一种SLM型金属3D打印机的透镜保护装置的制作方法

本发明涉及一种3d打印机，具体涉及一种slm型金属3d打印机的透镜保护装置。

背景技术：

3d打印技术通过把材料逐层累加在一起来制造实体零件，相对于传统制造方法，3d打印技术生产周期短、无需刀具，模具、可以加工出形状复杂的零件。slm(选择性激光融化)技术利用高能量的激光束照射金属粉末使其快速融化并冷却凝固成型，加工出的零件致密性接近100％，金属3d打印技术已经在汽车、航空航天、医疗、军工等领域有了广泛的应用。

现有的金属3d打印机在工作时，激光扫描金属粉末，金属粉末中含有的碳元素、低熔点合金元素以及杂质元素燃烧、气化会生成黑烟。若金属粉末的长期反复使用则会产生更多的黑烟。黑烟的存在会对透镜造成污染，特别是低速扫描的时候，激光能量输入大，产生的黑烟量也大，长时间工作后，透镜的表面就会粘附上大量的黑烟，这会导致激光透过镜片时功率衰减严重，且激光的能量大部分被镜片吸收，从而导致镜片快速发热、发烫甚至爆裂，黑烟对透镜的污染还会导致激光入射到金属粉末时的功率不足，使得金属粉末融化不充分。黑烟的另一个危害是：部分黑烟飘落到未加工的金属粉末表面，与粉末混合在一起，从而污染金属粉末，进而影响激光加工的生产质量。

为了保证透镜的正常使用，目前的金属3d打印机每隔一段时间就要对透镜进行手工清理掉上面吸附的黑烟，在清理过程中，来回拆装透镜的过程十分繁琐，而且耗费人力物力，并且若长时间忘记清理透镜，可能引发透镜炸裂等严重的后果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种slm型金属3d打印机的透镜保护装置，所述透镜保护装置可以避免3d打印时产生的黑烟粘附在透镜上，从而省去了人工手动清理透镜的流程，这不仅可以节省人力物力，而且还可以避免出现因为忘记清理透镜而导致透镜在3d打印过程中因粘附有大量黑烟而导致透镜炸裂等情况。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种slm型金属3d打印机的透镜保护装置，包括设置在成型室顶板中的透镜保护机构、用于向成型室内部通入惰性气体的进气机构以及将成型室中产生的黑烟排出的排气机构，其中，所述排气机构和所述进气机构设置在所述成型室内部，且安装在成型室底板上；

所述透镜保护机构包括设置在成型室顶板上的透镜固定座、设置在透镜固定座上的透镜以及促使3d打印时产生的黑烟远离透镜的分离机构，其中，所述分离机构包括设置在所述成型室顶板上的顶部进气口、设置在所述透镜下方的导向筒以及用于连通顶部进气口与所述导向筒的气体输送通道，其中，

所述顶部进气口与外部的顶部进气管的连接头连接，用于将所述顶部进气管中的惰性气体通入到气体输送通道中；所述导向筒安装在所述成型室顶板上，且该导向筒与所述透镜同轴心；所述透镜位于所述导向筒内。

优选的，所述进气机构包括设置在成型室内部的进气罩以及设置在进气罩下端的进气导管，其中，所述进气罩中靠近排气机构的端面上设置有多个吹气孔，所述多个吹气孔沿着所述进气罩的长度方向均匀排列；每个吹气孔均与进气导管连通；所述成型室底板在与所述进气导管接触的位置处设置有安装孔，所述安装孔的内壁与所述进气导管之间设置有橡胶套；所述橡胶套安装在所述安装孔的上端；所述安装孔的下端与底部进气管连通，所述成型室底板在与所述底部进气管接触的位置处设置有用于固定该底部进气管的固定孔，所述固定孔与所述安装孔连通且同轴心，所述橡胶套的下端在与所述底部进气管接触的位置处设置有密封部，所述密封部的外径与所述固定孔的内径相等，所述固定孔的直径大于所述安装孔的直径。

优选的，所述进气罩的两端设置有用于调节该进气罩高度的高度调节机构，所述高度调节机构包括设置在所述进气罩左右两侧的滑动座以及螺栓，其中，所述滑动座上设置有导向孔，所述螺栓竖直向下穿过导向孔后固定在所述成型室底板上，该螺栓上还设置有螺母，所述螺母设置在所述滑动座的上下两端。

优选的，所述排气机构包括排气罩以及设置在所述排气罩下端的排气导管，其中，所述排气罩设置在所述成型室底板上，且该排气罩的吸气口面向所述进气罩的吹气孔；所述排气罩的底部设置有排气口，所述排气口与所述排气导管连接，所述成型室底板在与所述排气导管接触的位置处设置有避让口；所述排气导管安装在所述避让口中。

