适用于金属粉末激光快速成形的安全控制方法与流程

本发明涉及一种适用于金属粉末激光快速成形的安全控制方法，属于激光选区成形技术领域。

背景技术：

金属粉末激光快速成形技术，是先由CAD软件产生零件三维模型，然后由分层软件对三维模型按照一定的厚度进行分层切片处理，获取各截面的几何信息，然后根据切片轮廓设计出扫描轨迹，并将其转化成工作台或振镜XY轴的运动指令。成形时，具有一定功率密度的激光束照射到基材表面，将金属粉末熔化形成熔池，根据给定的各层截面的路径规划，将金属材料逐层扫描堆积，最后制造出金属实体零件。为防止某些金属在成形的过程中氧化，以上过程在一个气氛保护的舱室中进行，使激光成形过程中的金属不被氧化。

目前，主要存在的问题和缺点如下：

1、在金属粉末激光快速成形前，采用置换方式，向舱室内部充入惰性气体，将舱室内部氧气排出去，直至舱室氧含量达到指标才可以成形，但是这样的方式会使舱室内部死角区域滞留大量的氧气，可能导致成形过程中氧含量可能突然升高，造成金属零件的大面积氧化和大量内部缺陷，而且对于活泼金属，存在一定的燃爆危险；

2、在金属粉末激光快速成形过程中，舱室内部氧含量超标后，激光器会继续开光，这样成形的零件容易发生氧化，而且对于一些活泼金属，可能会发生燃爆危险；

3、在成形过程中，由于某种原因，成形舱室内部的氧含量超标，激光器关光，成形过程就此停止，在没有操作人员的干预下，成形的金属零件就报废了；

4、在成形完成后，由于舱室内部存在高浓度氩气，开启舱门后，会对操作人员造成窒息的危险。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服目前存在的问题，设计提供一种新的适用于金属粉末激光快速成形的安全控制方法，保证成形过程的安全、顺利进行以及人员安全。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于金属粉末激光快速成形的安全控制方法，其包括如下步骤：

S1：在金属粉末激光快速成型前，控制成型舱室内的气压为3～5mbar、氧含量不高于％0.05，开始进行金属粉末激光快速成型；

S2：在金属粉末激光快速成型过程中，监视成型舱室内的氧含量，当氧含量超标时，切断激光输出，并通过补气和清洗的方式将氧含量调节至合格水平后，恢复激光输出；

S3：在金属粉末激光快速成型完毕后，需要去除零件时，调节成型舱室内的气压达到0.1MPa后，调节氧含量不低于19％，打开成型舱室，取出零件。

作为优选方案，步骤S1具体包括如下操作：

通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将成形舱室内部的空气抽除，待舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止抽真空，惰性气体通过补气阀进入箱体内部，舱室内部装有压力传感器，检测舱室内部箱体压力，压力控制保持在3～5mbar，待压力超过5mbar后，清洗阀自动排出气体，通过这种方式不断清洗，待箱体内部氧含量达到指标要求方可开始成形；而且在成形过程中，不断地对舱室内部补气和排气，使箱体内部氧含量和压力处于一定范围值内。

作为优选方案，步骤S2具体包括如下步骤：

当氧含量超标后，中央控制系统输出高电平，使激光器开关光线路上的继电器断开，激光器关光；中央控制系统控制补气阀，使其自动打开，对舱体内部进行补气，待舱室内部压力超过5mbar后，清洗阀自动打开，并排出气体，直至氧含量达到指标，中央控制系统输出低电平，使激光器开关光线路上的继电器导通，激光器开光。

作为优选方案，步骤S3具体包括如下步骤：

通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将舱室内部的氩气抽出，待舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止工作，同时箱体进气阀自动打开，空气进入成形舱室内部，待成形舱室内部氧含量达到19％及以上，打开成形舱室的舱门。

本发明的基本原理在于：

成形前，高效而均匀地排出舱室内部氧气，使舱室内部不存在氧气超量的死角；成形过程中，将舱室内部氧含量浓度与激光器紧密关联，一旦氧含量超标，立即关断激光器，确保成形安全；在成形过程中氧含量超标时，自动补气和清洗，氧含量达标后，导通激光器，保证成形的顺利进行；取件前，采用预抽低真空，使箱体内部氧含量达到安全程度，保证操作人员的安全。

本发明的优点在于：

1、提高了成形过程的质量和安全；

2、提高了设备自动化程度，降低了人工成本和成形的报废率；

3、提高了取件过程中的人身安全。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的方法的原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明涉及的一种适用于金属粉末激光快速成形的安全控制方法，如图1所示，其包括如下步骤：

1、在金属粉末激光快速成形前，通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将成形舱室内部的空气抽除，待舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止抽真空，惰性气体通过补气阀进入箱体内部，舱室内部装有压力传感器，检测舱室内部箱体压力，压力控制保持在3～5mbar，待压力超过5mbar后，清洗阀自动排出气体，通过这种方式不断清洗，待箱体内部氧含量达到指标要求方可开始成形。而且在成形过程中，不断地对舱室内部补气和排气，使箱体内部氧含量和压力处于一定范围值内，这样保证成形舱室内部死角不会存在过多的氧气，不会因此导致舱室内部氧含量突然升高，确保金属零件的成形质量以及成形过程安全；

2、在金属粉末激光快速成形过程中，成形舱室内部装有氧传感器，实时监测舱室内部的氧含量，由于某种原因，当氧含量超标后，中央控制系统输出高电平，使激光器开关光线路上的继电器断开，激光器关光，确保金属粉末激光快速成形的质量和成形过程的安全；中央控制系统控制补气阀，使其自动打开，对舱体内部进行补气，待舱室内部压力超过5mbar后，清洗阀自动打开，并排出气体，直至氧含量达到指标，中央控制系统输出低电平，使激光器开关光线路上的继电器导通，激光器开光，确保金属粉末激光快速成形继续进行，提高了设备的自动化程度，降低了成形的报废率。

3、当成形完毕，需要取出零件时，通过中央控制系统控制真空泵开启，真空泵将舱室内部的氩气抽出，待舱室内部压力达到0.1MPa后，真空泵停止工作，同时箱体进气阀自动打开，空气进入成形舱室内部，待成形舱室内部氧含量达到19％及以上，成形舱室的舱门才能打开，这样避免操作人员在取件过程出现窒息危险，确保操作人员的安全。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。