CN210057641U - 一种金属3d打印机的过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种金属3D打印机的过滤装置，所述装置包括采用管路相连通的惰性气源(1)、过滤器(2)、金属3D打印机(3)以及涡旋风机(4)，所述装置还包括检测仪表以及控制器(5)，其中，惰性气源作为金属3D打印及过滤除尘过程中的保护介质，在过滤器中设置惰化剂作为预涂料，降低金属3D打印及过滤除尘过程中发生火灾甚至爆炸的风险，并使净化后的惰性气流可以直接返回金属3D打印机中循环使用，从而保证金属3D打印过程高效率，稳定性及安全可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及过滤净化领域，具体涉及一种金属3D打印机的过滤装置。
背景技术
金属3D打印是以金属粉末作为打印原料，按照设计模型利用激光束的高温对特定区域的金属粉末进行烧结，从而制得具有特定结构的产品。具体地，在激光束开始扫描前，铺粉装置先把金属粉末平推到成型缸的基板上，激光束再按当前层的填充轮廓线选区熔化基板上的金属粉末，加工出当前层，然后成型缸下降一个层厚的距离，粉料缸上升一个层厚的距离，铺粉装置再在已加工好的当前层上铺好金属粉末，3D打印设备调入下一层轮廓的数据进行3D打印加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕，完成金属3D打印。整个打印加工过程需要在充满惰性气体保护的加工室中进行，以避免金属粉末在高温下与活泼气体发生反应，甚至发生爆炸，从而保证加工过程的安全性。
由于在金属粉末烧结的过程中会产生烟气，而且，在铺粉过程中会有金属粉尘飞扬，加工室中的烟尘会影响激光束传播，进而降低金属3D打印的精度及工件的质量，因此，需要对加工室中的惰性气体进行除尘净化。最为简单的方法是不断向加工室中通入干净的惰性气体，将含尘气体排出加工室，然而，加工室中的含尘气体不仅含有激光烧结产生的烟气，还含有未反应的金属粉末，由于金属粉末的化学活性极高，在空气中达到一定浓度后极易发生火灾或爆炸，而且，高纯度惰性气体价格昂贵，在金属3D打印过程中捕集的烟尘具有易燃易爆性，与外界空气接触时极易发生燃烧或爆炸，如果将加工室中的含尘气体直排入大气中，不仅增加惰性气体的使用成本，而且，会造成较为严重的环境污染和极大的安全隐患。
传统的尘气净化装置主要分为湿法过滤装置和干法过滤装置两种，湿法过滤装置结构简单价格低廉，但是湿法过滤装置的捕集效率低，净化后的气体由于湿度的变化及含尘浓度高等因素无法循环使用，因此只能在某些实验室的小型金属3D打印机中使用，无法满足大规模工业化生产的需求；常规的干法过滤装置如滤袋或滤筒过滤装置，净化后的气体的含尘浓度一般在10mg/m3以上，对于金属3D打印设备来讲，该含尘浓度仍然过高，进而会影响金属3D打印设备的工作稳定性、使用寿命以及打印产品的质量。
因此，亟需开发一种能够充分净化金属3D打印机加工室中尘气中烟尘并且能够回收循环利用高纯度惰性气体的系统和方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种金属粉体3D打印系统过滤装置及方法，采用了惰性气源作为3D打印及过滤过程中的保护介质，采用了惰化物料作为预涂料，大大降低了金属粉体3D打印及过滤过程中发生火灾甚至爆炸的风险；通过烧结板过滤器的高效过滤，实现<0.2mg/m3的排放，同时烧结板滤料具有10年以上长使用寿命，保证了净化后的气流可以直接返回金属粉体3D打印机中循环使用，保证了金属粉体3D打印过程高效率，稳定性及安全可靠性。
本申请提供的金属3D打印机过滤装置包括采用管路相连通的惰性气源1、过滤器2、金属3D打印机3以及涡旋风机4，所述装置还包括检测仪表以及控制器5。
在一种可实现的方式中，所述过滤器2上开设有过滤器进风口2A和过滤器排风口2B，所述金属3D打印机3上开设有打印机进风口3A和打印机排风口3B，所述涡旋风机4上开设有涡旋风机进风口4A和涡旋风机排风口4B，其中，所述过滤器进风口2A与打印机排风口3B相连通，所述过滤器排风口2B与涡旋风机进风口4A相连通，涡旋风机排风口4B与打印机进风口3A相连通，构成闭式循环系统。
