一种具有粉末回收再利用和加工距离控制的增材制造装置

本发明涉及应用于采用各种热源的粉末增材制造领域，尤其是涉及到一种具有粉末回收再利用和加工距离控制的增材制造装置。

背景技术：

3d打印由于其能够打印复杂形状零件，具有安全性高、能够实现较高精度、产品多样化程度高等诸多优势，使得其具有较好的应用前景。在使用激光、电弧和等离子等为热源的粉末增材制造需要通入气体，送粉器中的粉末将惰性气体吹出形成粉末气流，随后粉末气流遇到热源熔化形成金属液滴、进而形成熔池，待随时间延长温度降低之后熔池凝固形成一层，通过逐层打印的过程称为粉末增材制造。

打印设备工作时，粉末材料被惰性气体吹出送粉器，在未起弧、工作阶段和设备工作结束时，由于送粉器无法及时停止工作，会造成极大的浪费。随着粉末增材制造技术的不断推广，粉末利用率成为限制其推广的重要因素。现阶段使用粉末增材制造，除了较为精密的选区激光熔化设备，其余设备均暴露在大气环境中工作，不仅加工的工件质量无法保证，而且会使得大量粉末被气流吹散在空气中和工作台上，造成了资源的极大浪费。

由于粉末增材制造的热源温度较高，当使用易燃易爆的粉末进行增材制造时，散落在工作台上的粉末材料极易引起爆炸，对操作人员的生命安全造成极大威胁；虽然金属粉末密度较空气较大，粉末会沉积到地面，但是由于粉末沉降时间较长，总会有粉末漂浮在空气中，操作人员误将金属粉末吸入肺部会对器官造成损伤，即便操作人员佩戴了防护设备，但长时间暴露在粉末浓度较高的环境中亦会危害健康；当设备工作时，操作人员需要根据当前加工参数所制备工件的成型质量调整工艺参数，但是在观察工件成型质量时，激光、等离子、电弧等热源在工作时，会激发出对人体有害的辐射，除了对人体、环境造成极大的破坏，还会造成资源的浪费。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种增材制造过程中粉末回收利用方法和加工过程中相对距离控制的装置，该装置可以对加工制造过程中的粉末根据粒度大小进行筛选并回收，保证加工过程中枪头与加工平面的相对距离，其保护了操作员免受辐射伤害，具有保护环境、节约资源、提高产品加工质量等优点。

针对上述，本发明公开了一种用于上述目的技术方案：一种具有粉末回收再利用和加工距离控制的增材制造装置，包括工作台，其特征在于：所述工作台上设置收集盒，所述收集盒采用不透光的金属材料或耐高温遮光防辐射贴膜包覆硬质材料制作，其整体呈密闭盒体设置，且其上设置有通气接口配合连接设置真空泵，所述真空泵用于抽离收集盒内的空气形成收集盒内真空环境，所述收集盒内还设置有凹槽，所述凹槽安装设置用于筛选分离不同粒度的粉末的筛盘，所述收集盒还包括带有万向节的工作枪头以及正对工作枪头设置的距离传感器，所述工作枪头可在收集盒内多角度活动保持与工作面之间的相对距离，所述的收集盒内的筛盘末端还安装设置有用于真空干燥粉末的干燥器、振动器以及位于所述收集盒上设置的通气孔，所述的通气孔分别连接设置存储有氧化性气体、还原性气体的储存罐，用于通过气体的导入控制工件的冷却速度。

作为上述方案的进一步设置，所述筛盘包括上部筛子和下部筛子，且所述上部筛子的筛孔径大于下部筛孔径，所述筛盘可拆卸安装于凹槽内，可相对收集盒取出回收粉末。

作为上述方案的进一步设置，所述凹槽设置有伸缩机构，通过程序控制其在需要启动筛盘时伸出。

作为上述方案的进一步设置，所述收集盒左右两端的中部还对应设置有轴承，所述轴承用于实现收集盒的翻转。

作为上述方案的进一步设置，还包括有位于收集盒上设置的用于对不透光的收集盒内部工作情况进行检测和观察的观察孔。

作为上述方案的进一步设置，所述收集盒上还设置有用于人为控制工件快速降温的冷却介质槽。

本发明的装置用于增材制造过程中粉末回收利用方法和加工过程中相对距离控制的装置，该装置可以对加工制造过程中的粉末根据粒度大小进行筛选并回收，保证加工过程中枪头与加工平面的相对距离，其保护了操作员免受辐射伤害，具有保护环境、节约资源、提高产品加工质量等优点。

附图说明

图1为本发明增材制造装置结构示意图；

图2为本发明图1中a-a剖面结构示意图；

图3为本发明冷却介质槽结构示意图。

附图说明：1、收集盒；2、振动器；3、干燥器；4、轴承；5、真空泵；6、工作台；7、筛盘；8、观察口；9、冷却介质槽；10、万向节。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1-3所示一种具有粉末回收再利用和加工距离控制的增材制造装置，包括工作台6，其特征在于：所述工作台6上设置收集盒1，所述收集盒1采用不透光的金属材料或耐高温遮光防辐射贴膜包覆硬质材料制作，其整体呈密闭盒体设置，且其上设置有通气接口配合连接设置真空泵5，所述真空泵5用于抽离收集盒1内的空气形成收集盒1内真空环境，所述收集盒1内还设置有凹槽，所述凹槽安装设置用于筛选分离不同粒度的粉末的筛盘7，所述收集盒1还包括带有万向节10的工作枪头以及正对工作枪头设置的距离传感器，所述工作枪头可在收集盒1内多角度活动保持与工作面之间的相对距离，所述的收集盒1内的筛盘7末端还安装设置有用于真空干燥粉末的干燥器3、振动器2以及位于所述收集盒1上设置的通气孔，所述的通气孔分别连接设置存储有氧化性气体、还原性气体的储存罐，用于通过气体的导入控制工件的冷却速度。

