用于3D打印设备的防爆净化柜的制作方法

本发明涉及一种3D打印设备配件，属3D打印领域，更具体的说是涉及一种用于3D打印设备的防爆净化柜。

背景技术：

选择性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是金属件直接成型的一种3D打印技术，是快速成型技术的最新发展成果。该技术基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成形具有特定几何形状的零件，成形过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合，该技术特别适用于传统机加工手段无法制造的复杂形状/结构的属零件。SLM技术具有以下优点：

1)能直接制造终端金属零件产品；

2)能得到具有非平衡态过饱和固溶体及均匀细小金相组织的实体，致密度几乎能达到100％，零件机械性能与锻造工艺所得相当；

3)使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束加工金属，使得加工出来的金属零件具有很高的尺寸精度(达0.1mm)以及好的表面粗糙度(Ra20～40μm)；

4)由于激光光斑直径很小，因此金属熔池的激光能量密度很高，使得用单一成分的金属粉末来制造零件成为可能，而且可供选用的金属粉末种类也大大拓展；

5)适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部具有复杂异型结构(如空腔、三维网格)、用传统方法无法制造的复杂工件；

应用SLM技术的3D打印设备在零件打印过程中，激光照射金属粉末层，生成金属熔池这一过程需要在低氧含量气氛环境中进行，故需要源源地向金属熔化界面输送惰性保护气体(氮气、氩气)，惰性气体经过金属熔池后，会带走金属熔化、凝固过程中生成的氧化物颗粒与部分金属颗粒，进入净化柜。在净化柜内，这些惰性气体中的杂质(氧化物颗粒与金属颗粒)需要被过滤掉并收集起来。由于某些金属元素如钛合金、镁铝合金等的化学性质十分活泼，在氧含量与温度满足一定条件的情况下，内部吸附了大量金属元素的滤芯可能就会发生燃烧，甚至爆炸，给3D打印带来了安全隐患。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种用于3D打印设备的防爆净化柜，解决了以往净化柜内环境影响下易造成滤芯燃烧或者爆炸的技术难题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

用于3D打印设备的防爆净化柜，包括柜体和防爆监控系统，所述柜体内设置有循环气体管道，循环气体管道上按照气体流动方向依次连通有滤芯组和循环风机，所述柜体内部还设置有氧含量传感器、压力传感器及温度传感器，氧含量传感器、压力传感器及温度传感器均连接防爆监控系统，所述温度传感器设置在滤芯组外侧。

进一步的，所述滤芯组包括按照气体流动方向依次连通的粗滤滤芯和精滤滤芯，所述温度传感器包括分别设置在粗滤滤芯和精滤滤芯外侧的第一温度传感器和第二温度传感器。

进一步的，所述柜体侧壁还设置有用于柜体内部换气的充气阀和排气阀。

进一步的，所述防爆监控系统包括DSP芯片，DSP芯片通过数模信号转换电路和信号放大电路连接所述氧含量传感器、压力传感器及温度传感器，所述DSP芯片还连接有3D打印设备的3D打印过程控制系统。

与现有技术相比，本防爆净化柜的有益效果是：本发明结构简单，能够对柜体内的氧含量和压力进行检测和控制，从而调节柜内空气成分，破坏燃烧或爆炸的外部环境，而滤芯则通过温度传感器检测控制其内温度，使其低于燃烧和爆炸的点，保证滤芯安全工作，从而整体上起到防爆防燃的技术效果，提高了净化柜的安全系数，减少了安全事故的发生。

同时，本发明还公开了该防爆净化柜的防爆控制方法，包括以下步骤：

氧含量传感器、压力传感器及温度传感器预先设置设定值，3D打印过程控制系统控制3D打印设备工作，在3D打印设备工作的同时，氧含量传感器、压力传感器及温度传感器对防爆净化柜内的氧含量、压力及温度进行检测，并将检测信号传输给防爆监控系统，防爆监控系统对检测信号进行判断，并根据判断结果执行以下步骤：

