一种增材制造激光成型设备的除尘装置的制作方法

本实用新型属于增材制造设备领域，尤其是涉及一种增材制造激光成型设备的除尘装置。

背景技术：

增材制造俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除-切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

目前工业应用的增材制造主流技术都是利用激光为能量源将粉末熔化或粘结成型，例如SLM、SLS、LSF等技术。其激光在进行粉末熔融的过程中，会伴有烟尘的产生、如果不能及时处理，会造成成型区域烟尘污染，甚至覆盖激光系统防护镜面，造成激光无法有效通过透镜，导致透镜烧毁；同时成型表面因为无法得到有效的激光能源，而造成零件成型失败。现有的处理办法一般如下：采用除尘过滤系统作为增材制造激光成型的辅助机构或辅助设备，其原理是通过大流量循环风机产生风量吹入成型腔体中，并在成型表面产生稳定的气体流量，快速带走成型过程中的烟尘，同时利用风机进口端过滤装置将气体中的烟尘过滤掉，并将清洁后的气体再次吹入成型腔体中，形成稳定的过滤除尘循环系统。

但是现有除尘过滤系统中往往只有一道过滤装置，过滤效果欠佳；而且在过滤过程中，金属粉末颗粒会随烟尘一起被过滤，这会造成过滤装置寿命急剧下降，需要频繁更换滤芯；但是一旦在成型过程中滤芯堵塞就需要停机更换滤芯，以至于最终造成成型件加工失败的后果，存在设备工作效率低、成本高的技术问题。同时钛、铝等活泼金属粉末产生的大颗粒的金属冷凝物，具有易于燃烧的危险，因此过滤装置内氧含量的监测成为必须。因此如何提高过滤效果、实现无需停机就可更换或清理滤芯、且保证过滤过程的安全，成为了提升造型水平的关键。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种过滤效果好、安全易操作、无需停机就可更换或清理滤芯的增材制造激光成型设备的除尘装置。

本实用新型是这样实现的：

一种增材制造激光成型设备的除尘装置，包括进气口、出气口、风机、第一初级过滤装置、第二初级过滤装置、第一进气阀组、第一出气阀组、第二进气阀组和第二出气阀组；

第一初级过滤装置通过第一进气阀组与进气口连接，第一初级过滤装置通过第一出气阀组与出气口连接；

第二初级过滤装置通过第二进气阀组与进气口连接，第二初级过滤装置通过第二出气阀组与出气口连接；

所述风机设在出气口处。

由于设有两个初级过滤装置，在第一初级过滤装置过滤能力降低时切换到第二初级过滤装置，此时可根据第一初级过滤装置的过滤能力选择清理或更换第一初级过滤装置内的滤芯。

进一步的，所述除尘装置还包括设有次级过滤装置，第一初级过滤装置通过第一出气阀组与次级过滤装置连接，第二初级过滤装置通过第二出气阀组与次级过滤装置连接，次级过滤装置与出气口连接。这样气体经过初级过滤装置过滤后再通过次级过滤装置进行二次过滤，可以提升气体洁净度。

进一步的，次级过滤装置包括方形滤芯箱和设置在方形滤芯箱内的方形滤芯。所述方形滤芯箱底部设有滑轨，方形滤芯可沿滑轨滑入方形滤芯箱内。这样的结构设置能使方形滤芯通过凸轮轴快速压紧装置压紧在滑轨上。

进一步的，所述第一初级过滤装置和第二初级过滤装置内均设有反吹装置；所述反吹装置与所述第一滤筒/第二滤筒之间通过反吹气口连接；第一滤筒/第二滤筒底部连接有第一废料桶/二废料桶。

反吹装置通过向第一初级过滤装置和第二初级过滤装置内的滤芯反向吹气，将滤芯上的灰尘吹落，延长滤芯使用寿命。

进一步，反吹装置包括气瓶，与气瓶连接的进气阀、压力控制器和快速排气装置；所述快速排气装置设在所述气瓶的端口，所述进气阀设于快速排气装置上，所述进气阀的一端设有反吹装置进气口、另一端设有反吹装置出气口。

进一步，本实用新型的除尘装置还包括切换控制系统；所述切换控制系统包括：用于检测进气口和出气口气压差的压差控制器、控制第一进气阀、第一出气阀、第二进气阀、第二出气阀开关的执行装置及第一报警灯；该压差控制器的I/O端子分别与执行装置、第一报警灯的触发端子电连接；所述执行装置的I/O端子分别与阀组第一进气阀、第一出气阀、第二进气阀、第二出气阀、反吹装置的触发端子电连接。

