一种金属3D打印设备及其风场结构的制作方法

一种金属3d打印设备及其风场结构
技术领域
1.本实用新型属于3d打印技术领域，具体涉及一种金属3d打印设备及其风场结构。


背景技术：

2.3d打印技术是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接cad模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。金属3d打印设备是以金属粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造。其基本工作过程是：送粉装置将一定量粉末送至供粉平台，铺粉装置将一层粉末材料平铺在成型缸底板或已成型零件的上表面，振镜系统控制激光以一个近似不变的光斑大小和光束能量按照该层的截面轮廓对粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作平台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。
3.在上述金属3d打印设备的工作过程中，不可避免的会有飞溅和烟尘产生，这些飞溅和烟尘会对成型工件的性能产生影响，因此在成型过程中，需要在烧结区域上方形成具有良好流动的保护气流，以将熔融过程中产生的飞溅物带离成型区域。现有技术的金属3d打印设备，吹风口(包括主吹风口04和次吹风口06)分布在成型腔壁的一侧，吸风口(包括主吸风口03和次吸风口05)分布在成型腔壁的另一侧，洁净气流07从主吹风口04和次吹风口06进入成型腔内，将成型腔内烧结过程产生的烟尘和飞溅带走，烟尘和飞溅随气流进入到主吸风口03和次吸风口05中，随后气流进入循环过滤装置01中过滤，经过滤后的洁净气流07，再次从主吹风口04和次吹风口06进入成型腔内，气流如此循环(气流流动方向见图1中箭头示意)，其中在吹风口前端安装有风速检测装置08和风速调节装置02，用来检测风速的大小，然后根据实际情况调节风速的大小。现在使用的风场结构，次吹风口06倾斜一定角度向下安装，从次吹风口06出来的气流大部分可以进入到次吸风口05中，小部分可以进入到主吸风口03中，主吹风口04和主吸风口03位于同一水平位置，从主吹风口04出来的气流都可以进入到主吸风口03中，这样在靠近吹风口一侧，主吹风口04和次吹风口06中间部位，会存在一个三角区域(见图1中的三角形示意)，该三角形区域只有微弱的气流流过，这样该三角形区域的烟尘，由于倾斜一定角度向下安装的次吹风口06不断输送倾斜向下的风，烟尘不能很好地升上去，从而无法被上方的气流带走，该三角形区域的烟尘会不断堆积，烟尘与激光相互作用，烟尘会引起激光束的折射且会吸收激光束的能量，这样导致到达粉床表面的激光功率降低以及光束形状失真。另外，现有的风场结构只有一路风在循环使用，通常情况下会优先保证主吹风口04的风量，这样从次吹风口06进入的风比较微弱，烧结过程中成型腔体上方会产生大量的烟尘，微弱的风并不能彻底地将烟尘带离成型腔。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种金属3d打印设备
及其风场结构，该风场结构包含两套独立运行的第一风场循环系统和第二风场循环系统，能够更好地吹走成型腔内的飞溅和烟尘，从而保证成型腔内部的洁净，确保烧结过程稳定进行，进而保证工件的烧结质量。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种金属3d打印设备的风场结构，包括：
6.第一风场循环系统，包括第一循环过滤装置、第一吸风口和第一吹风口，所述第一吸风口、第一吹风口自上而下设置于成型腔的一侧壁，且第一循环过滤装置设置于第一吸风口和第一吹风口之间；
7.第二风场循环系统，其包括第二循环过滤装置、第二吸风口和第二吹风口，所述第二吸风口、第二吹风口自下而上设置于成型腔的另一侧壁，且第二循环过滤装置设置于第二吸风口和第二吹风口之间；
8.以使第一风场循环系统、成型腔和第二风场循环系统形成闭合的气流循环。
