选择性激光熔化系统、气体循环装置和打印方法与流程

本发明实施例属于增材制造设备技术领域，尤其涉及一种选择性激光熔化系统，以及应用于该选择性激光熔化系统的气体循环装置和打印方法。

背景技术：

现有的增材制造设备广泛采用选择性激光熔化技术(selectivelasermelting，slm)，slm是金属件直接成形的一种增材制造技术，该技术是根据cad模型，利用激光聚焦对成形材料逐层熔覆堆积的增量制造方式，其中成形腔中的温度、氧气浓度、保护性气体流经成形材料(特别是金属粉末和塑料粉末)表面的速度都会对打印成品的质量产生影响，比如，在无保护性气体保护下进行打印作业时，成形材料中含有的fe、c、si、mn、ti、ca等元素通常容易与空气中的氧气、氮气发生化学反应，会在打印区域的液态金属表面形成一层氧化物，降低液态金属的润湿性，造成打印成品球化、开裂、夹渣等问题，有时甚至会燃烧及爆炸，因此需要在成形腔中注入保护性气体，使成形腔中氧含量低于一定的值；另外，在保护性气体保护性进行打印作业时，由于成形材料因高温溶化产生飞溅，使得成形腔积累大量的烟雾和飞溅颗粒，这些杂质与成形材料混合并被激光熔接到成品中导致打印成品存在缺陷，且烟尘沉积到激光透射玻璃上，导致激光能量输入衰减，同时成形区上部烟雾和飞溅颗粒会吸收和反射部分激光的能量，导致激光在聚焦面的能量被大大地削弱，使得成形材料吸收不到足够的能量熔化不充分，因此还需在加工过程中对成形腔内的气体进行净化处理。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术存在如下问题：

1、设备中氧气去除不充分，比如选择性激光熔化设备添加成形材料时，因材料可能与空气接触，高纯度保护性气体难以进入加工材料内部，导致进行打印作业的过程中氧气浓度发生变化，如果加工材料内部氧气含量过高，将产生氧气排除不充分的问题，影响打印效果；

2、氧气去除时间过久，现有方案在加工前利用常压对流方式置换设备及循环气路的气体，需要消耗较长的时间才能使成形腔的氧气浓度达到加工要求，工作效率低。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种选择性激光熔化系统，以解决现有技术中选择性激光熔化系统中氧气排除不充分或者氧气排除时间过长的问题。

一方面，本发明实施例提供一种选择性激光熔化系统，所述系统包括选择性激光熔化设备、保护性气体输出装置和气体循环装置，其中，所述选择性激光熔化设备包括成形腔、设置在成形腔的腔壁上的压力计和氧变送器；所述气体循环装置包括壳体和设置于所述壳体的内腔的抽真空组件和气体循环过滤组件；

所述成形腔、气体循环过滤组件形成第一气路，所述保护性气体输出装置、成形腔、抽真空组件形成第二气路，所述保护性气体输出装置、所述气体循环过滤组件形成第三气路，每条气路包括若干连接件，所述第一气路、第二气路和第三气路通过部分共用所述连接件互联，所述连接件包括连接管和气路开关。

进一步地所述第一气路上的气路开关包括第一真空挡板阀和第二真空挡板阀，所述第二气路上的气路开关包括第一电磁阀和第三真空挡板阀，所述第三气路上的气路开关包括第二电磁阀和第三电磁阀；

与所述保护性气体输出装置连接的连接管包括第一输气管和第二输气管，与所述成形腔连通的连接管包括抽真空出气管、循环出气管和循环进气管，与所述抽真空组件连接的连接管包括抽真空进气管，与所述气体循环过滤组件连接的连接管包括过滤进气管、过滤出气管；

其中，所述循环出气管通过第一真空挡板阀与所述过滤进气管连接，所述过滤出气管通过第二真空挡板阀与所述循环进气管连接；

所述第一输气管通过第一电磁阀与所述循环进气管连接，所述抽真空出气管通过第三真空挡板阀与所述抽真空进气管连接；

所述第二输气管通过第二电磁阀与所述过滤进气管连接；

且所述过滤出气管还通过第三电磁阀连接一过滤出气支管。

进一步地，所述气体循环过滤组件包括第一过滤器、第四真空挡板阀、第五真空挡板阀、气体循环动力装置和第四电磁阀；

所述第四真空挡板阀、第一过滤器、第五真空挡板阀和气体循环动力装置依次通过连接管连接，且所述第四真空挡板阀还连接所述过滤进气管，所述气体循环动力装置还连接所述过滤出气管；

所述第四电磁阀一端通过连接管与所述过滤进气管连通，另一端通过连接管与所述第五真空挡板阀和所述气体循环动力装置之间的连接管连通。

进一步地，所述抽真空组件包括第二过滤器、电磁真空带充气阀、真空泵和第三过滤器，所述第二过滤器、电磁真空带充气阀、真空泵和第三过滤器依次通过连接管连接，且所述第二过滤器还连接所述抽真空进气管。

进一步地，所述壳体的内腔还设置有消声器，所述过滤出气支管穿过所述壳体与所述消声器连接。

进一步地，所述过滤出气管上还装设有流量计。

进一步地，所述第一输气管上还装设有气流速度调节阀。

进一步地，所述成形腔的腔壁上还设置有泄压阀。

另一方面，本发明实施例提供一种气体循环装置，应用于选择性激光熔化系统，所述气体循环装置包括壳体和设置于所述壳体内腔的抽真空组件和气体循环过滤组件，所述抽真空组件连接抽真空进气管，所述气体循环过滤组件连接过滤进气管和过滤出气管，其中：