压差控制器向第一报警灯发送报警信号，压差控制器向执行装置发送切换信号。压差控制器可以实时监测进气口和出气口处的压差，当进气口和出气口压差超过设定值，压差控制器发送报警信号告知操作人员正在使用的筒形滤网被灰尘或金属颗粒堵塞严重，需要切换到另一个滤筒并对堵塞严重的筒形滤网进行反吹清洗或更换。同时由于设有控制阀门开、关的执行装置，压差控制器可向执行装置发送控制信号，执行装置向阀门发送开关信号控制阀门开关从而达到自动切换初级过滤装置的目的。

进一步的，第一滤筒内和第二滤筒内分别设有检测氧气含量的氧传感器，氧传感器的I/O端子与第二报警灯的触发端子电连接。氧传感器用于检测第一滤筒和第二滤筒内氧气含量，并将检测信号发送给第二报警灯。这样可以实时监测滤筒内氧含量，确保滤筒内氧含量在安全范围内。

进一步的，所述第一进气阀组、第一出气阀组、第二进气阀组、第二出气阀组分别包括一个气动蝶阀和一个手动蝶阀。气动蝶阀和手动蝶阀的设置使操作人员可选择通过手动或系统自动进行第一初级过滤装置和第二初级过滤装置的切换。

更进一步，还设有外箱体，在所述外箱体的正面和背面均设有装有电子门锁的安全门，安全门的外部设有控制屏，控制屏可显示滤芯状态，并可通过控制屏操控第一初级过滤装置和第二初级过滤装置的工作状态，完成对滤芯的反吹操作。

综上所述，本实用新型的除尘装置，相较于现有技术的除尘装置，不仅过滤效果好，而且过滤装置寿命延长，不再需要频繁更换滤芯；另外操作人员可以手动或自动切换第一初级过滤装置和第二初级过滤装置的工作状态，在不停机的情况就可更换或清理滤芯，避免了成型件加工失败的后果，提高了增材制造的水平、降低了成本，同时能够保证过滤过程的安全。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例除尘过滤系统的正面结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例除尘过滤系统的背面结构示意图；

图3是本实用新型优选实施例除尘过滤系统的第一滤筒/第二滤筒部分结构示意图；

图4是本实用新型优选实施例除尘过滤系统的次级过滤系统部分结构示意图。

图5是本实用新型优选实施例除尘过滤系统的反吹装置结构示意图。

图中：

1、第一报警灯；2、风机；

3、次级过滤装置；31、方形滤芯箱；32、滑轨；33、凸轮；34、方形滤芯；35、转轴；36、把手；

4、第一出气阀组；

5、反吹装置；51、气瓶；52、进气阀；53、压力控制器；54、快速排气阀；55、反吹装置进气口；56、反吹装置出气口；

6、第一滤筒；7、第一进气阀组；8、第一废料桶；9、安全门；10、第二报警灯；11、出气口；12、执行装置；13、第二出气阀组；14、第二滤筒；15、进气口；16、第二进气阀组；17、第二废料桶；18、氧传感器；19、滤芯；20、反吹气口；21、外箱体。

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，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

增材制造激光成型设备属于一种高端的材料成型设备，人们在享受增材制造带来的便利时，除尘装置却存在如过滤效果差、过滤装置寿命低、更换滤芯需停机、存在易燃风险等各种问题。

针对上述问题，如图1至图4所示，本实用新型提供了一种增材制造激光成型设备的除尘装置，包括进气口15、出气口11、风机2、第一初级过滤装置、第二初级过滤装置、第一进气阀组7、第一出气阀组4、第二进气阀组16和第二出气阀组13；

第一初级过滤装置通过第一进气阀组7与进气口15连接，第一初级过滤装置通过第一出气阀组4与出气口11连接；

第二初级过滤装置通过第二进气阀组16与进气口15连接，第二初级过滤装置通过第二出气阀组13与出气口11连接；

所述风机2设在出气口11处。

优选的，如图3所示，所述第一初级过滤装置包括第一滤筒6，第一滤筒6内设有滤芯19；同样，第二初级过滤装置包括第二滤筒14，第二滤筒14内也设有滤芯19。

优选的，所述第一进气阀组7、第一出气阀组4、第二进气阀组16和第二出气阀组13均包括一个气动蝶阀和一个手动蝶阀。

为了进一步提高除尘装置过滤的效果，进一步的，所述除尘装置还包括次级过滤装置，第一初级过滤装置通过第一出气阀组4与次级过滤装置3连接，第二初级过滤装置通过第二出气阀组13与次级过滤装置3连接，次级过滤装置3与出气口11连接。

