一种3d打印机只对加工仓密封的结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于3D打印机密封仓抽真空领域，具体地说是一种3D打印机只对加工仓密封的结构。所述结构包括密封仓、导向桶、工型推杆、通气管及三通导气结构，其中导向桶的上端与密封仓的底部连接、并与密封仓连通，导向桶的下端为敞开式，工型推杆包括推杆上部平台、推杆平台连接件及推杆下部平台，推杆上部平台设置于导向桶内、并与导向桶的内壁滑动连接，通气管的一端与密封仓连通，另一端通过三通导气结构与导向桶连通。伺服电机驱动工型推杆上下移动，通过对伺服电机扭矩力矩的实时监测来判断压紧处承受的作用力是否能继续保证密封效果。本实用新型只需要对较小的加工仓环境进行空气处理，节省了很大的时间、耗材以及制造成本。
【专利说明】—种3D打印机只对加工仓密封的结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于3D打印机密封仓抽真空领域，具体地说是一种3D打印机只对加工仓密封的结构，可应用于激光立体快速成型、3D打印所需要的手套箱、密封仓等领域。
【背景技术】
[0002]在3D打印【技术领域】，有一项关键技术是将加工区域密封，通过抽真空将氧气降低而后充入保护气如氩气，保证加工区域氧含量低至被加工零件不会氧化。使用时，3D打印机密封仓内部在加工零件各条件准备好后，将密封仓关闭，开启真空泵对密封仓进行抽真空，当真空度至最低点极限时，关闭真空泵，打开氩气阀门，对密封仓内部充入氩气保护气，当内部气压略大于外部大气压时停止。至此所有抽真空和加压过程完毕。如图1、图2所示，整体密封仓主要由上部加工仓A、下部电机仓B (或传动仓)以及导通气管C组成。下部安装电机带动升降杆D进行上下移动，以实现3D打印工艺的升降要求。由于升降杆D所在部分导致加工仓A与电机仓B空隙太大，因此国内外现行的方法主要是采用两仓制作为一体的密封仓，在抽真空及注入IS气时，对两个仓内环境一并进行。
[0003]当对加工仓A进行抽真空式，升降杆D所在区域上下将产生大气压强，升降杆D上部平台的四周存在密封条等部件在大气压强的作用下很有可能产生损坏或变形，不但会漏气而且会导致机构损坏。因此在侧面需要加入导气管C，以便达到上下气压平衡。基于传动机构导致加工仓A与电机仓B之间的空隙较大，且存在往复移动，不便于在较大压强下进行密封的原因，目前将整体结构进行密封抽真空的方法较为常用。但是由于电机仓B内电机传动等机构通常比较复杂，因此其实际空间将远大于加工仓A。实际使用加工仓A内达到工艺要求，却要对整体环境均进行处理，在处理时间和材料成本上消耗都很大，存在处理时间较长、气体消耗材料浪费及大工件密封仓加工难度等各方面的缺陷。
[0004]中国专利CN102164696A公开了一种密封仓的结构互联的方式方法，该结构采用的是两个仓体通过导气管线连接，平衡两仓中气压，抽真空时，两个仓的压力实现平衡，从而达到避免出现加工仓和电机仓之间存在的压力差，将压力作用于导向杆所在的密封部位，该结构方法令导向杆密封处不会因此出现漏气的风险。但其主要缺点在于，需要做空气环境处理的空间体积较大，如前所述，远大于实际使用的加工仓A空间。另外电机仓内涵盖电气元件及电控产品，这些电控产品需要与设备外进行电气供电、控制以及通讯等连接，在处理相关密封时，增加了难度及漏气点故障隐患。
实用新型内容
