选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统。


背景技术：

[0002]
增材制造技术(additive manufacturing，am)是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接cad模型驱动、快速、材料类型丰富多样等优点的先进制造技术。其中，选择性激光熔化技术(selective laser melting，slm)是近年来迅速发展的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。
[0003]
选择性激光熔化工艺的基本过程包含粉末供给和粉末回收。目前粉末供给和粉末回收一般采用人工操作方式，在烧结过程中由操作人员手动拆卸和替换粉末供给和回收的罐体。
[0004]
但操作人员手动工作的方式不仅操作繁琐，还需要操作人员实时关注粉末使用状态，及时替换排空的供给罐和装满的回收罐，同时也存在较大的安全隐患，比如粉末逸散、操作人员抬高罐体过程中的人身安全等。


技术实现要素：

[0005]
基于此，有必要针对现有选择性激光熔化工艺中粉末供给和粉末回收均采用人工手动的方式，存在操作繁琐、劳动强度大及安全隐患较大的问题，提供一种操作简单、劳动强度小且安全的选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统及。
[0006]
一种选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统，包括动力装置、分离罐、储料罐、所述选择性激光烧结设备的输送罐及与所述选择性激光烧结设备的工作腔连通的第一回收罐；
[0007]
所述分离罐的排料端可操作地与所述储料罐的进料端连通；
[0008]
所述储料罐的排料端可操作地与所述输送罐的进料端连通，所述输送罐的排气端可操作地与所述分离罐的进料端连通；
[0009]
所述第一回收罐的排料端可操作地与所述分离罐的进料端连通；
[0010]
所述动力装置包括抽气口和所述排气口，所述排气口与所述储料罐的排料端及所述第一回收罐的排料端可操作地连通，所述抽气口与所述分离罐的排气端连通。
[0011]
在其中一个实施例中，所述粉末回收循环系统还包括粉末后处理平台及第二回收罐；
[0012]
所述粉末后处理平台还具有排料口，所述排料口与所述第二回收罐的进料端连通，所述第二回收罐的排料端可操作地与所述分离罐的进料端连通，所述动力装置的所述排气口可操作地与所述第二回收罐的排料端连通。
[0013]
在其中一个实施例中，所述粉末后处理平台具有进气口及与所述排料口分离的吸
粉口，所述吸粉口可操作地与所述分离罐的进料端连通，所述动力装置的所述排气口可操作地与所述进气口连通。
[0014]
在其中一个实施例中，所述粉末回收循环系统为密闭式粉末回收循环系统，且所述粉末回收循环系统中充入有惰性气体。
[0015]
在其中一个实施例中，所述粉末回收循环系统还包括有氧检测传感器，所述有氧检测传感器用于检测所述粉末回收循环系统内的氧气含量。
[0016]
在其中一个实施例中，所述有氧检测传感器设于所述分离罐的排气端侧。
[0017]
在其中一个实施例中，所述储料罐的排料端和所述第一回收罐的排料端均设有脉冲式截止阀，所述脉冲式截止阀用于调整所述储料罐的排料端和所述第一回收罐的排料端的排料量和排料速度。
[0018]
在其中一个实施例中，所述粉末回收循环系统还包括振动筛，所述振动筛设置于所述分离罐与所述储料罐之间，所述振动筛用于将从所述分离罐的排料端排出的粉末进行筛选并排放至所述储料罐。
[0019]
在其中一个实施例中，所述选择性激光烧结设备包括多个，每一所述选择性激光烧结设备的所述输送罐的进料端可操作地与所述储料罐的排料端连通、所述输送罐的排气端可操作地与所述分离罐的进料端连通及所述第一回收罐的排料端可操作地与所述分离罐的进料端连通。
[0020]
在其中一个实施例中，所述粉末回收循环系统还包括用于检测所述粉末回收循环系统内压力的压力传感器及设于所述分离罐的排气端侧的排气阀
[0021]
上述选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统，在动力装置的作用下，使粉末在储料罐、输送罐及分离罐之间作循环运动和在第一回收罐及分离罐之间作循环运动，以使得粉末能够被回收，故使得粉末回收操作简单、劳动强度小且安全性好。
附图说明
[0022]