所述气体循环过滤组件包括第一过滤器、第四真空挡板阀、第五真空挡板阀、气体循环动力装置和第四电磁阀；

所述第四真空挡板阀、第一过滤器、第五真空挡板阀和气体循环动力装置依次通过连接管连接，且所述第四真空挡板阀还连接所述过滤进气管，所述气体循环动力装置还连接所述过滤出气管；

所述第四电磁阀一端通过连接管与所述过滤进气管连通，另一端通过连接管与所述第五真空挡板阀和所述气体循环动力装置之间的连接管连通。

进一步地，所述抽真空组件包括第二过滤器、电磁真空带充气阀、真空泵和第三过滤器，所述第二过滤器、电磁真空带充气阀、真空泵和第三过滤器依次通过连接管连接，且所述第二过滤器还连接所述抽真空进气管。

进一步地，所述气体循环动力装置为旋涡风机。

另一方面，本发明实施例还提供一种打印方法，应用于上述的选择性激光熔化系统，包括：

关闭所述第一气路中的气路开关、所述第二气路中所述保护性气体输出装置与所述成形腔之间的气路开关，开启所述第二气路中所述抽真空组件与所述成形腔之间的气路开关、所述第三气路中的气路开关；

启动所述保护性气体输出装置，对所述第三气路进行除氧操作，同时启动所述抽真空组件对所述成形腔进行抽真空作业；

当所述压力计检测所述成形腔内的气压达到预设气压范围时，关闭所述第二气路中所述抽真空组件与所述成形腔之间的气路开关、所述第三气路中的气路开关；

停止所述抽真空组件运转，开启所述第二气路中所述保护性气体输出装置与所述成形腔之间的气路开关，向所述成形腔内注入保护性气体；

当所述压力计检测所述成形腔内的气压达到常压时，关闭所述第二气路中所述保护性气体输出装置、以及所述保护性气体输出装置与所述成形腔之间的气路开关；

当氧变送器检测到所述成形腔内的氧含量未达到预设范围时，重复前面步骤，直到所述成形腔内的氧含量达到预设范围为止；

开启所述第一气路中的气路开关，启动所述气体循环过滤组件和所述选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业。

进一步地，所述方法包括：

在进行打印作业时，若所述第一气路上的流量计检测到所述第一气路的气流量低于预设阈值时，停止所述气体循环过滤组件和所述选择性激光熔化设备运转，关闭所述第一气路中的气路开关；

更换所述气体循环过滤组件中的过滤器和过滤器两端的真空挡板阀；

更换完成后，对所述第三气路中的管道和所述气体循环过滤组件进行除氧操作，除氧完成后，重新启动所述气体循环过滤组件和所述选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业。

进一步地，所述对所述第三气路中的管道和所述气体循环过滤组件进行除氧操作，除氧完成后，重新启动所述气体循环过滤组件和所述选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业包括：

若置换后气体循环过滤组件中的过滤器内部是保护性气体时，开启所述第三气路中的气路开关、与所述过滤器和所述过滤器两端的真空挡板阀整体并联的管道上的气路开关，进行除氧操作；除氧完成后，关闭所述第三气路中的气路开关、与所述过滤器和所述过滤器两端的真空挡板阀整体并联的管道上的气路开关，然后开启所述第一气路中的气路开关和过滤器两端的真空挡板阀，重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业；

若置换后气体循环过滤组件中的过滤器内部是空气时，开启所述第三气路中的气路开关、与所述过滤器和所述过滤器两端的真空挡板阀整体并联的管道上的气路开关，并开启所述过滤器两端的真空挡板阀，进行除氧操作；除氧完成后，关闭所述第三气路中的气路开关、与所述过滤器和所述过滤器两端的真空挡板阀整体并联的管道上的气路开关，然后开启第一气路中的气路开关，重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业。

根据本发明实施例提供的方案，通过抽真空组件对选择性激光熔化系统中的成形腔进行抽真空后再注入保护性气体的方式实现成形腔的除氧，可提高成形腔内的成形材料内部的除氧效率，同时利用常压对流方式排除第三气路中的管道及气体循环过滤组件内部的氧气，且与成形腔中的除氧在时间上同步，可进一步减少除氧的时间，加快整体除氧速度，进而可提高打印效率；此外，通过设置氧变送器可实时监控成形腔内的氧气浓度，可实现循环气路中的氧气浓度的自动调整；同时利用循环保护性气体的方式带走成形腔中的烟尘，并用气体循环过滤组件过滤这些烟尘，将过滤后的气体重新充入成形腔，由此可实现保护性气体的重复使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的选择性激光熔化系统的一种结构框图；

图2为本发明实施例一提供的选择性激光熔化系统的另一种结构框图；

图3为本发明实施例二提供的气体循环装置的一种结构框图；

图4为本发明实施例二提供的气体循环装置的另一种结构框图；

图5为本发明实施例三提供的打印方法的流程图；

图6为本发明实施例三提供的打印方法的另一流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例一

参阅图1，图示本发明实施例提供的选择性激光熔化系统的一种可选方案的结构框图，系统包括选择性激光熔化设备10、保护性气体输出装置20和气体循环装置30，其中，选择性激光熔化设备10包括成形腔11、设置在成形腔11的腔壁上的压力计12和氧变送器13；气体循环装置30包括壳体31和设置于壳体31的内腔的抽真空组件32和气体循环过滤组件33，保护性气体输出装置20用于向选择性激光熔化设备10和气体循环装置30输送保护性气体，其中保护性气体为氦气或者惰性气体，比如氩气；

成形腔11、气体循环过滤组件33形成第一气路，保护性气体输出装置20、成形腔11、抽真空组件32形成第二气路，保护性气体输出装置20、气体循环过滤组件33形成第三气路，每条气路包括若干连接件，第一气路、第二气路和第三气路通过部分共用连接件互联，连接件包括连接管和气路开关。