为了延长滤芯使用寿命，优选的，第一初级过滤装置和第二初级过滤装置内均设有反吹装置5，以下以第一初级过滤装置为例进行说明：所述反吹装置5与第一滤筒6连接，并向第一滤筒6内的滤芯19吹气，第一滤筒6底部连接有第一废料桶8，用于收集第一滤筒6内的废料；如图4所示，反吹装置5包括气瓶51，与气瓶连接的进气阀52、压力控制器53、快速排气装置54；所述快速排气装置54设在所述气瓶51的端口，所述进气阀52设于快速排气装置54上，所述进气阀52的一端设有反吹装置进气口55、另一端设有反吹装置出气口56；

所述反吹装置5与所述第一滤筒6之间通过反吹气口20连接；具体的，所述反吹气口20的一端与所述反吹装置出气口56连接，反吹气口20的另一端/内部伸入第一滤筒6内部。

当第一初级过滤装置上的反吹装置5工作时，反吹装置5上的气瓶51通过向第一初级过滤装置内的滤芯反向吹气，将滤芯19上的灰尘吹落；反吹结束后，由于压力控制器53监测气瓶51中气压过低，开始通过反吹装置进气口55向气瓶51中充入足够气体，以便下次反吹使用。

第二初级过滤装置与反吹装置5的连接关系同上，此处不再赘述。第二滤筒14底部连接有第二废料桶17，用于收集第二滤筒14内的废料。

本实用新型的除尘装置还包括切换控制系统；所述切换控制系统包括：用于检测进气口和出气口气压差的压差控制器、控制阀组(第一进气阀、第一出气阀、第二进气阀、第二出气阀)开关的执行装置12及提示用的第一报警灯1；该压差控制器的I/O端子分别与执行装置12、第一报警灯1的触发端子电连接；所述执行装置12的I/O端子分别与阀组(第一进气阀、第一出气阀、第二进气阀、第二出气阀)、反吹装置5的触发端子电连接。

压差控制器的一个压力元件位于进气口15处，进而对进气气压进行检测；压差控制器的另一个压力元件位于出气口11处，进而对出气气压进行检测，即可以实时监测进气口15和出气口11的气压差；当进气口和出气口压差超过设定值，例如2000Pa(滤芯、管路结构等不同该值不一样，以实际测量为准)时说明出气口的压差过低，此时压差控制器向第一报警灯1发送报警信号，告知操作人员正在使用的筒形滤网被灰尘或金属颗粒堵塞严重，需要切换到另一个滤筒并对堵塞严重的筒形滤网进行反吹清洗或更换。操作人员此时应向执行装置发出切换初级过滤装置的控制指令；当第一报警灯1发出报警信号几分钟后，如操作人员没有应答，则压差控制器向执行装置12发送切换信号，执行装置12向第一进气阀、第一出气阀、第二进气阀、第二出气阀发送开关信号切换第一初级过滤装置和第二初级过滤装置的工作状态，同时执行装置12向反吹装置5发送反吹洗信号，反吹装置5对处于非工作状态的初级过滤装置的滤芯19进行反吹清理。

优选的，第一滤筒6内和第二滤筒14内分别设有用于检测氧气含量的氧传感器18，氧传感器18分别设在第一滤筒6和第二滤筒14内，实时监测滤筒内氧含量，当氧含量高于安全值时，氧传感器18将检测信号发送给第二报警灯10，从而可以确保滤筒内氧含量在安全范围内(例如不大于4％，根据过滤材质不同，该值不一样)。

优选的，如图5所示，次级过滤装置3包括方形滤芯箱31和设置在方形滤芯箱31内的方形滤芯34。所述方形滤芯箱31底部设有滑轨32，方形滤芯34可沿滑轨32滑入方形滤芯箱31内。

方形滤芯箱31顶板设有两个相互平行的下压凸轮组，下压凸轮组包括两个凸轮33和与两个凸轮33固定连接的转轴35，转轴35与方形滤芯箱31顶板转动连接，转轴向方形滤芯箱31外部延伸并形成把手36。

安装方形滤芯34时，将方形滤芯34沿着滤芯滑轨32平滑进入工作位置，通过把手36转动两个下压凸轮组，将凸轮33长端转向下方形滤芯34方向，紧紧压住方形滤芯34顶部四个角，从而使方形滤芯34的密封面紧紧贴合在滤芯滑轨32表面，实现快速、方便的密封。