图1为本实用新型一实施例中的选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统的结构示意图。
具体实施方式
[0023]
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
[0024]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0025]
在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。
[0026]
在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由
……
组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
[0027]
还应当理解的是，在解释元件时，尽管没有明确描述，但元件解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。
[0028]
此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。
[0029]
图1示出了本实用新型一实施例中的选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统的结构示意图。为便于描述，附图仅示出了与本实用新型实施例相关的结构。
[0030]
参阅附图，本实用新型一实施例的选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100，包括动力装置10、分离罐20、储料罐30、选择性激光烧结设备的输送罐40及与选择性激光烧结设备的工作腔连通的第一回收罐50。
[0031]
分离罐20的排料端可操作地与储料罐30的进料端连通。
[0032]
储料罐30的排料端可操作地与输送罐40的进料端连通，输送罐40的排气端可操作地与分离罐20的进料端连通。当输送罐40粉末余量不足时，通过将储料罐30中的粉末输送至输送罐40内，可实现粉末的回收重利用。具体地，输送罐40内具有用于分离气体和粉末的分离装置，更具体地，该分离装置为旋风分离器，旋风分离器可以初步滤去大颗粒的粉末，将大颗粒的粉末排入至输送罐40内，小颗粒的粉末则通过排气端输送至分离罐20内进行过滤。
[0033]
应当理解，输送罐40的出料端与选择性激光烧结设备的供粉机构相连，以保证对选择性激光烧结设备的及时运料。
[0034]
第一回收罐50的排料端可操作地与分离罐20的进料端连通。第一回收罐50与选择性激光烧结设备的工作腔连通的，用于将工作腔内残余的粉末进行回收。
[0035]
动力装置10包括抽气口11和排气口12，排气口12与储料罐30的排料端及第一回收罐50的排料端可操作地连通，抽气口11与分离罐20的排气端。在动力装置10的作用下，从储料罐30的排料端排出的粉末可在正压下输送至输送罐40，再经输送罐40输送至分离罐20，从第一回收罐50的排料端排出的粉末也可在正压下输送至分离罐20，而分离罐20的排气端排出的干净的气体被动力装置10的抽气口11吸收重利用。应当理解，动力装置10的抽气口11压力和排气口12压力可调，优选的，可使动力装置10在排气口12产生的较大的正压推送能力，而在抽气口11处产生较小的负压吸附能力，如此，粉末在正压下的传送速度更快，提高了粉末回收循环系统100的回收效率。
[0036]
应当理解，分离罐20内部设有过滤器，过滤器能将从分离罐20的进料端进入的粉末进行过滤，以保证干净的气体从分离罐20的排气端排出至动力装置10的抽气口11而被重新利用。
[0037]
还应当理解的是，本领域技术人员应当知晓，各连通部件之间应当使用管道进行连通。
[0038]
如此，本实用新型的选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100，可在动力装置10的作用下，使粉末在储料罐30、输送罐40及分离罐20之间作循环运动和在第一回收罐50
及分离罐20之间作循环运动，以使得粉末能够被回收，故使得粉末回收操作简单、劳动强度小且安全性好。另外，本实用新型的粉末回收循环系统100仅使用一个动力装置10，则可实现多条管路的输送和回收要求，极大的节省了粉末循环的成本。
[0039]