在本实施例中，第一气路为气体循环过滤的气路，在进行打印作业时，气体在第一气路中循环流动，通过气体循环过滤组件33可对成形腔11中产生的废气烟雾或者粉尘废渣进行过滤，避免因废气烟雾或者粉尘废渣被激光熔接到打印成品中导致打印成品缺陷的情况发生，同时避免因废气烟雾或者粉尘废渣沉积至激光的投射玻璃上引起激光在加工面的能量衰减的情况发生；

第二气路为抽真空气路，在对选择性激光熔化系统进行除氧的过程中使得抽真空组件32能够抽离成形腔11中的空气，使成形腔11形成真空环境，在抽真空组件32进行抽真空作业时，成型材料中的颗粒间隙间的空气也被快速抽离，在成型材料的颗粒间隙间也形成低真空的环境，为在向成形腔11中注入保护性气体时保护性气体能够快速渗入成型材料的颗粒间隙中提供有利的前提条件；

第三气路用于在进行气体循环过滤前对第一气路中除成形腔11之外的其他部件的管道进行氧气排除，具体通过将保护性气体输出装置20中的保护性气体注入第三气路，以常压对流方式排除第三气路中的管道及气体循环过滤组件33内部的氧气，避免这些管道和气体循环过滤组件33内部中的氧气在打印作业过程中进行气体循环过滤时进入成形腔11而导致成形腔11内的氧气浓度增加，有利于提高打印成品的质量。

作为本发明实施例的可选方案，第一气路上的气路开关包括第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42，第二气路上的气路开关包括第一电磁阀51和第三真空挡板阀43，第三气路上的气路开关包括第二电磁阀52和第三电磁阀53；

进一步地，在本实施例中，与保护性气体输出装置20连接的连接管包括第一输气管61和第二输气管62，与成形腔11连通的连接管包括抽真空出气管63、循环出气管64和循环进气管65，与抽真空组件32连接的连接管包括抽真空进气管66，与气体循环过滤组件33连接的连接管包括过滤进气管67、过滤出气管68；

具体的，循环出气管64通过第一真空挡板阀41与过滤进气管67连接，过滤出气管68通过第二真空挡板阀42与循环进气管65连接；循环出气管64和循环进气管65分别与成形腔11连通，过滤进气管67和过滤出气管68分别连接气体循环过滤组件33的两端，从而形成第一气路；

第一输气管61通过第一电磁阀51与循环进气管65连接，抽真空出气管63通过第三真空挡板阀43与抽真空进气管66连接，抽真空进气管66连接抽真空组件32，循环进气管65和抽真空出气管63分别与成形腔11连通，由此形成第二气路；

第二输气管62通过第二电磁阀52与过滤进气管67连接，第二电磁阀52靠近第一真空挡板阀41，且过滤出气管68还连接一过滤出气支管69，由此形成第三气路，其中，过滤出气支管69上设置第三电磁阀53，过滤出气支管69的入口与第三电磁阀53临近第二真空挡板阀42设置；

作为本发明实施例的可选方案，气体循环过滤组件33用于对第一气路中的空气进行净化处理，其包括第一过滤器331、第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333、气体循环动力装置334和第四电磁阀335；第四真空挡板阀332、第一过滤器331、第五真空挡板阀333和气体循环动力装置334依次通过连接管连接，且第四真空挡板阀332还连接过滤进气管67，气体循环动力装置334还连接过滤出气管68；第四电磁阀335一端通过连接管与过滤进气管67连通，另一端通过连接管与第五真空挡板阀333和气体循环动力装置334之间的连接管连通，即由第四真空挡板阀332、第一过滤器331、第五真空挡板阀333所组成的结构与第四电磁阀335并联。

其中，气体循环动力装置334用于为第一气路中的气体循环提供动力来源，在本实施例中，气体循环动力装置334为旋涡风机；

第一过滤器331用于过滤第一气路中循环气体中的烟尘，为成形腔11保持清洁的打印作业环境。

在本实施例中，第四电磁阀335及其两端的连接管用于在置换第一过滤器331后作为辅助对第三气路的除氧操作，其中置换第一过滤器331时，第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333随着第一过滤器331一同被置换，相应的，在本实施例中第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333为手动式的真空挡板阀，以便安装和拆卸；在本实施例后续内容将详细说明置换第一过滤器331的过程以及置换后的管道除氧操作。

进一步地，在本实施例中，抽真空组件32用于在对选择性激光熔化系统进行除氧的过程中对成形腔11进行抽真空处理，其包括第二过滤器321、电磁真空带充气阀322、真空泵323和第三过滤器324，第二过滤器321、电磁真空带充气阀322、真空泵323和第三过滤器324依次通过连接管连接，且第二过滤器321还连接抽真空进气管66。

其中，第二过滤器321作为真空泵323的前置过滤器，用于在气体进入真空泵323之前对气体中的烟尘及颗粒物进行过滤，以降低真空泵323内的部件的磨损；

电磁真空带充气阀322用于防止真空泵323断电后由于管路负压导致真空泵323内的液体物质倒吸流入抽真空进气管66和成形腔11，比如真空泵323为真空油泵时，可防止真空油泵里的油因管路负压流入抽真空进气管66和成形腔11，避免对抽真空进气管66和成形腔11造成污染，以确保清洁的打印作业环境，在本实施例中，电磁真空带充气阀322为电动式的真空挡板阀，且电磁真空带充气阀322的电源与真空泵323的电源并联；

第三过滤器324作为真空泵323的后置过滤器，用于进一步过滤真空泵323的尾气，在本实施例中，第三过滤器324为油烟过滤器，以过滤真空泵323的尾气中的油烟。

在本实施例中，抽真空组件32具体通过真空泵323对成形腔11进行抽真空处理，最终使得成形腔11内形成真空环境，为成形腔11及成形材料内部除氧提供前提条件，可选的，在本实施例中成形腔11在抽真空处理后其内的气压达到中真空压力，即成形腔11内的气压达到10²pa～10^-1pa。