[0005]针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种3D打印机只对加工仓密封的结构。实现在抽真空时只针对加工仓内小环境的空气处理，保证在设备使用时避免了不必要空间中空气环境处理时产生的时间及材料等成本的浪费，小空间的环境比大空间环境范围的空气处理上时间以及耗材等都将节省很多，而且因为不需要对电机安装仓环境做密封，将避免了大量各种电气电缆在接口密封处理的难题。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0007]一种3D打印机只对加工仓密封的结构，包括密封仓、导向桶、工型推杆、通气管及三通导气结构，其中导向桶的上端与密封仓的底部连接、并与密封仓连通，所述导向桶的下端为敞开式，所述工型推杆包括推杆上部平台、推杆平台连接件及推杆下部平台，所述推杆上部平台和推杆下部平台通过推杆平台连接件连接，所述推杆上部平台设置于导向桶内、并与导向桶的内壁滑动连接，所述推杆下部平台位于导向桶的下端外侧，所述通气管的一端与密封仓连通，另一端通过三通导气结构与导向桶连通；在密封仓抽真空时，所述工型推杆向上移动，使所述推杆下部平台与导向桶的下端密封连接。
[0008]所述推杆下部平台大于推杆上部平台，所述推杆下部平台与导向桶之间设有推杆密封垫。
[0009]所述三通导气结构包括三通管、密封仓侧阀门、通大气侧阀门及导向桶侧阀门，其中密封仓侧阀门设置于三通管的第一个端口与密封仓之间的管路上，所述通大气侧阀门设置于三通管与大气连通的第二个端口上，所述导向桶侧阀门设置于三通管的第三个端口与导向桶之间的管路上。
[0010]所述密封仓设置于支架的顶部，所述工型推杆的底部通过电机传动机构与安装在支架底部的伺服电机连接，所述伺服电机通过通讯电缆与电控柜连接。所述伺服电机与电机传动机构之间设有扭矩传感器，所述扭矩传感器与电控柜连接。
[0011]本实用新型具有以下有益效果及优点:
[0012]1.本实用新型实时的扭矩监测可以知道抽真空的密封情况，通过扭矩值来调整电机压力避免漏气，同时在对密封仓环境进行抽真空、充保护气等处理时，由于有效的将导向桶处进行了密封，因此不需要对电机及传动机构所在位置考虑气压平衡，减少了气体处理的实际空间,节约了时间和材料成本。
[0013]2.本实用新型因为只需要对密封仓进行密封，所以电机及传动机构所在位置可以开放式的安装，有利于日常的维护和检修，而且相关的所有电控电缆也不会受密封的影响。
[0014]3.本实用新型小尺寸的密封仓在生产制造时也相比大尺寸的同类产品成本降低很多。节约了生产制造成本，将提高了很大的市场竞争力。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为常用密封仓的结构示意图；
[0016]图2为图1的剖面示意图；
[0017]其中:A为加工仓，B为电机仓，C为通气管，D为升降杆。
[0018]图3为本实用新型的结构示意图；
[0019]图4为本实用新型工作时的结构示意图；
[0020]图5为本实用新型在快速成型制造中的配置示意图。
[0021]其中:1为密封仓，2导向桶，3为工型推杆，301为推杆上部平台，302为推杆平台连接件，303为推杆下部平台，4为导气管，5为三通管件，6为密封仓侧阀门，7为通大气侧阀门，8为导向桶侧阀门,9为推杆密封垫，10为支架，11为电机传动机构，12为伺服电机,13为通讯电缆，14为电控柜。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0023]如图1-4所示，本实用新型包括密封仓1、导向桶2、工型推杆3、通气管4及三通导气结构，其中导向桶2的上端与密封仓I的底部连接、并与密封仓I连通，所述导向桶2的下端为敞开式。所述工型推杆3包括推杆上部平台301、推杆平台连接件302及推杆下部平台303,所述推杆上部平台301和推杆下部平台303通过推杆平台连接件302连接,所述推杆上部平台301设置于导向桶2内、并与导向桶2的内壁滑动连接。所述推杆下部平台303位于导向桶2的下端外侧，所述推杆下部平台303大于推杆上部平台301。所述通气管4的一端与密封仓I连通，另一端通过三通导气结构与导向桶2连通。在密封仓I抽真空时，所述工型推杆3向上移动，使推杆下部平台303与导向桶2的下端密封连接，所述推杆下部平台303与导向桶2之间设有推杆密封垫9。