在一些实施例中，粉末回收循环系统100包括多个高位料位计60、多个低位料位计65及多个截止阀70。具体地，分离罐20上设有一高位料位计60和一低位料位计65，分离罐20的排料端设有一截止阀70，储料罐30上设有一高位料位计60和一低位料位计65，储料罐30的排料端设有一截止阀70，且动力装置10的排气口12与储料罐30的排料端连通的管道上也设有一截止阀70，第一回收罐50上设有一高位料位计60和一低位料位计65，第一回收罐50的排料端设有一截止阀70，且动力装置10的排气口12与第一回收罐50的排料端连通的管道上也设有一截止阀70。如此，通过高位料位计60和低位料位计65可测量罐体内部的粉末余量是否到达预设高位值或预设低位值，通过打开或关闭截止阀70，则可操作地导通或断开各部件之间的连通。
[0040]
进一步地，设于储料罐30的排料端处和第一回收罐50的排料端处的截止阀70均为脉冲式截止阀，脉冲式截止阀用于调整储料罐30的排料端和第一回收罐50的排料端的排料量和排料速度。由于储料罐30的排料端下端和第一回收罐50的排料端下端的位于三条管道的交汇处，故一旦出现粉末堆积，则容易造成粉末回收循环系统100故障，甚至损坏，故设置脉冲式截止阀可有效控制排料量和排料速度，避免故障发生。
[0041]
在本实用新型的实施例中，粉末回收循环系统100可包括控制器，控制器分别与多个高位料位计60、多个低位料位计65及多个截止阀70电连接，以控制各部件之间的连通关系。如此，可实现粉末回收循环系统100的自动化运行，进一步地避免了人工操作的繁琐流程和人身安全、环境安全隐患。
[0042]
在一些实施例中，粉末回收循环系统100还包括粉末后处理平台75及第二回收罐80，粉末后处理平台75具有排料口，排料口与第二回收罐80的进料端连通，第二回收罐80的排料端可操作地与分离罐20的进料端连通，动力装置10的排气口12可操作地与第二回收罐80的排料端连通。如此，可通过第二回收罐80回收粉末后处理平台75的粉末，进而提高了粉末回收循环系统100的回收能力。
[0043]
进一步地，粉末后处理平台75还具有进气口751及与排料口分离的吸粉口752，吸粉口752可操作地与分离罐20的进料端连通，动力装置20的排气口12可操作地与进气口751连通。当使用粉末后处理平台75进行粉末后处理时，大部分粉末会通过排料口至第二回收罐80回收，工件表面残留的少许粉末可以使用吸粉口752，在动力装置20的作用下吸附至分离罐20内。如此，可提高粉末回收量。
[0044]
在现有粉末后处理中，一般外接负压吸附装置来处理烧结完成后剩余的大量粉末，负压吸附方式虽能较为方便的完成粉末转移，但由于其工作原理存在先天缺陷，比如负压吸附方式只能适用于开环或半开环的工作环境，而在3d打印行业中，很多重要材料，例如钛合金、纯钛、铝合金等，在输送过程中均需要极低的氧含量环境来保证设备及人员安全，而负压吸附方式无法保证输送系统内部的氧含量达到这些高活性金属材料的使用要求。另外小型负压源只能适应单个地点的粉末输送，多个地点的粉末输送则需要多个负压源并联，显著提高了成本。
[0045]
在本实用新型的实施例中，粉末回收循环系统100为密闭式粉末回收循环系统，且
粉末回收循环系统100中充入有惰性气体。由于动力装置20实现了对气体的循环利用，故粉末回收循环系统100可实现密闭式，如此，在粉末回收循环系统100中充入有惰性气体，更能适应包含各种活性金属在内的多种类粉末循环要求。
[0046]
进一步地，粉末回收循环系统100还包括设于分离罐20的排气端侧的排气阀及用于检测粉末回收循环系统100内压力的压力传感器85。具体地，压力传感器85可设于分离罐20上，排气阀设置于分离罐20的排气端处，以排除粉末的干扰。压力传感器85和排气阀用于监测和排出粉末回收循环系统100内部多余的压力，以保证粉末回收循环系统100的正常运行及防止粉末回收循环系统100过压受损。
[0047]
在一些实施例中，粉末回收循环系统100还包括有氧检测传感器90，有氧检测传感器90用于检测粉末回收循环系统100内的氧气含量。如此，可确保粉末回收循环系统100内的氧气含量是否超过预设值，而对粉末的化学性质产生影响。有氧检测传感器90设置于分离罐20的排气端处，以排除粉末的干扰。
[0048]
在一些实施例中，粉末回收循环系统100还包括惰性气体补充装置，用于向粉末回收循环系统100内补充惰性气体。当有氧检测传感器90检测到粉末回收循环系统100内的氧气含量超过预设值时，可使用惰性气体补充装置进行惰性气体的补充。另外，由于动力装置10的正压的特性，在排气阀工作时，能防止外部空气进入粉末回收循环系统100内部造成氧含量波动，因此粉末回收循环系统100只需维持少量惰性气体补充就能达到任何需要的氧气含量，相比传统的负压吸附输送系统，极大的节约了惰性气体消耗。