A.若氧含量信号值高于氧含量传感器(8)设定值，则判定为危险状态，此时向防爆净化柜内注入惰性气体，并自动打开排气阀进行气体置换。当氧含量信号等于或低于氧含量传感器设定值时，停止注入惰性气体，关闭排气阀。

B.若温度信号高于温度传感器设定值，则判定为危险状态，此时3D打印过程控制系统控制3D打印设备关闭，当温度信号等于或低于温度传感器设定值后，打开3D打印设备工作。

C.若压力信号均高于压力传感器(9)设定值，则判定为危险状态，此时自动打开排气阀进行安全泄压，当压力信号等于或低于压力传感器设定值时，关闭排气阀。

D.若氧含量信号、压力信号及温度信号均高于设定值，则同时执行步骤A和步骤B、步骤C。

E.若氧含量信号、压力信号及温度信号均等于或低于设定值，则判定为安全状态，防爆监控系统不进行操作，3D打印过程控制系统控制3D打印设备进行标准层加工。

作为上述方法的进一步完善，3D打印设备进行标准层加工时，3D打印过程控制系统检测零件标准层加工完成情况，并根据零件完成情况执行以下步骤：

a.若零件完成了最后一层打印，则直接结束打印，3D打印过程控制系统控制3D打印设备关闭。

b.若零件未完成最后一层打印，则3D打印过程控制系统控制3D打印设备继续打印，并同时执行步骤A-步骤E，直到打印结束。

本发明的防爆控制方法能够及时、准确的检测柜体内氧含量、压力及温度情况，并快速做出应对，降低柜体内的氧含量、压力及温度，使得滤芯处于安全的环境工作，从根本上解决了滤芯易燃烧爆炸的安全问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的结构示意图；图中箭头方向表示气体流动方向；

图2是本发明防爆控制方法的控制原理图；

图3是防爆控制方法的电气原理图；

图中的标号分别表示为：1、柜体；2、粗滤滤芯；3、第一温度传感器；4、第二温度传感器；5、精滤滤芯；6、传感器线缆；7、防爆监控系统；8、氧含量传感器；9、压力传感器；10、循环风机；11、循环气体管道；12、充气阀；13、排气阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1、图2所示，用于3D打印设备的防爆净化柜，包括柜体1和防爆监控系统7，所述柜体1内设置有循环气体管道11，循环气体管道11上按照气体流动方向依次连通有滤芯组和循环风机10，所述柜体1内部还设置有氧含量传感器8、压力传感器9及温度传感器，氧含量传感器8、压力传感器9及温度传感器均连接防爆监控系统7，所述温度传感器设置在滤芯组外侧。

所述滤芯组包括按照气体流动方向依次连通的粗滤滤芯2和精滤滤芯5，所述温度传感器包括分别设置在粗滤滤芯2和精滤滤芯5外侧的第一温度传感器3和第二温度传感器4。

所述柜体1侧壁还设置有用于柜体1内部换气的充气阀12和排气阀13。

所述防爆监控系统7包括DSP芯片，DSP芯片通过数模信号转换电路和信号放大电路连接所述氧含量传感器、压力传感器及温度传感器，所述DSP芯片还连接有3D打印设备的3D打印过程控制系统。

本实施例柜体1的循环气体管道11两端与3D打印设备的成形室连接，用于循环净化成形室内气体，防爆监控系统7为了方便安装和控制，设置在柜体1外部，其通过传感器线缆连接氧含量传感器8、压力传感器9及温度传感器。

