本发明涉及增材制造研究领域，具体地涉及一种激光选区熔化低氧气氛循环净化系统。
背景技术：
激光选区熔化技术(Selective Laser Melting, SLM)是一种利用高功率密度的激光束熔化金属粉末直接成型的新型激光快速成形技术，该技术能直接制造组织致密、机械性能良好、高精度的金属零部件，是快速原型制造技术的最新发展形式之一。
在激光选区熔化加工成型过程当中，若环境中含有高氧，金属粉末在激光辐射熔化后会与氧气接触发生氧化，甚至燃烧。当金属粉末中含有C、Si、Mn、Ti和Ca等元素时，它们会更容易与氧结合行成稳定的杂质相，严重影响金属成型件的质量。因此，在进行激光选区熔化加工成型时，需要向加工环境通入氮气或者氩气等惰性气体进行保护，防止高温氧化。同时，在加工工程中发现即使在保护环境下，激光与金属粉末作用的瞬间会产生金属飞溅和烟雾，当飞溅的金属氧化物和烟雾弥漫到整个成型室时，不仅会对金属粉末产生污染，直接影响零件成型质量，还会污染激光窗口片。当激光窗口片污染后，窗口片透视率会降低，直接导致激光辐照到金属粉末表面的功率不足，金属粉末熔化不充分，影响金属零件的成型质量和成型效率，严重时甚至会导致无法成型。同时，由于烟尘附着在窗口片上，窗口片会吸收大量的激光能量，致使窗口片发热甚至开裂，严重影响激光窗口片了的使用寿命。
因此，在激光选区熔化加工成型过程中，为其提供一个低氧且无烟雾的成型环境十分必要。目前，激光选区熔化设备基本上采用的都是直接一直向成型室内通入高纯度的惰性气体，使成型室内部的氧含量降低直到氧含量达到成型要求的方式，但这种方式排氧效率低，且惰性气体浪费严重，增加了生产成本。同时，采用低廉的方案专门针对激光窗口片进行防护，延长其使用寿命也具有十分重要的意义。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种能够对成型室进行快速排氧且保持低氧的环境，并对循环气体进行过滤净化，同时能保护激光窗口片免受烟尘的污染，延长激光窗口片的使用寿命的激光选区熔化低氧气氛循环净化系统。
为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案得以解决：一种激光选区熔化低氧气氛循环净化系统，包括内部设置有刮刀的密闭成型腔，所述密闭成型腔一侧腔壁上设置有激光窗口片保护单元，循环净化单元以及监控单元均通过连接结构与密闭成型腔连通，所述激光窗口片保护单元包括设置有凹槽的窗口片安装板、安装板下盖、快捷插头以及比例调节阀，所述窗口片安装板的凹槽内依次装有激光窗口片、密封圈和安装板上盖。
上述方案中，优选的，所述循环净化单元包括工业控制器、惰性气源、气体循环泵、过滤器以及具有控制和联通作用的阀体。
上述方案中，优选的，所述循环净化单元还包括消声器，所述消声器安装在三通电磁阀B的1号端口上，用于减噪。
上述方案中，优选的，所述阀体包括减压阀、三通阀、三通电磁阀A以及三通电磁阀B，减压阀安装在惰性气体源上，用于控制惰性气源输出的惰性气体压力，三通阀、三通电磁阀A以及三通电磁阀B用于控制气体的通断，实现气体的循环。
上述方案中，优选的，所述监控单元包括小型气泵、氧含量传感器、压力传感器以及两通电磁阀A和两通电磁阀B，氧含量传感器用于监测密闭成型腔内的氧含量，压力传感器用于监测密闭腔体内的压力。
上述方案中，优选的，所述连接结构包括连接线和连接管。