[0049]
在一些实施例中，粉末回收循环系统100还包括振动筛95，振动筛95设置于分离罐20与储料罐30之间，振动筛95用于将从分离罐20的排料端排出的粉末进行筛选并排放至储料罐30。目前，可成功的进行选择性激光烧结加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末及其复合材料，特别是金属材料，其在每次烧结过后，剩余的金属粉末微粒灰产生金属球化产物，飞溅氧化产物，及残渣。此时，必须对烧结后的剩余粉末通过振动筛95对粉末中的大颗粒废物进行清除，使得剩余粉末可以再循环利用。
[0050]
在本实用新型的实施例中，选择性激光烧结设备包括多个，每一选择性激光烧结设备的储料罐30的排料端可操作地与输送罐40的进料端连通、输送罐40的排气端可操作地与分离罐20的进料端连通及第一回收罐50的排料端可操作地与分离罐20的进料端连通。如此，可实现粉末回收循环系统100对多个选择性激光烧结设备内的粉末的回收，提高了回收效率。
[0051]
为了更加深入地理解本实用新型，下面对选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100的控制方法进行详述，包括步骤：
[0052]
s110：检测输送罐40内的粉末余量，输送罐40的粉末余量低于第一预设余量时，控制动力装置10启动、储料罐30的排料端打开及输送罐40的排气端打开；
[0053]
其中，选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100可包括控制器，输送罐40上设置有一与控制器电连接的低位料位计65，低位料位计65设定值为第一预设余量，储料罐30的排料端处设有一脉冲式截止阀，输送罐40的排气端处设有一截止阀，如此，当低位料位计65检测到输送罐40内的粉末余量低于第一预设余量时，控制器接收到此信号，则控制储料罐30的排料端处的脉冲式截止阀打开，输送罐40的排气端处的截止阀打开。
[0054]
进一步地，通过控制器可控制脉冲式截止阀，以调整储料罐30的排料端的排料量
和排料速度。
[0055]
s120：检测储料罐30内的粉末余量，当储料罐30内的粉末余量低于第二预设余量时，控制动力装置20停止、储料罐30的排料端关闭及输送罐40的排气端关闭。
[0056]
其中，储料罐30上设置有一与控制器电连接的低位料位计65，该低位料位计65设定值为第二预设余量，如此，当低位料位计65检测到储料罐30内的粉末余量低于第二预设余量时，控制器接收到此信号，则控制储料罐30的排料端处的脉冲式截止阀关闭，输送罐40的排气端处的截止阀关闭。
[0057]
s130：检测第一回收罐50内的粉末余量，当第一回收罐50内的粉末余量高于第三预设余量时，控制动力装置10启动及第一回收罐50的排料端打开，当第一回收罐50内的粉末余量低于第四预设余量时，控制动力装置10停止及第一回收罐50的排料端关闭；
[0058]
其中，第一回收罐50上设有与控制器电连接的一高位料位计60和一低位料位计65，该高位料位计60的设定值为第三预设余量，低位料位计65的设定值为第四预设余量，第一回收罐50的排料端处设有与控制器电连接的一脉冲式截止阀。如此，当高位料位计60检测到第一回收罐50内的粉末余量高于第三预设余量时，控制器接收到此信号，则控制第一回收罐50的排料端处的脉冲式截止阀打开，当低位料位计65检测到第一回收罐50内的粉末余量低于第四预设余量时，控制器接收到此信号，则控制第一回收罐50的排料端处的脉冲式截止阀关闭。
[0059]
s140:检测分离罐20内的粉末余量，当分离罐20内的粉末余量高于第五预设余量时，控制分离罐20的排料端打开及储料罐30的进料端打开，当分离罐20内的粉末余量低于第六预设余量或储料罐30内的粉末余量高于第七预设余量时，控制分离罐20的排料端关闭及储料罐30的进料端关闭。
[0060]
其中，分离罐20上设有与控制器电连接的一高位料位计60和一低位料位计65，该高位料位计60的设定值为第五预设余量，低位料位计65的设定值为第六预设余量，储料罐30上还设有与控制器电连接的一高位料位计60，该高位料位计60的设定值为第七预设余量，分离罐20的排料端处或储料罐30的进料端处设有与控制器电连接的一截止阀70。如此，当分离罐20的高位料位计60检测到分离罐20内的粉末余量高于第五预设余量时，控制器接收到此信号，则控制分离罐20的排料端处的截止阀70打开，当分离罐20的低位料位计65检测到分离罐20内的粉末余量低于第六预设余量或当储料罐30的高位料位计60检测到储料罐30内的粉末余量高于第七预设余量时，控制器接收到此信号，则控制分离罐20的排料端处或储料罐30的进料端处的式截止阀70关闭。