在一种可实现的方式中，所述过滤器2由上至下依次包括净气箱6、尘气箱7、灰斗8、卸料阀9和灰桶10，在所述尘气箱7中设置有用于滤除尘气中粉尘的滤料14，在所述净气箱6中设置有用于清理所述滤料的脉冲清灰器11，在所述净气箱6的箱体上还设置有用于释放所述过滤装置内气体压力的安全释压阀12，用于监测过滤装置内氧含量的所述氧含量检测仪13及用于排放气体惰化过程中所置换出的空气的排空放散阀17。
在一种可实现的方式中，所述滤料14为烧结板滤料，其中，所述烧结板滤料为聚乙烯烧结板，所述烧结板的基体具有多孔褶皱式结构，在所述烧结板滤料基体的表面涂覆有聚四氟乙烯涂层。
在一种可实现的方式中，在所述灰桶10中设有预涂料器15，在所述预涂料器15中设置有用于降低金属粉尘化学活性的惰化剂16。在所述灰桶10，所述惰化剂与灰桶10内收集的金属粉尘及烧结板滤料上捕集的金属粉尘充分混合，大大减少所述过滤装置发生火灾及爆炸的风险。
在一种可实现的方式中，在所述过滤器排风口2B与涡旋风机进风口4A之间装有气体流量检测仪18。
本申请还提供一种使用上述金属3D打印机过滤装置进行过滤的方法，在所述惰性气源1与所述金属3D打印机3之间的管路上设置有惰性气源阀1A，所述惰性气源1通过连通管路及所述惰性气源阀1A向所述金属3D打印机3、过滤器2中注入惰性气体，使得金属3D打印机过滤装置在正常工作时，所述金属3D打印机过滤装置处于惰性气体保护中，并且，所述惰性气体在所述金属3D打印机过滤装置内循环。
在一种可实现的方式中，所述脉冲清灰器11在金属3D打印过程中停止工作，在金属3D打印工作完成后或在金属粉体铺粉的间歇，关闭过滤器进气管路切断阀，脉冲清灰器按预设程序对所述滤料进行脉冲反吹清灰。
在一种可实现的方式中，在涡旋风机进风口的管路上安装有用于气体流量检测仪18，通过气体流量检测仪18提供的信号，所述控制器5通过对所述涡旋风机4采用变频调速控制从而控制所述金属3D打印过滤装置内循环气体流量稳定。
在一种可实现的方式中，金属3D打印过程中所产生的尘气通过所述打印机排风口3B以及过滤器进风口2A进入尘气箱7，尘气经过所述过滤器2的净化后，被滤除的粉尘排入灰斗8中，经过卸料阀9排入灰桶10中，净化后的气流排出过滤器排风口2B，通过涡旋风机返回金属3D打印机中循环使用。
本申请提供的金属3D打印过滤装置利用接口管路依次连通惰性气源1、过滤器2、涡旋风机4、各个阀门、各个检测仪表、控制器5以及与金属3D打印机3，采用惰性气源作为金属3D打印及过滤除尘过程中的保护介质，并在用于收集粉尘的灰桶中设置惰化剂作为预涂料，从而降低金属3D打印及过滤过程中由于金属粉尘与氧气接触而导致发生火灾甚至爆炸的风险；并且，本申请使用的过滤器为烧结板过滤器，从而实现过滤后排放的尾气中粉尘含量<0.2mg/m3，同时烧结板滤料具有10年以上长使用寿命，从而保证净化后的气流可以直接返回金属3D打印机中循环使用，从而保证金属3D打印过程高效率，稳定性及安全可靠性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
图1为根据一优选实施例示出的金属3D打印过滤装置示意图。
附图标记说明
1-惰性气源，1A-惰性气源阀，1B-惰化气体控制阀2-过滤器，2A-过滤器进风口，2B-过滤器排风口，2C-过滤器出气阀，3-金属3D打印机，3A-打印机进风口，3B-打印机排风口，3C-打印机进风阀门，3D-尘气出风阀门，4-涡旋风机，4A-涡旋风机进风口，4B-涡旋风机排风口，5-控制器，6-净气箱，7-尘气箱，7A-花板，7B-排氧进气口，8-灰斗，9-卸料阀，10-灰桶，11-脉冲清灰器，11A-压缩气包，11B-高压吹气管，11C-反吹进气阀，12-安全释压阀，13-氧含量检测仪，14-滤料，15-预涂料器，16-惰化剂，17-排空放散阀，18-气体流量检测仪，19-压力计。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下面通过具体的实施例对本申请中一种金属3D打印机过滤装置的结构及工作原理进行详细阐述。