本实施例的充气阀12和排气阀13可进行柜体1内部的进气和排气，方便调节内部气体情况，调节温度和氧含量。

本实施例的防爆净化柜通过滤芯组和循环风机10实现气体循环和净化，在净化过程中，氧含量传感器8和压力传感器9分别对柜体1内的氧含量和压力检测，而温度传感器则检测滤芯组表面温度，从而了解柜体1内气体环境情况和滤芯温度情况，并且通过向柜体1内冲入惰性气体和停止3D打印设备来调节氧含量、压力和温度，降低气体的可燃性，保证滤芯低于燃点，从而从根本上解决了滤芯易燃易爆的技术问题，提高了净化柜整体的安全系数，降低了安全隐患。

为了更好的起到净化效果和温度控制效果，本实施例将滤芯组设置成按照气体流动方向依次连通的粗滤滤芯2和精滤滤芯5，并且温度传感器对应粗滤滤芯2和精滤滤芯5分别设置第一温度传感器3和第二温度传感器4，从而分层次的对成形室内气体进行净化和温度检测，提高净化效果和温度检测效果。

本实施例为了提高防爆检测效果，优化了防爆监控系统7，防爆监控系统7包括单片机，单片机通过数模信号转换电路和信号放大电路连接氧含量传感器、压力传感器及温度传感器，单片机还连接有3D打印设备的3D打印过程控制系统。从而通过单片机对氧含量、压力和温度进行检测分析，并通过注入惰性气体进入柜体1和控制3D打印过程控制系统进行打印设备控制，完成整个防爆监控，准确及时的进行防爆控制。

本实施例的DSP芯片可采用AT89C51型单片机，具有多信号端口，可外接报警器、显示器等设备，起到远程监控和报警的功能。

本实施例的3D打印过程控制系统为3D打印设备的自带系统，为现有技术，本实施例不再累述。

同时，为了更好的实现防爆净化柜的防爆净化效果，本实施例还公开了该防爆净化柜的防爆控制方法，该防爆控制方法包括以下内容：

氧含量传感器(8)、压力传感器(9)及温度传感器预先设置设定值，3D打印过程控制系统控制3D打印设备工作，在3D打印设备工作的同时，氧含量传感器(8)、压力传感器(9)及温度传感器对防爆净化柜内的氧含量、压力及温度进行检测，并将检测信号传输给防爆监控系统(7)，防爆监控系统(7)对检测信号进行判断，并根据判断结果执行以下步骤：

A.若氧含量信号值高于氧含量传感器(8)设定值，则判定为危险状态，此时向防爆净化柜内注入惰性气体，并自动打开排气阀进行气体置换。当氧含量信号等于或低于氧含量传感器设定值时，停止注入惰性气体，关闭排气阀。

B.若温度信号高于温度传感器设定值，则判定为危险状态，此时3D打印过程控制系统控制3D打印设备关闭，当温度信号等于或低于温度传感器设定值后，打开3D打印设备工作。

C.若压力信号均高于压力传感器(9)设定值，则判定为危险状态，此时自动打开排气阀进行安全泄压，当压力信号等于或低于压力传感器设定值时，关闭排气阀。

D.若氧含量信号、压力信号及温度信号均高于设定值，则同时执行步骤A和步骤B、步骤C。

E.若氧含量信号、压力信号及温度信号均等于或低于设定值，则判定为安全状态，防爆监控系统(7)不进行操作，3D打印过程控制系统控制3D打印设备进行标准层加工(包括铺粉和SLM烧结)。

在该方法中，3D打印设备进行标准层加工时，3D打印过程控制系统检测零件标准层加工完成情况，并根据零件完成情况执行以下步骤：

a.若零件完成了最后一层打印，则直接结束打印，3D打印过程控制系统控制3D打印设备关闭。

b.若零件未完成最后一层打印，则3D打印过程控制系统控制3D打印设备继续打印，并同时执行步骤A-步骤E，直到打印结束。

通过以上方法，能够及时、准确的检测柜体内氧含量、压力及温度情况，并快速做出应对，降低柜体内的氧含量、压力及温度，使得滤芯处于安全的环境工作，从根本上解决了滤芯易燃烧爆炸的安全问题，保证3D打印正常进行。

如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。