[0061]
应当理解，分离罐20的粉末可在重力作用下排入至储料罐30内，故无需使用动力装置10正压作用实现运输。
[0062]
进一步地，当分离罐20内的粉末余量高于第五预设余量时，控制分离罐20的排料端打开及储料罐30的进料端打开的同时，也可控制振动筛95启动，以将粉末过筛。当离罐20内的粉末余量低于第六预设余量或储料罐30内的粉末余量高于第七预设余量时，控制分离罐20的排料端关闭及储料罐30的进料端关闭的同时，也控制振动筛95停止。
[0063]
在一些实施例中，选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100的控制方法，还包括步骤：
[0064]
s150：检测第二回收罐80内的粉末余量，当第二回收罐80内的粉末余量高于第八
预设余量时，控制动力装置10启动及第二回收罐80的排料端打开，当第二回收罐80内的粉末余量低于第九预设余量时，控制动力装置10停止及第二回收罐80的排料端关闭。
[0065]
其中，第二回收罐80上设有与控制器电连接的一高位料位计60和一低位料位计65，该高位料位计60的设定值为第八预设余量，低位料位计65的设定值为第九预设余量，第二回收罐80的排料端处设有与控制器电连接的一脉冲式截止阀。如此，当高位料位计60检测到第二回收罐80内的粉末余量高于第八预设余量时，控制器接收到此信号，则控制第二回收罐80的排料端处的脉冲式截止阀打开，当低位料位计65检测到第二回收罐80内的粉末余量低于第九预设余量时，控制器接收到此信号，则控制第二回收罐80的排料端处的脉冲式截止阀关闭。
[0066]
在一些实施例中，选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100的控制方法，还包括步骤：
[0067]
s160：控制动力装置20启动、粉末后处理平台75进气口751打开及吸粉口752打开。
[0068]
其中，可在粉末后处理平台75进气口751及吸粉口752处均设置一与控制器电连接的截止阀70，如此，在启动吸粉功能时，可打开粉末后处理平台75进气口751及吸粉口752处的截止阀70完成吸粉。
[0069]
在一些实施例中，选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100的控制方法，还包括步骤：
[0070]
s170：控制有氧检测传感器90检测粉末回收循环系统100内的氧气含量，当有氧检测传感器90检测的氧气含量高于预设氧气含量值时，调整粉末回收循环系统100内的惰性气体含量，以使粉末回收循环系统100内的氧气含量低于预设氧气含量值。
[0071]
其中，粉末回收循环系统100还设有惰性气体补充装置及位于惰性气体补充装置排气口处的与控制器电连接的截止阀70，有氧检测传感器90与控制器电连接，如此，当有氧检测传感器90检测的氧气含量高于预设氧气含量值时，控制惰性气体补充装置的截止阀70打开，当有氧检测传感器90检测的氧气含量低于预设氧气含量值时，控制惰性气体补充装置的截止阀70关闭。
[0072]
应当理解，选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100待机时，所有截止阀70处于关闭状态，动力装置70停止，由各个罐体上的料位计监测粉末状态，判断是否启动输送或回收功能。
[0073]
还应当理解的是，本实用新型并没有限定必须上按照上述步骤排列顺序依次进行。
[0074]
本实用新型实施例提供的选择性激光烧结设备的粉末回收循环系统100，具有以下有益效果：
[0075]
在动力装置10的作用下，使粉末在储料罐30、输送罐40及分离罐20之间作循环运动和在第一回收罐50及分离罐20之间作循环运动，以使得粉末能够被回收，故使得粉末回收操作简单、劳动强度小且安全性好。
[0076]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0077]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，
但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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