上述方案中，优选的，所述连接管为PU管或不锈钢管，采用该材质的连接管，能够保证连接的可靠性以及较长的使用寿命。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本申请提供的一种激光选区熔化低氧气氛循环净化系统能快速排氧且能根据实际需求人性化的设置密闭腔内氧含量浓度和压力区间，可全程实时监控密闭腔体内的氧含量和压力，保证密闭腔内处于低氧恒压的状态。本发明可将打印过程中产生的烟雾和杂质过滤掉，并将净化的气体用于循环，保证了金属粉末不受烟雾污染，提高了零件成型质量。本发明设计的窗口片保护单元，直接利用循环气体，不需要外加气源，不仅保护了激光窗口片不受污染，延长了使用寿命，而且成本低廉。
附图说明
图1为激光选区熔化低氧气氛循环系统示意图。
图2为本发明激光窗口片保护单位整体结构示意图。
图3为本发明窗口片安装板正三轴侧图。
图4为本发明窗口片安装板俯视图。
图5为本发明窗口片安装板仰视图。
图6为本发明窗口片安装板上盖正三轴侧图。
图7为本发明窗口片安装板下盖正三轴侧图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
参见图1，一种激光选区熔化低氧气氛循环净化系统，包括内部设置有刮刀15的密闭成型腔7，所述密闭成型腔7一侧腔壁上设置有激光窗口片保护单元14，循环净化单元以及监控单元均通过连接结构与密闭成型腔连通，所述激光窗口片保护单元14包括设置有凹槽的窗口片安装板21、安装板下盖27、快捷插头22以及比例调节阀17，所述窗口片安装板21的凹槽内依次装有激光窗口片25、密封圈24和安装板上盖26。
参见图2至图7，安装板上盖26通过内六角螺丝23固定在窗口片安装板21上，比例调节阀17通过连接管9一端与快捷插头相连，一端与三通阀相连。比例调节阀17用于调节输入到窗口片安装板21内部的气体压力，窗口片安装板21上部有三个台阶，一级台阶上有360度均布的6个沉头孔，且台阶左侧有直径为10~15mm的螺纹孔，二级台阶上有360度均布的6个沉头孔，窗口片安装板21下部左侧有七个直径大小相同且中心线平行的孔，其孔直径为3~8mm，快捷插头22通过螺纹连接在窗口片安装板21一级台阶上。窗口片安装板21底部整体左侧位置有一个弧形凹槽，凹槽与螺纹孔贯通，且凹槽宽度大于一级台阶上的螺纹孔直径，弧形凹槽两端为半圆形。所述的窗口片安装板21底部中间位置有四个螺纹孔，窗口片安装板21下盖呈“U”形，底部有四个沉头孔，内六角螺丝23将窗口片安装下盖固定在窗口片上，窗口片安装板21安装在密闭成型上部，窗口片安装板21与密闭成型腔之间有密封圈，确保密闭成型腔7的密封性，比例调节阀17可以在工业控制器设置输出压力值，进而控制进入窗口片安装板21内的压力，以便于产生稳定的，均匀的气流。
参见图1，所述循环净化单元包括工业控制器4、惰性气源2、气体循环泵19、过滤器18以及具有控制和联通作用的阀体，所述循环净化单元还包括消声器1，所述阀体包括减压阀3、三通阀20、三通电磁阀A5以及三通电磁阀B6，减压阀安装在惰性气源19上，用于控制惰性气源输出的惰性气体压力，减压阀3与三通电磁阀A的端口1相连，三通电磁阀A的端口2与密闭成型腔7左边相连，过滤器18进气口与密闭成型腔7右边相连，过滤器18出气口与气体循环泵连通，三通阀20一个端口与气体循环泵19连接，另一个端口与三通电磁阀B的端口2相连。三通电磁阀B的端口3与三通电磁阀A的端口3相连，惰性气体源包含但不限于高纯氮气和高纯氩气，三通电磁阀A，气体循环泵，三通电磁阀B均通过连接线与工业控制器相连，气体循环泵转速通过工业控制器可调，消声器安装在三通电磁阀B的端口1上，用于减噪。