图1为根据一优选实施例示出的一种金属3D打印机过滤装置的结构及工作原理示意图。如图1所示，一种金属3D打印机过滤装置包括采用管路相连通的惰性气源1、过滤器2、金属3D打印机3以及涡旋风机4，所述装置还包括检测仪表以及控制器5。
在本实施例中，所述惰性气源1用于向所述系统中提供保护气；所述过滤器2用于滤除所述保护气尾气中的粉尘；所述涡旋风机4用于为所述保护气提供动力；所述检测仪表用于检测所述装置中各项指标，如氧气含量、压力及气流速度等，包括氧含量检测仪、压力计和气体流量检测仪等；所述控制器5用于控制系统中各设备的运行。
在一种可实现的方式中，所述过滤器2上开设有过滤器进风口2A和过滤器排风口2B，所述金属3D打印机3上开设有打印机进风口3A和打印机排风口3B，所述涡旋风机4上开设有涡旋风机进风口4A和涡旋风机排风口4B，其中，所述过滤器进风口2A与打印机排风口3B相连通，所述过滤器排风口2B与涡旋风机进风口4A相连通，涡旋风机排风口4B与打印机进风口3A相连通，从而，所述惰性气源1、过滤器2、金属3D打印机3以及涡旋风机4构成闭式循环系统，气流可在所述闭式循环系统中循环流动。
在一种可实现的方式中，所述过滤器2由上至下依次包括净气箱6、尘气箱7、灰斗8、卸料阀9和灰桶10。
在一种可实现的方式中，所述净气箱6用于排出净化后的气体，在所述净气箱6中设置有用于监测尘气箱7与净气箱6压力差的压力计19，所述压力计19指示的压力差值能够指示所述滤料14的运行状态，例如，如果压力差值过大，表明所述滤料14表面沉积有过多的粉尘，尘气难以通过，此时需要清理滤料14。
在一种可实现的方式中，在所述净气箱6的箱体上设置有安全释压阀12和过滤器排风口2B，其中，所述安全释压阀12在过滤器内部压力超过设定值时，可释放多余的气体以保护过滤器安全运行。
在一种可实现的方式中，在所述净气箱6与所述尘气箱7之间设置有花板7A用于安装滤料14，从而将尘气箱7与净气箱6隔离。
在一种可实现的方式中，在所述净气箱6中还设置有脉冲清灰器11，所述脉冲清灰器11包括压缩气包11A和高压吹气管11B，所述高压吹气管11B的管上设有一排喷吹孔，每个喷吹孔与滤料14内腔相对设置。
在一种可实现的方式中，在所述尘气箱7中设置有用于滤除尘气中粉尘的滤料14，所述滤料14为烧结板滤料，其中，所述烧结板滤料为聚乙烯烧结板，所述烧结板的基体具有多孔褶皱式结构，在所述烧结板滤料基体的表面涂覆有聚四氟乙烯涂层。本申请人发现，使用所述烧结板滤料，能够实现对尘气的高效过滤，实现尾气中粉尘含量<0.2mg/m3。
在一种可实现的方式中，所述滤料14具有中空腔，烟尘被阻隔在滤料14的外表面，气体可以透过滤料14的微孔自内腔进入净气箱6中。
当所述滤料14需要清理时，关闭所述过滤装置，接通脉冲清灰器11，向所述滤料14的中空腔中脉冲吹入惰性气体，从而，将沉积于滤料14表面的粉尘吹落至灰桶10中，从而达到清理滤料14的效果。
在一种可实现的方式中，在所述过滤器排风口2B与涡旋风机进风口4A之间装有气体流量检测仪18。在一种可实现的方式中，所述灰斗8设置于尘气箱7下方，与所述尘气箱7连通，用于集中捕集到的粉尘。
在一种可实现的方式中，在所述灰斗8下方固定设置有灰桶10，所述灰桶10与所述灰斗8通过卸料阀9密闭连通。在所述灰桶10中设有预涂料器15，在所述预涂料器15中设置有用于降低金属粉尘化学活性的惰化剂16，所用惰化剂16用于惰化在灰桶10内收集的金属粉尘及烧结板滤料上捕集的金属粉尘，降低金属粉尘的化学活性，从而减少金属粉尘在灰桶10中燃烧或者爆炸的风险。可选地，所述惰化剂可以为碳酸钙粉体。可选地，所述惰化剂的加入量可以根据金属3D打印所使用的金属粉末种类以及用量等而调整。
在一种可实现的方式中，所述涡旋风机4与所述净气箱6连通，所述涡旋风机4为所述除尘体系中气体的流动提供动力。