还设有外箱体21，所述进气口15和出气口11设在所述外箱体21的同一个竖直壁上；所述风机2设在外箱体21的顶壁上；进气口15和出气口11均为开在竖直壁上的通孔；在两个所述通孔内设有与外界连通的管路。

在所述外箱体21的正面和背面均设有装有电子门锁的安全门9，安全门9的外部设有控制屏，控制屏可显示滤芯19状态，并可通过控制屏操控第一初级过滤装置和第二初级过滤装置的工作状态，完成对滤芯19的反吹操作。电子门锁在系统工作时处于关闭状态，防止操作人员对箱体内系统误操作导致危险发生。

使用上述除尘装置进行除尘的方法，包括以下步骤：

S1、过滤开始前，使第一初级过滤装置、第一进气阀组7和第一出气阀组4工作，使第二初级过滤装置、第二进气阀组16和第二出气阀组13处于备用；具体为：使第一进气阀组7和第一出气阀组4的手动蝶阀和气动蝶阀处于开启状态；第二进气阀组16和第二出气阀组的手动蝶阀处于开启状态，气动蝶阀处于关闭状态；

S2、过滤开始时，带有烟尘及金属粉末的气体通过进气口15进入第一初级过滤装置进行初级过滤，经过第一初级过滤装置过滤后的气体进入次级过滤装置3进行再次过滤，经过次级过滤装置3过滤后的气体通过风机2被送入增材制造设备的成型腔体中；

S3、当第一初级过滤装置工作一段时间后，第一滤筒6中滤芯19表面杂质积累较多，烟尘、金属粉末堵塞滤芯19，此时出气口11风量降低，造成进气口15和出气口11压差变大，当压差控制器监测到进气口15和出气口11处压差超过预定值时即判定此滤芯19需要清洗或更换，压差控制器发送报警信息号给第一报警灯1，使第一报警灯1闪烁以通知操作人员；

S4、操作人员可通过控制屏输入切换控制指令，执行装置12接收到切换控制指令后关闭第一进气阀组7和第一出气阀组4中的气动蝶阀，并开启第二进气阀组16和第二出气阀组13的气动蝶阀，切换使用第二初级过滤装置；需要更换第一滤筒6中的滤芯19时需要人工关闭第一进气阀组7和第一出气阀组4中的手动蝶阀确保操作环境安全；

S5、操作人员通过控制屏输入清理控制指令，反吹装置5接受清理控制指令时先打开进气阀，通过压力控制器将气瓶中的压力控制到4.5bar后，关闭进气阀，气瓶中的气体就会经过快速排气装置迅速进入第一滤筒6，进而沿反吹气口20喷出，完成反吹过程。经过反吹后从滤芯19掉落的杂物落入第一滤筒6下方的第一废料桶8中；

S6、同理，第二初级过滤装置对通过进气口15进入的气体进行初级过滤，经过第二初级过滤装置过滤后的气体进入次级过滤装置3进行再次过滤，经过次级过滤装置3过滤后的气体通过风机2被送入增材制造设备的成型腔体中；

S7、当第二报警灯10闪烁时说明第二滤筒14中的滤芯19需要清理或更换，从第二初级过滤装置切换到第一初级过滤装置时操作人员可通过控制屏输入切换控制指令，执行装置12接收到切换控制指令后关闭第二进气阀组16和第二出气阀组13中的气动蝶阀，并开启第一进气阀组7和第一出气阀组4的气动蝶阀，切换使用经过更换或清理的第一初级过滤装置。更换第二滤筒14中的滤芯19时需要人工关闭第二进气阀组16和第二出气阀组13中的手动蝶阀确保操作环境安全；

S8、对第二滤筒14内滤芯19的反吹操作与对第一滤筒6内滤芯19的反吹操作相同在此不做赘述。经过反吹后从滤芯19掉落的杂物落入第二滤筒14下方的第二废料桶17中；

S9、当压差控制器监测到进气口和出气口压差超过设定值一定时间后无人工操作切换，则压差控制器向执行装置发送切换信号，执行装置向第一进气阀、第一出气阀、第二进气阀、第二出气阀发送开关信号切换第一初级过滤装置和第二初级过滤装置的工作状态，同时执行装置向反吹装置发送反吹洗信号，反吹装置对处于非工作状态的初级过滤装置的滤芯进行反吹清理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。