9.作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一风场循环系统还包括第一风速检测装置和第一风速调节装置，所述第一风速检测装置用于检测从第一循环过滤装置吹出来的气体风速，所述第一风速调节装置用于根据第一风速检测装置检测的结果对气体风速进行调节。
10.作为本实用新型的进一步优选方案，所述第二风场循环系统还包括第二风速检测装置和第二风速调节装置，所述第二风速检测装置用于检测从第二循环过滤装置吹出来的气体风速，所述第二风速调节装置用于根据第二风速检测装置检测的结果对气体风速进行调节。
11.作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一吸风口和第二吹风口对称设置于成型腔的两侧壁。
12.作为本实用新型的进一步优选方案，所述第二吸风口和第一吹风口对称设置于成型腔的两侧壁。
13.作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一吸风口和第二吹风口距离窗口镜或光学装置下表面的距离为20-80mm。
14.作为本实用新型的进一步优选方案，所述第二吸风口和第一吹风口距离基板上表面的距离为20-80mm。
15.本实用新型还提供了一种金属3d打印设备，包括光学装置、成型腔以及上述任一项所述的金属3d打印设备的风场结构。
16.本实用新型的金属3d打印设备及其风场结构，通过采用上述技术方案，可以实现以下有益技术效果：
17.(1)本实用新型的风场结构，包含第一风场循环系统和第二风场循环系统，一方面两个风场循环系统能够独立运行，各个风场循环系统可以单独控制风速；另一方面，两路风循环使用，较现有技术的风场结构，能够保证成型腔内的上方和下方的风力。
18.(2)从第一风场循环系统吹出来的气体通过第一吹风口进入成型腔内，并从第二吸风口出去，可以将成型腔上方的烟尘带走，该气体在第二风场循环系统的净化作用下得到净化，从第二吹风口再次进入成型腔，并从第一吸风口出去，可以将烧结区域粉床上方的飞溅带走。这样成型腔内的下方气流和上方气流便可以将成型腔内的飞溅和烟尘彻底带走，相比较现有技术的风场结构，本实用新型的风场结构不会造成烟尘堆积现象，从而保证
成型腔内部的洁净，确保烧结过程的稳定进行，进而保证工件的烧结质量。
附图说明
19.图1为现有技术金属3d打印设备的风场结构提供的主视图；
20.图2为本实用新型金属3d打印设备的风场结构提供的实施例一的主视图；
21.图3为本实用新型金属3d打印设备的风场结构提供的实施例二的主视图。
22.图中部件标记如下：
23.1、第一风场循环系统，11、a吹风口，12、a吸风口，2、第二风场循环系统，21、b吹风口，22、b吸风口，3、光学装置，4、成型腔，5、基板，6、a循环过滤装置，7、b循环过滤装置，61、a风速检测装置，62、a风速调节装置，71、b风速调节装置，72、b风速检测装置，01、循环过滤装置，02、风速调节装置，03、主吸风口，04、主吹风口，05、次吸风口，06、次吹风口，07、洁净气流，08、风速检测装置。
具体实施方式
24.为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本实用新型的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。
25.本实用新型的金属3d打印设备的风场结构，包括：
26.第一风场循环系统，包括第一循环过滤装置、第一吸风口和第一吹风口，所述第一吸风口、第一吹风口自上而下设置于成型腔4的一侧壁，且第一循环过滤装置设置于第一吸风口和第一吹风口之间；
27.第二风场循环系统，其包括第二循环过滤装置、第二吸风口和第二吹风口，所述第二吸风口、第二吹风口自下而上设置于成型腔4的另一侧壁，且第二循环过滤装置设置于第二吸风口和第二吹风口之间；
28.以使第一风场循环系统、成型腔4和第二风场循环系统形成闭合的气流循环。