参见图1，所述监控单元包括小型气泵12、氧含量传感器11、压力传感器16以及两通电磁阀A10和两通电磁阀B13，所述连接结构包括连接线8和连接管9，所述连接管9为PU管或不锈钢管，监控单元包括两通电磁阀A、小型气泵、氧含量传感器、两通电磁阀B和压力传感器，两通电磁阀一端与密闭成型腔上部相连，另一端与氧含量传感器、小型气泵、两通电磁阀和密闭成型腔上部按顺序依次相连，压力传感器安装在密闭成型腔上部，两通电磁阀A、氧含量传感器、小型气泵、两通电磁阀B、压力传感器均与工业控制器相连，氧含量传感器用于监测密闭成型腔内的氧含量，压力传感器用于监测密闭腔体内的压力。
本实用新型的工作原理为：先在工业控制器4上设定好密闭成型腔7内的氧含量上限和下限，密闭成型腔7内的压力上限和下限，抽真空时间以及气体循环泵19转速，待各项参数设定好后一键启动程序，此时工业控制器4控制三通电磁阀A5使其端口2和端口3处于连通状态，工业控制器4控制三通电磁阀B6打开，使其端口1和端口2处于连通状态，同时气体循环泵19运转，将整个连通的密封环境里的空气从消声器1排出，此时密闭成型腔7内处于真空状态，其压力通过压力传感器16测得并显示在工业控制器4上，当抽真空时间到后，工业控制器4控制三通电磁阀A5打开，使其端口1和端口2处于连通状态，此时从惰性气体源2输出的惰性气体经过减压阀3后进入密闭成型腔7内，同时工业控制器4使两通电磁阀A10、氧含量传感器11、小型气泵12和两通电磁阀B13都处于工作状态，密闭成型腔7内的氧含量实时的显示在工业控制器4上。此时惰性气体不断的从三通电磁阀A5端口2进入密闭成型腔7，混合气体不断的从消声器1排出来，这样充入的惰性气体快速的降低了密闭成型腔体7内的氧含量，当密闭成型腔体7内的氧含量达到设定区间后，三通电磁阀A5关闭，使其端口2和端口3处于连通状态，三通电磁阀B6关闭，使其端口2和端口3处于连通状态，此时整个系统在气体循环泵19的运转下处于内循环状态，密闭成型腔7内处于恒压状态。然后再在工业控制器4上设定比例调节阀17的输出压力，使其进入窗口片安装板21的气体通过内部七个平行孔后产生稳定匀速的气流。若循环一段时间后，密闭成型腔7体内的氧含量或者压力超出所设定值的范围，氧含量传感器11和压力传感器16会反馈给工业控制器4，使其协调控制三通电磁阀A5和三通电磁阀B6的开关来保证密闭成型腔7体内的氧含量和压力处于设定值区间内。当氧含量传感器11检测密闭成型腔7体内的氧含量高于设定上限时，三通电磁阀B6开，其端口1放气，三通电磁阀A5开，端口1和端口 2连通，惰性气体从减压阀3进入密闭成型腔7体内，此动作直到氧含量达到设定区间要求后，三通电磁阀B6和三通电磁阀A5都关闭，此时系统处于内循环状态。当压力传感器16检测到密闭成型腔7体内的压力高于设定上限时，三通电磁阀B6开，端口1放气直至压力回到设置区间内后，三通电磁阀B6关，然后系统处于内循环状态。当压力传感器16检测到密闭成型腔体7内的压力低于设定下限时，三通电磁阀A5开，此时端口1与端口2通，惰性气体从减压阀3进入密闭成型腔7体内直至压力达到设置区间内后，三通电磁阀A5关，此时端口2和端口3连通，然后系统处于内循环状态。
当打印完成的时，工业控制器4会首先关闭两通电磁阀A11和两通电磁阀B13，其目的是为了保存一定量低氧气体在氧含量传感器11内，使其处于低氧环境，延长其使用寿命。然后再关闭系统的其他部分。
以上所述的实施例对本实用新型的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。