参阅图2，图示为本发明实施例提供的选择性激光熔化系统的另一结构示意图，在本实施例中，气体循环装置30的内腔还设置有消声器34，过滤出气支管69穿过壳体31与消声器34连接，如此使得在对第三气路进行除氧操作的过程中，可将第三气路中多余的保护性气体注入气体循环装置31，并使其保留在气体循环装置30内腔，由此将降低气体循环装置30内腔的氧气浓度，为抽真空组件32和气体循环过滤组件33中的零件作保护性气氛保护，有利于在较长时间内维持选择性激光熔化系统的各气路中的氧气浓度的稳定。

作为本实施例的可选方案，第一输气管61上还装设有气流速度调节阀70，用于在排除第三气路中的氧气时，调节第三气路中的气流速度，使第三气路的排氧气过程与成形腔11的抽真空过程在时间节点上同步，在完成成形腔11的抽真空的同时完成第三气路的排氧气操作，减少除氧操作所需的时间，降低整体操作的繁琐程度。

作为本实施例的可选方案，在第一气路的管道上还安装有流量计80，用于在对气体进行循环过滤时实时获取第一气路中的气体流量，当第一气路中的气体流量低于预设阈值时，提示更换气体循环过滤组件33中的第一过滤器331，可选的，在本实施例中，流量计80装设在过滤出气管68上，这样可以更快速地检测到第一气路中的气体流量的变化，以更及时提示更换第一过滤器331。

作为本实施例的可选方案，成形腔11的腔壁上还设置有泄压阀14，以预防因选择性激光熔化系统中的工控机或各管道上的阀门失效引起成形腔11内压力过大的问题，在本实施例中，泄压阀14包括过压泄压阀141和安全泄压阀142。

下面结合图1和图2对本发明实施例提供的选择性激光熔化系统的工作过程进行详细说明，在完成选择性激光熔化系统的安装后，其工作过程包括除氧步骤和循环过滤步骤。

在执行除氧步骤前，假定选择性激光熔化系统中所有的气路开关均处于关闭状态，气路开关包括第一气路中的第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42，第二气路上的第一电磁阀51和第三真空挡板阀43，第三气路上的第二电磁阀52和第三电磁阀53，气体循环过滤组件33中的第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333和第四电磁阀335，以及抽真空组件32中的电磁真空带充气阀322。

其中，除氧步骤包括：

在关闭成形腔11的腔门后，开启第二气路中的第三真空挡板阀43，以及开启第三气路中的第二电磁阀52和第三电磁阀53，其他气路开关维持关闭状态；

启动保护性气体输出装置20，使得保护性气体输出装置20通过第二输气管62向第三气路中注入保护性气体，利用常压对流方式对第三气路中的管道和气体循环过滤组件33的内部进行除氧操作；同时开启抽真空组件32中的电磁真空带充气阀322，并启动真空泵323，对成形腔11进行抽真空作业，压力计12实时检测成形腔11内的气压，当压力计12检测到成形腔11内的气压达到预设气压范围时，关闭第二气路中的第三真空挡板阀43和第三气路中的第二电磁阀52和第三电磁阀53；

然后停止抽真空组件32中的真空泵323的运转，并关闭电磁真空带充气阀322，开启第二气路中的第一电磁阀51，使得保护性气体输出装置20通过第一输气管61向成形腔11中注入保护性气体，当压力计12检测到成形腔11内的气压达到常压时，关闭第二气路中的第一电磁阀51，并关闭保护性气体输出装置20，此时若氧变送器13检测到成形腔11内的氧含量未达到预设范围，则重复前面成形腔11的抽真空和注入保护性气体的过程，直到成形腔11内的氧含量达到预设范围为止。

通过这种方式可快速去除成形腔11中的氧气，同时可将成形材料内部的氧气抽离出来，且保护性气体也会渗透进成形材料内部，从而有效降低成形材料内部氧气含量。

在除氧步骤中，预设气压范围在本实施例中为10²pa～10^-1pa，具体可根据实际情况调整。

在除氧步骤中，还可通过气流速度调节阀70调节第三气路中的气流速度，使第三气路的排氧气过程与成形腔11的抽真空过程在时间节点上同步。

在除氧步骤中，当对成形腔11进行一次抽真空和注入保护性气体操作后，氧变送器13检测到成形腔11内的氧含量未达到预设范围时，还可以进一步调整对成形腔11进行抽真空操作所要达到的预设气压范围，以便在后续在成形腔11中补充成形材料以继续进行打印作业或者取出打印成品后进行新的打印作业时，进行除氧操作的过程只需对成形腔11进行一次抽真空和注入保护性气体操作就能使成形腔11中的氧含量达到预设范围。

在除氧步骤中，如图2所示，如果过滤出气支管69穿过壳体31与内腔的消声器34连接，则完成对选择性激光熔化系统的除氧操作后，抽真空后真空泵323的尾气释放在气体循环装置30的内腔，同时第三气路中多余的保护性气体均保留在气体循环装置30的内腔，可降低气体循环装置30内腔的氧气浓度，为抽真空组件32和气体循环过滤组件33中的零件作保护性气氛保护。

完成对选择性激光熔化系统的除氧步骤后，选择性激光熔化系统中的气路开关均重新处于关闭状态，此时可进行打印作业和气体的循环过滤步骤。

其中，循环过滤步骤包括：

开启第一气路中的第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42，使得成形腔11和气体循环装置33中的气体循环过滤组件33连通，此时开启气体循环过滤组件33中的第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333，并启动气体循环动力装置334，使第一气路中的气体循环流动，并启动选择性激光熔化设备10进行打印作业，打印过程中利用循环保护性气体的方式带走成形腔11内飞溅的烟尘，并通过第一过滤器331进行循环过滤，将过滤后的气体重新充入成形腔11，实现保护性气体的重复使用。