[0024]所述推杆密封垫9的材质可以为橡胶或铜、铝等软质的金属材料。推杆密封垫9可以安装于推杆下部平台303上，也可以安装于导向桶2的底部。两个部件上相应挤压密封垫的部位可以为光滑平面，或者加工出相应的凹槽或者是凹槽配凸台来安装推杆密封垫9，凹槽可在推杆下部平台303上，也可以在导向桶2底部四周的平面上。
[0025]所述三通导气结构包括三通管5、密封仓侧阀门6、通大气侧阀门7及导向桶侧阀门8，其中密封仓侧阀门6设置于三通管5的第一个端口与密封仓I之间的管路上，所述通大气侧阀门7设置于三通管5与大气连通的第二个端口上，所述导向桶侧阀门8设置于三通管5的第三个端口与导向桶2之间的管路上。本实施例中密封仓侧阀门6、通大气侧阀门7及导向桶侧阀门8采用气动阀，也可采用电磁阀或手动阀。各阀门在不同情况进下，进行不同的开启关闭组合来平衡各部分的大气压强，避免大气压差导致非应力部位受大气气压损坏。
[0026]如图5所示，在快速成型制造中，所述密封仓I设置于支架10的顶部，所述工型推杆3的底部通过电机传动机构11与安装在支架10底部的伺服电机12连接，所述伺服电机12通过通讯电缆13与电控柜14连接。所述伺服电机12与电机传动机构11之间设有扭矩传感器，所述扭矩传感器与电控柜14连接。所述电控柜14为触屏电控柜，通过触摸屏上的操作来实现对工型推杆3的升降监控。
[0027]所述3D打印机只对加工仓密封的结构的控制方法是:所述伺服电机12驱动工型推杆3向上移动，直至推杆下部平台303与导向桶2的下端压紧密封，使密封仓1、导向桶2及通气管4形成一个密封整体，在密封仓I抽真空或导向桶2导气时均通过三通导气结构实现气压平衡。
[0028]所述密封仓I抽真空时，关闭大气侧阀门7，开启密封仓侧阀门6及导向桶侧阀门8，使密封仓I和导向桶2内的气压平衡；所述密封仓I内抽真空完毕后，关闭密封仓侧阀门6，开启通大气侧阀门7和导向桶侧阀门8，使导向桶2与大气中气压平衡。所述伺服电机12驱动工型推杆3向下移动，使推杆下部平台303与导向桶2的下端分离，所述推杆上部平台301向下移动、将导向桶2内的气体导出。所述扭矩传感器将监测信号反馈给电控柜14，以便判断推杆下部平台303与导向桶2的下端压紧密封情况。
[0029]本实用新型的工作原理是:
[0030]按照工艺要求，先对密封仓I进行抽真空，将压力降至尽可能低，而后充入保护惰性气体直至压力稍微高于大气压强为止，当氧气达标后保持密封及内部略微正压状态进行加工。如图3所示，本设备在抽真空时，先将工型推杆3升至最高处，令推杆上部平台301略高于加工平台，但推杆上部平台301四周仍然与导向桶2之间存在防粉尘的密封，推杆下部平台303与导向桶2之间夹紧推杆密封垫9来增强密封。将密封仓侧阀门6及导向桶侧阀门8打开，关闭大气侧阀门7，这样密封仓I将与导向桶2联通，保证两个仓内部的气压平衡。导向桶2中气体可以导出，在密封仓I内气压变化时，大气压强的作用力差只作用在推杆下部平台303上，不会殃及推杆上部平台301四周的密封。密封及导气工作完成后，可以先进行抽真空的工作。通过电控柜14的显示器实时反映的伺服电机12的扭矩情况来判断推杆密封垫9的压紧情况。所述伺服电机12通过电机传动机构11最后反映的扭矩情况:对于伺服电机12保持现状将受到如工件重力、摩擦阻力、工型推杆3与导向桶2夹紧推杆密封垫9时阻挡弹力等，综合力将向下方向暂定扭矩为正值L+，抽真空时由于工型推杆3的上下表面的压强差将产生向上的压力，当综合力向上方向时，暂定扭矩值为L-，通过实时观测L的土变化情况来及时调整伺服电机12状态，避免伺服电机12过载以及推杆密封垫9处丢失压紧力而漏气，从而达到辅助并实时监测密封的效果。