通过上述方案设置的收集盒1，其还可对被保护气吹散的材料粉末机型收集，达到节约资源的目的，其回收功能以及盒体的真空密闭设计，可最大程度避免实验环境盒人体的损伤，真空环境进行增材制造，还可避免增材打印暴露于大气环境中被温度、气体、湿度等诸多因素的影响，保证试样的成型质量，其次收集盒整个壳体可以是完全不透光的金属、亦可以为可以耐高温并贴相关阻隔辐射的贴膜，阻隔热源工作时电离出的辐射，工作枪头与工作面之间的相对距离的保证控制设计也可避免枪头由于长时间在水平面和上下移动会形成一定范围内的松动。

作为上述方案的进一步设置，所述筛盘7包括上部筛子和下部筛子，且所述上部筛子的筛孔径大于下部筛孔径，所述筛盘7可拆卸安装于凹槽内，可相对收集盒1取出回收粉末。

作为上述方案的进一步设置，所述凹槽设置有伸缩机构，通过程序控制其在需要启动筛盘时伸出。

作为上述方案的进一步设置，所述收集盒1左右两端的中部还对应设置有轴承4，所述轴承4用于实现收集盒1的翻转。

作为上述方案的进一步设置，还包括有位于收集盒1上设置的用于对不透光的收集盒1内部工作情况进行检测和观察的观察孔8。

作为上述方案的进一步设置，所述收集盒1上还设置有用于人为控制工件快速降温的冷却介质槽9。

3d打印过程中，枪头由于长时间在水平面和上下移动会形成一定范围内的松动，通过将枪头与收集盒通过枪头连接枪头万向节10与工作台相连，可完全避免这一情况；将枪头包含在收集盒内部，此时收集盒内部筛盘7被取出，收集盒底部工作台与工作通过连接装置相连，收集壳体右下角有一个真空泵、通气孔接口，真空泵接口在熔化极增材制造过程中也可以提供真空工作环境、通气孔可以通入各种气体、达到控制工件冷却速率的效果；收集盒依靠左右的端中部的轴承4实现翻转，将筛盘7插入收集盒后正置，控制面板包含筛盘振动盘2、粉末干燥器3与筛盘与相连，同时打开振动器与加热器，获得不同粒度干燥后的粉末。

焊枪工作时，先将收集盒空气抽净，使收集盒中保持真空。工作时，收集盒内部无任何东西。收集盒不透光，电弧、等离子光束无法穿透壳体，但是可通过壳体预先留置的观察孔8对工作情况进行检测和观察，及时调整打印参数。当工件焊接结束后，可以通过预先留置的冷却介质槽9对工件进行人为控制冷却速度的降温，待收集盒温度冷却后，收集盒依靠左右的端中部的轴承4实现翻转，将筛盘7插入收集盒后正置，因振动器2、加热器3与筛盘与相连，同时打开振动器与加热器，对自然落下的金属粉末进行筛选和干燥，之后将筛盘取出收集金属粉末。

焊枪臂会通过枪头万向节10放置在密闭的收集盒中进行工作，由于在机械臂与工作台之间存在枪头万向节作为连接点，能够较好的定位枪头的位置，工作台6与加工设备相连，其上存在距离传感器，将枪头与工件的材料保持相对一致，通过该装置可以实现枪头与需要加工的每一处保证相对统一的距离，避免了由于位置导致的加工缺陷。

本发明的收集盒是一个密闭的空间，能够收集保护气吹散的粉末达到节约资源的目的：基于收集盒下部用于放置筛盘的凹槽设计以及凹槽可以根据需要进行伸缩，使得需要使用筛盘时凹槽伸出，其次筛盘上下部的筛子能通过不同粒度大小的粉末，其上部筛孔较大、下部孔径较小，能够得到粒度在一定范围内的粉末，筛盘能够相对收集盒拆装设计，达到回收粉末的效果；收集盒内部环境密闭，收集盒得上端有一个真空泵接口，可以通过连接真空泵使得收集盒形成真空环境，形成真空环境，可以最大程度上减小打印过程因暴露在大气环境中温度、气体、湿度等诸多因素的影响，保证试样的成型质量，收集盒整个壳体为是完全不透光的金属或耐高温并可阻隔辐射、电弧光的贴膜结构，阻隔热源工作时电离出的辐射，此设计创造真空氛围提高增材制造的质量，收集盒得壳体为密闭构成真空环境，还能避免对实验环境和人体造成损伤；工作枪头与工作面之间的相对距离设计配合距离传感器得设置，使得收集盒的一面有能够使焊枪在一定范围内工作，不会因为枪头一端固定，长时间平面、上下移动导致枪头不在水平面；且筛盘末端按装有加热棒或其他加热器，可以对收集到的粉末进行真空干燥，在收集盒上有一个通气孔，可以通入氧化性气体、还原性气体等诸多气体，气体的通入可以对收集盒的温度进行控制，进而控制制造工件的冷却速度控制；在工作台上有直径不同的通道，可以提供多种冷却介质实现不同的冷却速率。

本发明的装置用于增材制造过程中粉末回收利用方法和加工过程中相对距离控制的装置，该装置可以对加工制造过程中的粉末根据粒度大小进行筛选并回收，保证加工过程中枪头与加工平面的相对距离，其保护了操作员免受辐射伤害，具有保护环境、节约资源、提高产品加工质量等优点。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。