在循环过滤步骤中，打印作业中铺粉操作和激光选择性熔化操作交替进行，在进行铺粉操作时，需降低气体循环动力装置334的功率，使得第一气路中的气流量降到铺粉时要求，铺粉完成后气体循环动力装置334恢复到正常输出功率，比如气体循环动力装置334为旋涡风机时，在铺粉时旋涡风机降低转速使第一气路中的气流量降到铺粉时要求，在完成铺粉后旋涡风机重新提高转速至正常转速，其中可通过第一气路上的流量计80进行气体流量监控。

在循环过滤步骤中，还包括通过压力计12实时监测成形腔11内的气压，若成形腔11内的气压高于常压2kpa～5kpa，则启动泄压阀14，这样可防止气体循环动力装置334的进气口出现负压的情况。

在循环过滤步骤中，在开启第一气路中的第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42，使得成形腔11和气体循环装置33中的气体循环过滤组件33连通，并启动气体循环过滤组件33的气体循环动力装置334使第一气路中的气体循环流动后，还包括通过氧变送器13实时测量成形腔11内氧气浓度来判断成形腔11内保护性气体是否已达到进行打印作业所需的浓度，如果未达到要求，重复前述的除氧步骤直到成形腔11内保护性气体均达到进行打印作业所需的浓度为止。

在选择性激光熔化系统的上述工作过程中，第四电磁阀335始终处于关闭状态。

进一步地，在打印作业过程中，若流量计80检测到第一气路中的气体流量低于预设阈值时，将提示更换第一过滤器331，相应的，在本实施例中选择性激光熔化系统的工作过程还包括在线更换第一过滤器及更换后除氧步骤，具体包括：

当流量计80检测到第一气路的气体流量未达标而且气体循环动力装置334正常运转时，选择性激光熔化系统的工控机将提示更换第一过滤器331，此时将关闭气体循环动力装置334、第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42；然后关闭第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333，将第一过滤器331、第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333整体拆卸，更换新的第一过滤器331、第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333。

更换完成后，若置换后的第一过滤器331内部为保护性气体，则首先打开第三电磁阀53和第四电磁阀335，然后打开第二电磁阀52和保护性气体输出装置20，使得保护性气体输出装置20通过第二输气管62向第三气路中注入保护性气体，利用常压对流方式对第三气路重新进行除氧操作，排除第三气路中管道和气体循环动力装置334内部的氧气，然后关闭第三电磁阀53、第四电磁阀335、第二电磁阀52和保护性气体输出装置20，打开更换后的第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333，这样重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备后，选择性激光熔化系统又可以继续进行打印作业；

若置换后的第一过滤器331内部为空气，则首先打开第三电磁阀53和第四电磁阀335，然后打开第二电磁阀52、置换后的第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333，然后开启保护性气体输出装置20，使得保护性气体输出装置20通过第二输气管62向第三气路中注入保护性气体，利用常压对流方式对第三气路重新进行除氧操作，排除第三气路中管道、气体循环动力装置334和置换后的第一过滤器331内部的氧气，然后关闭第三电磁阀53、第四电磁阀335、第二电磁阀52和保护性气体输出装置20，这样重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备后，选择性激光熔化系统又可以继续进行打印作业。

由于新的第一过滤器331、第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333整体内部处于保护性气体保护状态，因此完成置换后只需将第三气路中其他部分的氧气排除即可，相比于现有技术中在第一过滤器331两端设置蝶形阀、更换第一过滤器331及其相连接的两个蝶形阀的方式，本申请的整体置换方式可以避免因置换过滤器而影响成形腔11中的氧气含量。

本发明实施例提供的选择性激光熔化系统相比于现有技术，至少具有如下有益效果：

1、利用对选择性激光熔化系统中的成形腔11进行抽真空后再注入保护性气体的方式实现成形腔11的除氧，可提高成形腔11内的成形材料内部的除氧效率，相比于对流方式可减少保护性气体的损耗量，同时可加快除氧速度，通过设置氧变送器13可实时监控成形腔11内的氧气浓度，可实现循环气路中的氧气浓度的自动调整；同时利用循环保护性气体的方式带走成形腔11中的烟尘，并用第一过滤器331过滤这些烟尘，将过滤后的气体重新充入成形腔11，实现保护性气体的重复使用。

2、利用常压对流方式排除第三气路中的管道及气体循环过滤组件内部的氧气，且与成形腔11中的除氧在时间上同步，可减少除氧的时间，提高除氧速度。

3、可在线式更换过滤器，在不影响打印加工时成形腔11的氧含量前提下整体更换气体循环装置30内部的第一过滤器331和第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333，解决因单独更换第一过滤器331后部分管道里的空气无法置换而引起循环气路的氧气浓度上升的问题，实现了将选择性激光熔化系统成形腔11的抽真空除氧与可在线式更换过滤器功能集合一体。

4、可将多余的保护性气体充入气体循环装置30，对气体循环装置30内部的各组件作保护性气氛保护。

实施例二

本发明实施例提供一种气体循环装置，应用于实施例一的选择性激光熔化系统，参阅图3，图示本发明实施例提供的气体循环装置的一种结构示意图，气体循环装置包括壳体31和设置于壳体31内腔的抽真空组件32和气体循环过滤组件33，抽真空组件32连接抽真空进气管66，气体循环过滤组件33连接过滤进气管67和过滤出气管68，其中：

气体循环过滤组件33用于对选择性激光熔化系统中的成形腔11及相关管道中的空气进行净化处理，其包括第一过滤器331、第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333、气体循环动力装置334和第四电磁阀335；