优选的，所述排气罩和进气罩位于所述成型室的成型缸的两侧。

优选的，所述透镜保护机构还包括设置在所述透镜下方的透镜保护罩，所述透镜保护罩安装在所述成型室顶板上，且位于所述成型室内部；所述透镜位于所述透镜保护罩内部，该透镜保护罩在与所述顶部进气口接触的位置设置有进气接口；所述透镜保护罩在与所述透镜的对应位置处设置有开口；所述导向筒安装在所述透镜保护罩上；所述透镜保护罩内设置有连通所述顶部进气口和所述导向筒的内腔，所述内腔构成所述气体输送通道。

优选的，所述透镜保护罩的进气接口在与所述顶部进气口之间、所述透镜保护罩的开口与所述成型室顶板之间均设置有密封圈。

优选的，所述透镜固定座包括透镜座以及用于将透镜固定在所述透镜座上的压紧组件，其中，所述透镜座安装在所述成型室顶板上，该透镜座上设置有用于安装所述透镜的安装槽；所述压紧组件包括透镜压板以及压紧螺钉，其中，所述压紧螺钉将所述透镜压板安装在所述透镜座上，所述透镜通过所述透镜压板固定在所述安装槽内。

优选的，所述排气机构和进气机构的动力机构为鼓风机，所述鼓风机的进气口与所述排气导管连通，出气口与所述顶部进气管和所述底部进气管连通，该鼓风机与所述排气导管之间设置有用来过滤掉黑烟的过滤器。

优选的，还包括控制装置，所述控制装置包括两个电磁阀，其中一个电磁阀用于控制成型室中的惰性气体的进气量，另一个电磁阀用于控制成型室中的惰性气体的排出量。

本发明的slm型金属3d打印机的透镜保护装置的工作原理是

工作前，先通过进气机构向成型室内部通入惰性气体，并通过排气机构将成型室中的空气排出，使得整个金属3d打印加工在一个无氧的环境中进行。

工作时，激光扫描金属粉末，导致金属粉末中含有的碳元素、低熔点合金元素以及杂质元素燃烧、气化并生成黑烟，产生的黑烟会漂浮在成型室内部，这时，由于进气机构不停向成型室内部通入惰性气体，而排气机构则不停地将成型室内部的空气排出，使得成型室中的绝大部分黑烟可以通过排气机构排到成型室外部，但是仍然有一小部分黑烟会向上漂浮到透镜处，这时，通过向成型室顶板上的顶部进气口通入惰性气体，该惰性气体通过气体输送通道进入到导向筒内，由于所述导向筒位于透镜的下端，且与透镜相连，因此进入到导向筒内部的惰性气体只能沿着导向筒的内腔向下运动，从而将进入到导向筒中的黑烟向下吹出导向筒外，进而避免该黑烟粘附在透镜上。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的透镜保护装置通过顶部进气管向气体输送通道通入惰性气体，通入的惰性气体通过气体输送通道进入到导向筒内，由于所述导向筒设置在所述透镜的下方，且所述透镜位于所述导向筒的内腔中，因此，进入到导向筒内的惰性气体就会沿着导向筒的轴向方向向下喷出，从而将进入到导向筒的黑烟吹出导向筒外，进而较小黑烟与透镜接触的几率。

2、本发明的透镜保护装置可以避免成型室产生的黑烟粘附在透镜上，使得工作人员不需要定期清理透镜，从而节省大量的人力物力。而且还可以避免出现因为忘记清理透镜而导致透镜在3d打印过程中因粘附有大量黑烟而导致透镜炸裂等情况。

3、本发明的透镜保护装置中通过在成型室中设置排气机构和进气机构，通过进气机构向成型室内部通入惰性气体，并通过排气机构将成型室中的惰性气体连同黑烟一起排出到成型室外，这样可以进一步避免成型室内产生的黑烟粘附到透镜上，从而延长slm型金属3d打印机的使用寿命。

附图说明

图1-图3为本发明的slm型金属3d打印机的透镜保护装置的具体实施方式的结构示意图，其中，图1为立体结构示意图，图2为内部结构的立体结构示意图，图3为剖视图。

图4为透镜保护机构的立体结构示意图。

图5为透镜保护机构的剖视图。

图6为进气机构的立体结构示意图。

图7为进气机构的剖视图。

图8为排气机构的剖视图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图8，本发明的slm型金属3d打印机的透镜保护装置包括设置在成型室顶板4中的透镜保护机构1、用于向成型室内部通入惰性气体的进气机构5以及将成型室中产生的黑烟排出的排气机构6，其中，所述排气机构6和所述进气机构5设置在所述成型室内部，且安装在成型室底板7上。

