及循环净化方法及设备。

背景技术

选区激光熔化加工成型过程中，需要通过高纯氮气、氩气等惰性气体进行保护。在激光聚焦后对金属粉末的加工过程中，成型室大量烟雾的产生大大消弱氮气的保护作用，同时，大量烟雾附着到金属粉末上，将直接影响各层金属粉末表面对于激光能量的吸收，并最终影响金属成型件的质量。因此，有必要对成型室气体进行循环净化。

SLM成型需要完全熔化金属材料，金属材料与氧接触发生氧化，甚至会燃烧(如纯钛粉末)，材料中有C、Si、Mn、Ti、Ca等元素时，他们与氧气的结合更容易形成稳定杂质相。

通过对不锈钢粉末(新粉、旧粉)、纯钛粉末分别在氮气和氩气保护条件下进行成型实验，发现激光与粉末发生作用瞬间都会产生烟雾。观察发现使用新的不锈钢粉末产生烟雾明显减少，纯钛粉末产生黑烟比较新不锈钢粉末产生黑烟少。烟雾的主要来源是金属粉末中的C元素、低熔点合金元素以及杂质元素燃烧、气化造成，粉末的长期反复使用对烟雾问题的程度有累积作用，即新的不锈钢粉末虽然产生少量烟雾，但黑烟对粉末产生污染，长期累积造成激光与粉末作用时产生烟雾越来越严重。目前所有的厂商或者科研机构还无法从根本上解决烟雾问题。烟雾存在的主要负面作用包括：(1)污染透光镜片；(2)污染粉末；(3)污染铺粉导轨；(4)污染成型室内壁。

首先，烟雾存在一个很严重的后果是对透镜镜片产生污染，特别是低速扫描时，激光能量输入大，产生的烟雾量也大，烟雾很快是透光镜片粘上一层黑烟粉末，导致激光透过镜片时的功率衰减严重，大部分激光能量以热能的方式作用在镜片上，镜片会很快发热、发烫，直到爆裂。烟雾对透光镜片污染严重时，导致激光入射到粉床表面的功率不足，粉末熔化不充分，成型过程必须反复停机手工清除透镜片上的烟雾，所以黑烟污染透光镜片后对SLM的成型效率和成型件质量等方面影响很大。其次，烟雾产生后小部分被保护气吹到粉床以外，大部分仍然飘落到没有使用的粉床表面，与粉末混合在一起，加重了粉末的污染程度。再次，目前SLM设备多采用半开放式铺粉导轨安装方式，即由于铺粉臂的存在，导致了成型室与铺粉导轨之间存在细长的开口，加工过程中扬起的粉尘和黑烟会进入导轨内部引起导轨润滑性降低，甚至导致导轨的磨损，从而使导轨精度降低直至无法使用。最后，加工过程产生的黑烟一部分被保护气吹走，其余部分会粘附在成型室内壁，特别是观察窗口内壁。随着黑烟的累积，在下次加工时会有部分黑烟脱落，一部分飘落到粉末上污染粉末，一部分飘落到成型面上影响加工质量。而粘附在观察窗口侧的黑烟会严重影响对加工过程的监控。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种金属3D打印机密封舱气氛除氧及循环净化方法及设备。与工控机结合使用可自动对成型室除氧、调节气压和气体循环净化功能。

本发明通过下述技术方案实现：

一种金属3D打印机密封舱气氛除氧及循环净化设备，包括成型室8，所述成型室8的一端设有，另一端设有进气口20；所述成型室8的前端设置有密封门9，成型室8的底部设有密封门检测传感器11。

所述出气口10与进气口20通过气体循环管道连接；

在进气口20与出气口10之间的气体循环管道上，依次设有第一气动蝶阀21、粉尘净化器19、第二气动蝶阀18、除水干燥器12；

在第二气动蝶阀18与除水干燥器12之间的气体循环管道上还设有一个分支管路，该分支管路的末端连接真空泵17，在分支管路的接口处与真空泵17的管路上设有分子筛16和真空管道电磁阀13；

在成型室8的侧壁上设置有一个保护气进气口电磁阀3，保护气进气口电磁阀3通过设有进气管道调压阀2的管路连接惰性气体源1。

所述成型室8的顶部还设有，排气口电磁阀4、测氧仪进气口电磁阀5、测氧仪出气口电磁阀6、压力传感器7；

所述测氧仪进气口电磁阀5通过管路连接气泵22；所述测氧仪出气口电磁阀6通过管路连接测氧仪23；所述气泵22通过管路与测氧仪23连接。

所述测氧仪23连接测氧仪显示器24；所述压力传感器7连接压力传感器显示器25。

所述真空泵17包括一个真空泵排气口消音器15，该真空泵排气口消音器15通过真空泵排气口14连接真空泵17。

一种金属3D打印机密封舱气氛除氧及循环净化的方法，采用如下步骤：

(一)除氧步骤