在过滤器排风口2B与所述涡旋风机进风口4A之间设置有过滤器出气阀2C，使得惰性气体在所述涡旋风机4、金属3D打印机3和过滤器2之间循环流动。
在所述涡旋风机4上还设置有用于监测系统内气体流量的气体流量检测仪18，以及用于控制系统内流量稳定的变频控制器5。
所述涡旋风机4与所述打印机进风口3A连通，其间设有打印机进风控制阀3C。
在一种可实现的方式中，所述尘气箱7与所述打印机排风口3B连通，可选地，在所述尘气箱7上开设有过滤器进风口2A，在所述过滤器进风口2A与所述打印机排风口3B设置有用于控制尘气是否输出的尘气出风阀门3D。
可选地，涡旋风机4采用变频调速控制，在涡旋风机4的进风口管路上安装有气体流量检测装置(18)，通过气体流量检测装置提供的信号以及控制器5，可以对系统的气体流量进行控制，保证在金属3D打印过程中循环气体流量稳定不变。
在一种可实现的方式中，在所述惰性气源1的出口设置有惰性气源阀1A。在所述惰性气源阀1A与所述压缩气包11A的进气口之间设置有反吹进气阀11C；在所述惰性气源阀1A与所述排氧进气口7B之间设置有惰化气体控制阀1B；在所述过滤器排风口2B与所述涡旋风机进风口4A之间设置有过滤器出气阀2C；在所述的过滤器的净气箱6上设有用于排放气体惰化过程中所置换出的空气的排空放散阀17。在所述打印机排风口3B与所述过滤器进风口2A之间设置有尘气出风阀门3D，所述尘气出风阀门3D与所述过滤器进风口2A连通。
本申请还提供一种使用上述金属3D打印机过滤装置进行过滤的方法，在所述惰性气源1与所述金属3D打印机3之间的管路上设置有惰性气源阀1A，所述惰性气源1通过连通管路及所述惰性气源阀1A向所述金属3D打印机3、过滤器2中注入惰性气体，使得金属3D打印机过滤装置在正常工作时，所述金属3D打印机过滤装置处于惰性气体保护中，并且，所述惰性气体在所述金属3D打印机过滤装置内循环。
在一种可实现的方式中，所述脉冲清灰器11在3D打印过程中停止工作，但是在3D打印工作完成后或在金属粉体铺粉的间歇，关闭尘气出风阀门3D，脉冲清灰器按预设程序对所述滤料进行脉冲反吹清灰。
在一种可实现的方式中，在涡旋风机进风口的管路上安装有用于气体流量检测仪18，通过气体流量检测仪18提供的信号，所述控制器5通过对所述涡旋风机4采用变频调速控制从而控制所述金属3D打印过滤装置内循环气体流量稳定。
在一种可实现的方式中，金属3D打印过程中所产生的尘气通过所述打印机排风口3B以及过滤器进风口2A进入尘气箱7，尘气经过所述过滤器2的净化后，被滤除的粉尘排入灰斗8中，经过卸料阀9排入灰桶10中，净化后的气流排出过滤器排风口2B，通过涡旋风机返回金属3D打印机中循环使用。
本实用新型所涉及的一种金属3D打印机过滤装置的工作原理如下：
在金属3D打印开始之前，首先向过滤器2的灰桶10中的预涂料器15中按规定的数量加入惰化剂16，惰化剂通常采用一定粒径的碳酸钙粉体，将灰桶10与卸料阀9的底部连接，严格保证气密性，同时打开卸料阀9。打开惰性气源1，通过管路及管路上设置的惰性气源阀1A向金属3D打印机3、过滤器2及其连接管路注入惰性气体，置换出管路、过滤器2、金属3D打印机3及配套装置中的空气，置换出的空气通过排空放散阀17排出。当所述氧含量检测仪13及压力计19上显示的装置内氧含量及气体压力分别达到设定值时，金属3D打印机开始工作。启动涡旋风机4，将系统风量调整至设定值，在负压的作用下，金属3D打印过程中所产生的烟尘通过打印机排风口3B、连接管路及管路上设置的尘气出风阀门3D、过滤器进风口2A进入过滤器2中，烟尘被安装于尘气箱7中的滤料14所捕集，净化后的气流通过净气箱6、过滤器排风口2B、气流气体流量检测仪18、涡旋风机进风口4A、涡旋风机4、涡旋风机排风口4B及连接管道重新从打印机进风口3A送入金属3D打印机3的工作室内循环使用。在金属3D打印过程中，随着滤料14上所捕集的烟尘的增加，装置内过滤的阻损相应也会增加，通过气体流量检测仪18的检测信号，所述控制器5可以对涡旋风机进行调频控制，保证在整个3D打印过程中气流量的稳定。