参见图1-图8，所述透镜保护机构1包括设置在成型室顶板4上的透镜固定座、设置在透镜固定座上的透镜8以及促使3d打印时产生的黑烟远离透镜8的分离机构，其中，所述分离机构包括设置在所述成型室顶板4上的顶部进气口、设置在所述透镜8下方的导向筒1-4以及用于连通顶部进气口与所述导向筒1-4的气体输送通道1-6，其中，所述顶部进气口与外部的顶部进气管3的连接头连接，用于将所述顶部进气管3中的惰性气体通入到气体输送通道1-6中；所述导向筒1-4安装在所述成型室顶板4上，且该导向筒1-4与所述透镜8同轴心；所述透镜8位于所述导向筒1-4内。

参见图1-图8，所述进气机构5包括设置在成型室内部的进气罩5-1以及设置在进气罩5-1下端的进气导管5-6，其中，所述进气罩5-1中靠近排气机构6的端面上设置有多个吹气孔5-4，所述多个吹气孔5-4沿着所述进气罩5-1的长度方向均匀排列；每个吹气孔5-4均与进气导管5-6连通；所述成型室底板7在与所述进气导管5-6接触的位置设置有安装孔，所述安装孔的内壁与所述进气导管5-6之间设置有橡胶套5-7；所述橡胶套5-7安装在所述安装孔的上端；所述安装孔的下端与底部进气管5-8连通，所述成型室底板7在与所述底部进气管5-8接触的位置处设置有用于固定该底部进气管5-8的固定孔，所述固定孔与所述安装孔连通且同轴心，所述橡胶套5-7的下端在与所述底部进气管5-8接触的位置处设置有密封部5-71，所述密封部5-71的外径与所述固定孔的内径相等，所述固定孔的直径大于所述安装孔的直径。工作时，外界的进气装置将惰性气体(例如氩气)通过底部进气管5-8送入到进气罩5-1内，并通过吹气孔5-4吹出。在此过程中，由于进气导管5-6与所述安装孔之间设置有橡胶套5-7，这样可以防止惰性气体泄漏，且由于该橡胶套5-7的底部设置有密封部5-71，所述密封部5-71的外径与所述固定孔的内径相等，所述固定孔的直径大于所述安装孔的直径，因此，在安装橡胶套5-7时，可以将该橡胶套5-7从固定孔插入，所述橡胶套5-7下端的密封部5-71不仅可以起到对底部进气管5-8进行限位和密封的作用，而且在所述进气机构5做竖向运动的过程中，所述橡胶套5-7不会因为摩擦力而发生竖向移动。此外，所述进气导管5-6与进气罩5-1之间可以通过焊接的方式连接在一起。

参见图1-图8，所述进气罩5-1的两端设置有用于调节该进气罩5-1的高度的高度调节机构，所述高度调节机构包括设置在所述进气罩5-1左右两侧的滑动座5-3以及螺栓5-2，其中，所述滑动座5-3上设置有导向孔，所述螺栓5-2竖直向下穿过导向孔后固定在所述成型室底板7上，该螺栓5-2上还设置有螺母5-5，所述螺母5-5设置在所述滑动座5-3的上下两端。这样，通过拧动位于滑动座5-3上下两侧的螺母5-5，即可调节进气罩5-1的高度，从而将在进气罩5-1调节到最佳位置。

参见图1-图8，所述排气机构6包括排气罩6-1以及设置在所述排气罩6-1下端的排气导管11，其中，所述排气罩6-1设置在所述成型室底板7上，且该排气罩6-1的吸气口6-2面向所述进气罩5-1的吹气孔5-4；所述排气罩6-1的底部设置有排气口，所述排气口与所述排气导管11连接，所述成型室底板7在与所述排气导管11接触的位置处设置有避让口；所述排气导管11安装在所述避让口中。这样，通过外部的排气装置(例如负压装置)将成型室内部生产的黑烟通过排气导管11排出到成型室外，这样就可以避免成型室中产生的黑烟粘附到透镜8以及其他驱动机构的零件上，从而延长本发明的slm型金属3d打印机的使用寿命。