第四真空挡板阀332、第一过滤器331、第五真空挡板阀333和气体循环动力装置334依次通过连接管连接，且第四真空挡板阀332还连接过滤进气管67，气体循环动力装置334还连接过滤出气管68，过滤进气管67和过滤出气管68分别通过气路开关连接至成形腔11；

第四电磁阀335一端通过连接管与过滤进气管67连通，另一端通过连接管与第五真空挡板阀333和气体循环动力装置334之间的连接管连通，即由第四真空挡板阀332、第一过滤器331、第五真空挡板阀333所组成的结构与第四电磁阀335并联。

其中，气体循环动力装置334用于为选择性激光熔化系统的气体循环过滤提供动力来源，在本实施例中，气体循环动力装置334为旋涡风机；

第一过滤器331用于过滤选择性激光熔化系统的循环气体中的烟尘，为成形腔11保持清洁的打印作业环境。

在本实施例中，第四电磁阀335及其两端的连接管用于在置换第一过滤器331后作为辅助气路对气体循环过滤组件33及相关的管道进行除氧操作，其中置换第一过滤器331时，第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333随着第一过滤器331一同被置换，相应的，在本实施例中第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333为手动式的真空挡板阀，以便第一过滤器331、第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333作为整体进行安装和拆卸，解决因单独更换第一过滤器331后部分管道里的空气无法置换而引起选择性激光熔化系统的循环气路的氧气浓度上升的问题，可实现将选择性激光熔化系统成形腔11的抽真空除氧与可在线式更换过滤器功能集合一体。

进一步地，在本实施例中，抽真空组件32用于在选择性激光熔化系统进行除氧的过程中对选择性激光熔化系统中的成形腔11进行抽真空处理，其包括第二过滤器321、电磁真空带充气阀322、真空泵323和第三过滤器324，第二过滤器321、电磁真空带充气阀322、真空泵323和第三过滤器324依次通过连接管连接，且第二过滤器321还连接抽真空进气管66，抽真空进气管66通过气路开关连接至成形腔11。

其中，第二过滤器321作为真空泵323的前置过滤器，用于在成形腔11中的气体进入真空泵323之前对气体中的烟尘及颗粒物进行过滤，以降低真空泵323内的部件的磨损；

电磁真空带充气阀322用于防止真空泵323断电后由于管路负压导致真空泵323内的液体物质倒吸流入抽真空进气管66和成形腔11，比如真空泵323为真空油泵时，可防止真空油泵里的油因管路负压流入抽真空进气管66和成形腔11，避免对抽真空进气管66和成形腔11造成污染，以确保清洁的打印作业环境，在本实施例中，电磁真空带充气阀322为电动式的真空挡板阀，且电磁真空带充气阀322的电源与真空泵323的电源并联；

第三过滤器324作为真空泵323的后置过滤器，用于进一步过滤真空泵323的尾气，在本实施例中，第三过滤器324为油烟过滤器，以过滤真空泵323的尾气中的油烟。

在本实施例中，抽真空组件32具体通过真空泵323对选择性激光熔化系统中的成形腔11进行抽真空处理，最终使得成形腔11内形成真空环境，为成形腔11及成形材料内部除氧提供前提条件，可选的，在本实施例中成形腔11在抽真空处理后其内的气压达到中真空压力，即成形腔11内的气压达到10²pa～10^-1pa。

进一步参阅图4，图4为本实施例提供的气体循环装置的另一结构示意图，气体循环装置的内腔还设置有消声器34，消声器34连接一过滤出气支管69，该过滤出气支管69通过气路开关(图未示出)连接至过滤出气管68，可将过滤出气管68排出的多余的保护性气体注入气体循环装置31，并使其保留在气体循环装置的内腔，由此将降低气体循环装置内腔的氧气浓度，为抽真空组件32和气体循环过滤组件33中的零件作保护性气氛保护，有利于在较长时间内维持选择性激光熔化系统的各气路中的氧气浓度的稳定。

此外，本发明实施例提供的气体循环装置还可以参阅实施例一中相关技术内容，以帮助理解本实施例提供的气体循环装置的结构和功能。

本发明实施例提供的气体循环装置可对选择性激光熔化系统中的成形腔进行抽真空处理，可提高成形腔内的成形材料内部的除氧效率，相比于对流方式可减少保护性气体的损耗量，同时可加快除氧速度；同时利用循环保护性气体的方式带走成形腔中的烟尘，并用第一过滤器331过滤这些烟尘，将过滤后的气体重新充入成形腔，实现保护性气体的重复使用；同时可实现在线式更换过滤器，在不影响选择性激光熔化系统打印加工时成形腔的氧含量前提下整体更换气体循环装置内部的第一过滤器331和第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333，解决因单独更换第一过滤器331后部分管道里的空气无法置换而引起循环气路的氧气浓度上升的问题，实现了将选择性激光熔化系统成形腔的抽真空除氧与可在线式更换过滤器功能集合一体；此外可将多余的保护性气体充入气体循环装置，实现对气体循环装置内部的各组件的保护性气氛保护。