29.优选地，所述第一风场循环系统还包括第一风速检测装置和第一风速调节装置，所述第一风速检测装置用于检测从第一循环过滤装置吹出来的气体风速，所述第一风速调节装置用于根据第一风速检测装置检测的结果对气体风速进行调节。所述第二风场循环系统还包括第二风速检测装置和第二风速调节装置，所述第二风速检测装置用于检测从第二循环过滤装置吹出来的气体风速，所述第二风速调节装置用于根据第二风速检测装置检测的结果对气体风速进行调节；这样可以通过第一风速检测装置或第二风速检测装置检测经第一循环过滤装置或第二循环过滤装置过滤后的洁净气流的风速，并根据其洁净气流的风速大小，通过第一风速调节装置和第二风速调节装置对气流进行调节，从而可以调整进入成型腔4内的气流大小，即使得气流大小的控制更灵活。
30.在一实施例中，所述第一吸风口和第二吹风口对称设置于成型腔4的两侧壁。所述第二吸风口和第一吹风口对称设置于成型腔4的两侧壁。
31.进一步优选地，所述第一吸风口和第二吹风口距离窗口镜或光学装置3下表面的距离为20-80mm，这样可以保证距离窗口镜或光学装置下方一定距离的空间内没有烟尘出现，保护窗口镜或光学装置不受污染。所述第二吸风口和第一吹风口距离基板5上表面的距离为20-80mm，因为如果吹风口距离基板5上表面较近或者距离为0mm，从吹风口出来的风会
吹到粉床上，将粉床上的粉末吹走，粉床上会出现凹坑，从而影响烧结正常进行。此距离为最佳距离，既不会影响粉床，也能很好地吹走靠近基板5上少量烟尘和绝大部分飞溅。当然，在具体实施中，第一吸风口、第二吸风口、第一吹风口和第二吹风口位于成型腔侧壁的距离还可根据具体需求具体设定，在此不做限制。
32.本实用新型还提供了一种金属3d打印设备，其包括光学装置3、成型腔4以及上述任一实施例所述的金属3d打印设备的风场结构。在此需说明的是，本技术保护的核心是上述风场结构，因此对于金属3d打印设备的其它现有部件，在此不做详细阐述。
33.为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本实用新型的技术方案，下面结合附图并以实施例的形式对本实用新型的技术方案进行详细阐述：
34.实施例一
35.如图2所示的金属3d打印设备的风场结构，包括：
36.第一风场循环系统1，包括a循环过滤装置6、a吸风口12和a吹风口11，所述a吸风口12、a吹风口11自上而下设置于成型腔4的一侧壁，且a循环过滤装置6设置于a吸风口12和a吹风口11之间；
37.第二风场循环系统2，其包括b循环过滤装置7、b吸风口22和b吹风口21，所述b吸风口22、b吹风口21自下而上设置于成型腔4的另一侧壁，且b循环过滤装置7设置于b吸风口22和b吹风口21之间；
38.以使第一风场循环系统1、成型腔4和第二风场循环系统2形成闭合的气流循环。
39.从a循环过滤装置6出来的洁净气流从a吹风口11进入到成型腔4内，气流将成型腔4下方靠近基板5处的少量烟尘和绝大部分飞溅带走，烟尘和飞溅随气流进入到b吸风口22中，随后气流进入b循环过滤装置7中过滤，经过滤后的洁净气流从b吹风口21进入到成型腔4内，气流将成型腔4上方光学装置3下方的大量烟尘带走，烟尘随气流进入到a吸风口12中，随后气流进入a循环过滤装置6，气流如此循环(气流流动方向见图2中箭头示意)，下方气流和上方气流可以将成型腔4内的飞溅和烟尘彻底带走，从而保证成型腔4内部的洁净，确保烧结过程稳定进行，进而保证工件的烧结质量。
40.实施例二
41.如图3所示的金属3d打印设备的风场结构，包括：
42.第一风场循环系统1，包括a循环过滤装置6、a吸风口12和a吹风口11，所述a吸风口12、a吹风口11自上而下设置于成型腔4的一侧壁，且a循环过滤装置6设置于a吸风口12和a吹风口11之间；
43.第二风场循环系统2，其包括b循环过滤装置7、b吸风口22和b吹风口21，所述b吸风口22、b吹风口21自下而上设置于成型腔4的另一侧壁，且b循环过滤装置7设置于b吸风口22和b吹风口21之间；
44.以使第一风场循环系统1、成型腔4和第二风场循环系统2形成闭合的气流循环；其中，