在金属3D打印工作完成后，或在金属粉体铺粉的间歇，在关闭尘气出风阀门3D后，脉冲清灰器11按设定的程序进行脉冲反吹清灰。灰尘从尘气箱7掉入灰斗8中，并通过灰斗8下部的卸料阀9进入灰桶10中，灰尘与灰桶10中预涂料器15中的惰化剂16混合。整个金属3D打印过程结束后，关闭涡旋风机4，关闭卸料阀9，卸下灰桶10，并将灰桶10中的烟尘与惰化剂的混合物清除干净，重新加入新的惰化剂，并将灰桶10重新复位，为下一次3D打印做好准备工作。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种金属3D打印机的过滤装置，其特征在于，所述装置包括采用管路相连通的惰性气源(1)、过滤器(2)、金属3D打印机(3)以及涡旋风机(4)，所述装置还包括检测仪表以及控制器(5)；所述过滤器(2)上开设有过滤器进风口(2A)和过滤器排风口(2B)，所述金属3D打印机(3)上开设有打印机进风口(3A)和打印机排风口(3B)，所述涡旋风机(4)上开设有涡旋风机进风口(4A)和涡旋风机排风口(4B)，其中，所述过滤器进风口(2A)与打印机排风口(3B)相连通，所述过滤器排风口(2B)与涡旋风机进风口(4A)相连通，涡旋风机排风口(4B)与打印机进风口(3A)相连通，构成闭式循环系统。
2.根据权利要求1所述的金属3D打印机的过滤装置，其特征在于，所述过滤器(2)由上至下依次包括净气箱(6)、尘气箱(7)、灰斗(8)、卸料阀(9)和灰桶(10)，在所述尘气箱(7)中设置有用于滤除尘气中粉尘的滤料(14)，在所述净气箱(6)中设置有用于清理所述滤料的脉冲清灰器(11)，在所述净气箱(6)的箱体上还设置有用于释放所述过滤装置内气体压力的安全释压阀(12)，用于监测过滤装置内氧含量的氧含量检测仪(13)及用于排放气体惰化过程中所置换出的空气的排空放散阀(17)。
3.根据权利要求2所述的金属3D打印机的过滤装置，其特征在于，所述滤料(14)为烧结板滤料，其中，所述烧结板滤料为聚乙烯烧结板，所述烧结板的基体具有多孔褶皱式结构，在所述烧结板滤料基体的表面涂覆有聚四氟乙烯涂层。
4.根据权利要求2所述的金属3D打印机的过滤装置，其特征在于，在所述灰桶(10)中设有预涂料器(15)，在所述预涂料器(15)中设置有用于降低金属粉尘化学活性的惰化剂(16)。
5.根据权利要求1所述的金属3D打印机的过滤装置，其特征在于，在所述过滤器排风口(2B)与涡旋风机进风口(4A)之间装有气体流量检测仪(18)。
Priority Applications (1)
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| CN201821985717.6U CN210057641U (zh) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | 一种金属3d打印机的过滤装置 |
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Cited By (2)
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| CN109248508A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-01-22 | 北京柯林柯尔科技发展有限公司 | 一种金属3d打印机的过滤装置及方法 |
| CN116748537A (zh) * | 2023-06-01 | 2023-09-15 | 厦门五星珑科技有限公司 | 一种智能金属3d打印设备的打印反吹模块 |
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2018
- 2018-11-29 CN CN201821985717.6U patent/CN210057641U/zh active Active
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