实施例三

本发明实施例还提供一种打印方法，应用于上述实施例一的选择性激光熔化系统，在本实施例中假定选择性激光熔化系统中所有的气路开关初始均处于关闭状态，如图5所示的流程框图，方法包括：

s1、维持第一气路中的气路开关、第二气路中保护性气体输出装置与成形腔之间的气路开关关闭，开启第二气路中抽真空组件与成形腔之间的气路开关、第三气路中的气路开关；

s2、启动保护性气体输出装置，对第三气路进行除氧操作，并启动抽真空组件对成形腔进行抽真空作业；

s3、压力计检测成形腔内的气压是否达到预设气压范围，若没有则继续执行s2，否则执行s4；

s4关闭第二气路中抽真空组件与成形腔之间的气路开关、第三气路中的气路开关，停止抽真空组件运转；

s5、开启第二气路中保护性气体输出装置与成形腔之间的气路开关，向成形腔内注入保护性气体；

s6、压力计检测成形腔内的气压是否达到常压，若没有则继续s5，否则执行s7；

s7、关闭第二气路中保护性气体输出装置、以及保护性气体输出装置与成形腔之间的气路开关；

s8、氧变送器检测成形腔内的氧含量是否达到预设范围，若没有则重复s1至s8，否则执行s9；

s9、开启第一气路中的气路开关，启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业。

进一步参阅图2，图示为本发明实施例提供的打印方法的另一流程图基于前述步骤s1至s9，方法还包括：

s10、第一气路上的流量计检测第一气路的气流量是否低于预设阈值，若没有则继续执行s9，否则执行s11；

s11、停止气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备运转，关闭第一气路中的气路开关；

s12、更换气体循环过滤组件中的过滤器和过滤器两端的真空挡板阀，更换完成后，对第三气路上的管道和气体循环过滤组件进行除氧操作，除氧完成后，重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业。

其中在s12中，对于置换过滤器和过滤器两端的真空挡板阀后的除氧操作和重启打印作业的过程包括两种情形：

情形一：若置换后气体循环过滤组件中的过滤器内部是保护性气体时，开启第三气路中的气路开关、与过滤器和过滤器两端的真空挡板阀整体并联的管道上的气路开关，进行除氧操作；除氧完成后，关闭第三气路中的气路开关、与过滤器和过滤器两端的真空挡板阀整体并联的管道上的气路开关，然后开启第一气路中的气路开关和过滤器两端的真空挡板阀，重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业。

情形二：若置换后气体循环过滤组件中的过滤器内部是空气时，开启第三气路中的气路开关、与过滤器和过滤器两端的真空挡板阀整体并联的管道上的气路开关，开启过滤器两端的真空挡板阀，进行除氧操作；除氧完成后，关闭第三气路中的气路开关、与所述过滤器和过滤器两端的真空挡板阀整体并联的管道上的气路开关，然后开启第一气路中的气路开关，重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备进行打印作业和气体循环过滤作业。

下面结合图1和图2对本发明实施例提供的选择性激光熔化系统的工作过程进行详细说明，在完成选择性激光熔化系统的安装后，上述打印方法的各步骤可划分为除氧阶段和循环过滤阶段。

在执行除氧阶段前，假定选择性激光熔化系统中所有的气路开关均处于关闭状态，气路开关包括第一气路中的第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42，第二气路上的第一电磁阀51和第三真空挡板阀43，第三气路上的第二电磁阀52和第三电磁阀53，气体循环过滤组件33中的第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333和第四电磁阀335，以及抽真空组件32中的电磁真空带充气阀322。

其中，除氧阶段包括：

在关闭成形腔11的腔门后，开启第二气路中的第三真空挡板阀43，以及开启第三气路中的第二电磁阀52和第三电磁阀53，其他气路开关维持关闭状态；

启动保护性气体输出装置20，使得保护性气体输出装置20通过第二输气管62向第三气路中注入保护性气体，利用常压对流方式对第三气路中的管道和气体循环过滤组件33的内部进行除氧操作；同时开启抽真空组件32中的电磁真空带充气阀322，并启动真空泵323，对成形腔11进行抽真空作业，压力计12实时检测成形腔11内的气压，当压力计12检测到成形腔11内的气压达到预设气压范围时，关闭第二气路中的第三真空挡板阀43和第三气路中的第二电磁阀52和第三电磁阀53；

然后停止抽真空组件32中的真空泵323的运转，并关闭电磁真空带充气阀322，开启第二气路中的第一电磁阀51，使得保护性气体输出装置20通过第一输气管61向成形腔11中注入保护性气体，当压力计12检测到成形腔11内的气压达到常压时，关闭第二气路中的第一电磁阀51，并关闭保护性气体输出装置20，此时若氧变送器13检测到成形腔11内的氧含量未达到预设范围，则重复前面成形腔11的抽真空和注入保护性气体的过程，直到成形腔11内的氧含量达到预设范围为止。

通过这种方式可快速去除成形腔11中的氧气，同时可将成形材料内部的氧气抽离出来，且保护性气体也会渗透进成形材料内部，从而有效降低成形材料内部氧气含量。

在除氧阶段中，预设气压范围在本实施例中为10²pa～10^-1pa，具体可根据实际情况调整。

在除氧阶段中，还可通过气流速度调节阀70调节第三气路中的气流速度，使第三气路的排氧气过程与成形腔11的抽真空过程在时间节点上同步。

在除氧阶段中，当对成形腔11进行一次抽真空和注入保护性气体操作后，氧变送器13检测到成形腔11内的氧含量未达到预设范围时，还可以进一步调整对成形腔11进行抽真空操作所要达到的预设气压范围，以便在后续在成形腔11中补充成形材料以继续进行打印作业或者取出打印成品后进行新的打印作业时，进行除氧操作的过程只需对成形腔11进行一次抽真空和注入保护性气体操作就能使成形腔11中的氧含量达到预设范围。

在除氧阶段中，如图2所示，如果过滤出气支管69穿过壳体31与内腔的消声器34连接，则完成对选择性激光熔化系统的除氧操作后，抽真空后真空泵323的尾气释放在气体循环装置33的内腔，同时第三气路中多余的保护性气体均保留在气体循环装置33的内腔，可降低气体循环装置30内腔的氧气浓度，为抽真空组件32和气体循环过滤组件33中的零件作保护性气氛保护。