参见图1-图8，所述排气罩6-1和进气罩5-1位于所述成型室的成型缸的两侧。这样，在slm型金属3d打印机工作时，成型缸10中的金属粉末中的杂质在激光的照射下燃烧产生的黑烟直接由进气罩5-1的进气口5-4吹出的惰性气体带动排气罩6-1的吸气口6-2内，并通过排气导管11排出到成型室外，这样可以大大减少成型室内的黑烟的含量，从而进一步减少黑烟粘附在透镜8的几率。

参见图1-图8，所述排气罩6-1的进气口6-2的四周设置有导向板6-3，所述导向板6-3朝该进气罩5-1的内部倾斜，这便于将成型室中的惰性气体被吸入到排气罩6-1中。

参见图1-图8，所述排气罩6-1的排气口在与所述成型室底板7接触的位置设置有密封圈9，这样可以防止应该要排出到成型室外的气体或黑烟通过排气罩6-1的排气口与成型室底板7之间的空隙泄漏回成型室内部。

参见图1-图8，所述透镜保护机构1还包括设置在所述透镜8下方的透镜保护罩1-5，所述透镜保护罩1-5安装在所述成型室顶板4上，且位于所述成型室内部；所述透镜8位于所述透镜保护罩1-5内部，该透镜保护罩1-5在与所述顶部进气口接触的位置处设置有进气接口；所述透镜保护罩1-5在与所述透镜8的对应位置处设置有开口；所述导向筒1-4通过螺纹连接的方式安装在所述透镜保护罩1-5上；所述透镜保护罩1-5内设置有连通所述顶部进气口和所述导向筒1-4的内腔，所述内腔构成所述气体输送通道1-6。

参见图1-图8，所述透镜保护罩1-5的进气接口在与所述顶部进气口之间、所述透镜保护罩1-5的开口与所述成型室顶板4之间均设置有密封圈9。

参见图1-图8，所述透镜固定座包括透镜座1-1以及用于将透镜8固定在所述透镜座1-1上的压紧组件，所述透镜座1-1安装在所述成型室顶板4上，该透镜座1-1上设置有用于安装所述透镜8的安装槽；所述压紧组件包括透镜压板1-2以及压紧螺钉1-3，其中，所述压紧螺钉1-3将所述透镜压板1-2安装在所述透镜座1-1上，所述透镜8通过所述透镜压板1-2固定在所述安装槽内。

参见图1-图8，所述透镜8在与所述透镜压板1-2和所述透镜座1-1接触的位置处均设置有密封圈9。

参见图1-图8，所述排气机构6和进气机构5的动力机构为鼓风机，所述鼓风机的进气口与所述排气导管11连通，出气口与所述顶部进气管3和所述底部进气管5-8连通，该鼓风机与所述排气导管11之间设置有过滤器，用来吸收掉被气流带出的黑烟，从而净化气体。这样，所述鼓风机将成型室内的惰性气体和黑烟通过排气导管11吸出，并通过设置在鼓风机内的过滤器对该惰性气体和黑烟进行过滤，然后将过滤后的惰性气体在通过顶部进气管3和底部进气管5-8送回到成型室内，这样就使得成型室内的惰性气体可以被循环利用，从而节省成本。

参见图1-图8，本发明的透镜保护装置还包括控制装置，所述控制装置包括两个电磁阀2，其中一个电磁阀2用于控制控制鼓风机的吸气量以此来控制排气机构6的排气量，另一个电磁阀2用于控制鼓风机的出气量以此来控制进气机构5和顶部进气管3的进气量。

参见图1-图8，本发明的slm型金属3d打印机的透镜保护装置的工作原理是

工作前，先通过进气机构5向成型室内部通入惰性气体，并通过排气机构6将成型室中的空气排出，使得整个金属3d打印加工在一个无氧的环境中进行。

工作时，激光扫描金属粉末，导致金属粉末中含有的碳元素、低熔点合金元素以及杂质元素燃烧、气化并生成黑烟，产生的黑烟会漂浮在成型室内部，这时，由于进气机构5不停向成型室内部通入惰性气体，而排气机构6则不停地将成型室内部的惰性气体排出，使得成型室中的绝大部分黑烟可以随着惰性气体被排气机构6排到成型室外，但是仍然有一小部分黑烟会向上漂浮到透镜8处，这时，通过向成型室顶板4上的顶部进气口通入惰性气体，该惰性气体通过气体输送通道1-6进入到导向筒1-4内，由于所述导向筒1-4位于透镜8的下端，且与透镜8相连，因此进入到导向筒1-4内部的惰性气体只能沿着导向筒1-4的内腔向下运动，从而将进入到导向筒1-4中的黑烟向下吹出导向筒1-4外，进而避免该黑烟粘附在透镜8上。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。