抽真空结束后充入保护惰性气体直至密封仓I内部压力稍大于大气压强，首先关闭密封仓侧阀门6，而后打开大气侧阀门7，让导向桶2内气压与大气压强保持一致，防止推杆密封垫9处在推杆下部平台303离开导向桶2时，由于存在气压差的气体作用力而损坏。由于密封仓I内的大气压强只稍微大于大气压，因此对于伺服电机12的正常运行的影响可以忽略，同时推杆上部平台301四周密封圈的密封效果也不会受压力而漏气，而且由于内部存在保护惰性气体的正压，空气将不会进入，仍然能保证工艺的加工要求。
[0031]本实用新型可通过伺服电机自带的扭矩监控，利用其驱动器将信号反馈给PLC，再在触摸屏上显示出来，也可以将驱动器的信号反馈给工控机，在其他显示设备上显示，也可以使用扭矩传感器来监测信号反馈给PLC或者工控机来进行运算处理。通过对伺服电机扭矩力矩的实时监测来判断压紧处承受的作用力是否能继续保证密封效果。在工型推杆3与导向桶2挤压时，将测得阻力扭矩情况，当抽真空时，由于工型推杆3底面两侧存在大气压力差扭矩将会变化，通过实时的监测扭矩来调整伺服电机12的运行，保证了抽真空时对密封处时刻保持压紧状态，伺服电机过载或密封条处压紧力量不够导致漏气报警。
【权利要求】
1.一种3D打印机只对加工仓密封的结构，其特征在于:包括密封仓(I)、导向桶(2)、工型推杆(3)、通气管(4)及三通导气结构，其中导向桶(2)的上端与密封仓(I)的底部连接、并与密封仓(I)连通，所述导向桶(2)的下端为敞开式，所述工型推杆(3)包括推杆上部平台(301)、推杆平台连接件(302)及推杆下部平台(303)，所述推杆上部平台(301)和推杆下部平台(303)通过推杆平台连接件(302)连接，所述推杆上部平台(301)设置于导向桶⑵内、并与导向桶⑵的内壁滑动连接，所述推杆下部平台(303)位于导向桶(2)的下端外侧，所述通气管(4)的一端与密封仓(I)连通，另一端通过三通导气结构与导向桶(2)连通；在密封仓(I)抽真空时，所述工型推杆(3)向上移动，使所述推杆下部平台(303)与导向桶(2)的下端密封连接。
2.按权利要求1所述的3D打印机只对加工仓密封的结构，其特征在于:所述推杆下部平台(303)大于推杆上部平台(301)，所述推杆下部平台(303)与导向桶(2)之间设有推杆密封垫(9)。
3.按权利要求1所述的3D打印机只对加工仓密封的结构，其特征在于:所述三通导气结构包括三通管(5)、密封仓侧阀门(6)、通大气侧阀门(7)及导向桶侧阀门(8)，其中密封仓侧阀门(6)设置于三通管(5)的第一个端口与密封仓(I)之间的管路上，所述通大气侧阀门(7)设置于三通管(5)与大气连通的第二个端口上，所述导向桶侧阀门(8)设置于三通管(5)的第三个端口与导向桶(2)之间的管路上。
4.按权利要求1-3任一项所述的3D打印机只对加工仓密封的结构，其特征在于:所述密封仓(I)设置于支架(10)的顶部，所述工型推杆(3)的底部通过电机传动机构(11)与安装在支架(10)底部的伺服电机(12)连接，所述伺服电机(12)通过通讯电缆(13)与电控柜(14)连接。
5.按权利要求4所述的3D打印机只对加工仓密封的结构，其特征在于:所述伺服电机(12)与电机传动机构(11)之间设有扭矩传感器，所述扭矩传感器与电控柜(14)连接。
【文档编号】B29C67/00GK203945696SQ201420381332
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】董宇, 刘长勇, 张翼飞, 李建忠, 王宇志, 李金梁 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司