完成对选择性激光熔化系统的除氧阶段后，选择性激光熔化系统中的气路开关均重新处于关闭状态，此时可进行打印作业和气体的循环过滤阶段。

其中，循环过滤阶段包括：

开启第一气路中的第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42，使得成形腔11和气体循环装置33中的气体循环过滤组件33连通，此时开启气体循环过滤组件33中的第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333，并启动气体循环动力装置334，使第一气路中的气体循环流动，并启动选择性激光熔化设备10进行打印作业，打印过程中利用循环保护性气体的方式带走成形腔11内飞溅的烟尘，并通过第一过滤器331进行循环过滤，将过滤后的气体重新充入成形腔11，实现保护性气体的重复使用。

在循环过滤阶段中，打印作业中铺粉操作和激光选择性熔化操作交替进行，在进行铺粉操作时，需降低气体循环动力装置334的功率，使得第一气路中的气流量降到铺粉时要求，铺粉完成后气体循环动力装置334恢复到正常输出功率，比如气体循环动力装置334为旋涡风机时，在铺粉时旋涡风机降低转速使第一气路中的气流量降到铺粉时要求，在完成铺粉后旋涡风机重新提高转速至正常转速，其中可通过第一气路上的流量计80进行气体流量监控。

在循环过滤阶段中，还包括通过压力计12实时监测成形腔11内的气压，若成形腔11内的气压高于常压2kpa～5kpa，则启动泄压阀14，这样可防止气体循环动力装置334的进气口出现负压的情况。

在循环过滤阶段中，在开启第一气路中的第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42，使得成形腔11和气体循环装置33中的气体循环过滤组件33连通，并启动气体循环过滤组件33的气体循环动力装置334使第一气路中的气体循环流动后，还包括通过氧变送器13实时测量成形腔11内氧气浓度来判断成形腔11内保护性气体是否已达到进行打印作业所需的浓度，如果未达到要求，重复前述的除氧阶段直到成形腔11内保护性气体均达到进行打印作业所需的浓度为止。

在选择性激光熔化系统的上述工作过程中，第四电磁阀335始终处于关闭状态。

进一步地，在打印作业过程中，若流量计80检测到第一气路中的气体流量低于预设阈值时，将提示更换第一过滤器331，相应的，在本实施例中选择性激光熔化系统的工作过程还包括在线更换第一过滤器及更换后除氧阶段，具体包括：

当流量计80检测到第一气路的气体流量未达标而且气体循环动力装置334正常运转时，选择性激光熔化系统的工控机将提示更换第一过滤器331，此时将关闭气体循环动力装置334、第一真空挡板阀41和第二真空挡板阀42；然后关闭第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333，将第一过滤器331、第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333整体拆卸，更换新的第一过滤器331、第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333。

更换完成后，若置换后的第一过滤器331内部为保护性气体，则首先打开第三电磁阀53和第四电磁阀335，然后打开第二电磁阀52和保护性气体输出装置20，使得保护性气体输出装置20通过第二输气管62向第三气路中注入保护性气体，利用常压对流方式对第三气路重新进行除氧操作，排除第三气路中管道和气体循环动力装置334内部的氧气，然后关闭第三电磁阀53、第四电磁阀335、第二电磁阀52和保护性气体输出装置20，打开更换后的第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333，这样重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备后，选择性激光熔化系统又可以继续进行打印作业；

若置换后的第一过滤器331内部为空气，则首先打开第三电磁阀53和第四电磁阀335，然后打开第二电磁阀52、置换后的第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333，然后开启保护性气体输出装置20，使得保护性气体输出装置20通过第二输气管62向第三气路中注入保护性气体，利用常压对流方式对第三气路重新进行除氧操作，排除第三气路中管道、气体循环动力装置334和置换后的第一过滤器331内部的氧气，然后关闭第三电磁阀53、第四电磁阀335、第二电磁阀52和保护性气体输出装置20，这样重新启动气体循环过滤组件和选择性激光熔化设备后，选择性激光熔化系统又可以继续进行打印作业。

由于新的第一过滤器331、第四真空挡板阀332和第五真空挡板阀333整体内部处于保护性气体保护状态，因此完成置换后只需将第三气路中其他部分的氧气排除即可，相比于现有技术中在第一过滤器331两端设置蝶形阀、更换第一过滤器331及其相连接的两个蝶形阀的方式，本申请的整体置换方式可以避免因置换过滤器而影响成形腔11中的氧气含量。

本发明实施例提供的打印方法相比于现有技术，至少具有如下有益效果：

1、利用对选择性激光熔化系统中的成形腔11进行抽真空后再注入保护性气体的方式实现成形腔11的除氧，可提高成形腔11内的成形材料内部的除氧效率，相比于对流方式可减少保护性气体的损耗量，同时可加快除氧速度，通过设置氧变送器13可实时监控成形腔11内的氧气浓度，可实现循环气路中的氧气浓度的自动调整；同时利用循环保护性气体的方式带走成形腔11中的烟尘，并用第一过滤器331过滤这些烟尘，将过滤后的气体重新充入成形腔11，实现保护性气体的重复使用，由此可有效提高打印质量。

2、利用常压对流方式排除第三气路中的管道及气体循环过滤组件内部的氧气，且与成形腔11中的除氧在时间上同步，可减少除氧的时间，提高除氧速度，进而节省打印时间。

3、可在线式更换过滤器，在不影响打印加工时成形腔11的氧含量前提下整体更换气体循环装置30内部的第一过滤器331和第四真空挡板阀332、第五真空挡板阀333，解决因单独更换第一过滤器331后部分管道里的空气无法置换而引起循环气路的氧气浓度上升的问题，实现了将选择性激光熔化系统成形腔11的抽真空除氧与可在线式更换过滤器功能集合一体，一方面可有效提高打印质量，同时可有效节省打印时间。

4、可将多余的保护性气体充入气体循环装置30，对气体循环装置30内部的各组件作保护性气氛保护，可有效提高打印质量。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。