45.在a吹风口11和b吹风口21前端安装有a风速检测装置61、a风速调节装置62、b风速检测装置72和b风速调节装置71，用于检测经a循环过滤装置6和b循环过滤装置7过滤后的洁净气流风速大小，并根据实际情况调节风速大小，这样风场结构便有两路风在循环使用，风力可以保证，且两个风场循环系统可以单独控制风的大小。
46.从a循环过滤装置6出来的洁净气流从a吹风口11进入到成型腔4内，气流将成型腔4下方靠近基板5处的少量烟尘和绝大部分飞溅带走，烟尘和飞溅随气流进入到b吸风口22中，随后气流进入b循环过滤装置7中过滤，经过滤后的洁净气流从b吹风口21进入到成型腔4内，气流将成型腔4上方光学装置3下方的大量烟尘带走，烟尘随气流进入到a吸风口12中，随后气流进入a循环过滤装置6，气流如此循环(气流流动方向见图3中箭头示意)，下方气流和上方气流可以将成型腔4内的飞溅和烟尘彻底带走，从而保证成型腔4内部的洁净，确保烧结过程稳定进行，进而保证工件的烧结质量。
47.以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均应属于本实用新型的保护范围。应当指出，在不脱离本实用新型原理前提下的若干修改和修饰，应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种金属3d打印设备的风场结构，其特征在于，包括：第一风场循环系统，包括第一循环过滤装置、第一吸风口和第一吹风口，所述第一吸风口、第一吹风口自上而下设置于成型腔的一侧壁，且第一循环过滤装置设置于第一吸风口和第一吹风口之间；第二风场循环系统，其包括第二循环过滤装置、第二吸风口和第二吹风口，所述第二吸风口、第二吹风口自下而上设置于成型腔的另一侧壁，且第二循环过滤装置设置于第二吸风口和第二吹风口之间；以使第一风场循环系统、成型腔和第二风场循环系统形成闭合的气流循环。2.根据权利要求1所述的金属3d打印设备的风场结构，其特征在于，所述第一风场循环系统还包括第一风速检测装置和第一风速调节装置，所述第一风速检测装置用于检测从第一循环过滤装置吹出来的气体风速，所述第一风速调节装置用于根据第一风速检测装置检测的结果对气体风速进行调节。3.根据权利要求1所述的金属3d打印设备的风场结构，其特征在于，所述第二风场循环系统还包括第二风速检测装置和第二风速调节装置，所述第二风速检测装置用于检测从第二循环过滤装置吹出来的气体风速，所述第二风速调节装置用于根据第二风速检测装置检测的结果对气体风速进行调节。4.根据权利要求1所述的金属3d打印设备的风场结构，其特征在于，所述第一吸风口和第二吹风口对称设置于成型腔的两侧壁。5.根据权利要求1所述的金属3d打印设备的风场结构，其特征在于，所述第二吸风口和第一吹风口对称设置于成型腔的两侧壁。6.根据权利要求1所述的金属3d打印设备的风场结构，其特征在于，所述第一吸风口和第二吹风口距离窗口镜或光学装置下表面的距离为20-80mm。7.根据权利要求1至6任一项所述的金属3d打印设备的风场结构，其特征在于，所述第二吸风口和第一吹风口距离基板上表面的距离为20-80mm。8.一种金属3d打印设备，其特征在于，包括光学装置、成型腔以及权利要求1-7任一项所述的金属3d打印设备的风场结构。

技术总结
一种金属3D打印设备及其风场结构，其中风场结构包括第一、第二风场循环系统，第一风场循环系统包括第一吸风口、第一吹风口，以及设置于第一吸风口和第一吹风口之间的第一循环过滤装置，第一吸风口、第一吹风口自上而下设置于成型腔的一侧壁；第二风场循环系统包括第二吸风口、第二吹风口，以及第二循环过滤装置，第二吸风口和第二吹风口自下而上设置于成型腔的另一侧壁，以使第一、第二风场循环系统和成型腔形成闭合的气流循环。本实用新型的金属3D打印设备及其风场结构包含两套独立运行的第一、第二风场循环系统，能更好地吹走成型腔内的飞溅和烟尘，从而保证了成型腔内部的洁净，进而保证工件的烧结质量。进而保证工件的烧结质量。进而保证工件的烧结质量。


技术研发人员：刘加发 赵伟 李乐 陆卓祺 唐璟 宋敏
受保护的技术使用者：湖南华曙高科技股份有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/8/5