[发明专利]一种提高工件成型质量的3D打印装置及方法

说明书

一种提高工件成型质量的3D打印装置及方法，包括箱体、过滤系统、鼓风机、吹风装置、粉缸、加工缸；还包括气氛加热箱；所述的箱体为真空箱体、安装在真空箱体外部的鼓风机将气体吹入真空箱体内部；气氛加热箱对加工缸四周气氛进行加热，使加工阶段保证加工区域维持恒定的热吹风，并在冷却阶段，保证工件按照预设的冷却梯度进行冷却；整个打印过程，加工缸四周气氛经吹风装置吹出，之后经过滤系统过滤。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体涉及用于3D打印设备的气氛循环集成装置与方法。

背景技术

在3D打印领域中，在工艺试验过程中常常遇到烧结粉末产生的飞溅落于成形区域内，吹风装置吹出的气氛含有未被彻底过滤的细小杂质，水氧含量超标，冷却梯度过大，上述问题都会对零件能否高质量成形产生很大的影响，严重时直接导致零件成形失败。目前市场上的3D打印设备多数已经配备了吹风装置，但是往往存在风路设计较为简单、喷嘴风速不均匀，简单设计往往造成腔内流场紊乱，工艺试验的吹风效果表现为飞溅朝四处扩散，杂质无法有效吹离成形表面，容易造成打印零件表面球化、凸起、黑化等现象。另外，目前市场上的3D打印设备过滤系统单一简单，不能有效地将打印过程中产生的杂质过滤掉，吹出的气体中本身就含有一定量的杂质，同样会造成工件表面球化黑化等现象发生。最后，目前市场上的3D打印设备并没有考虑工件打印成形后的冷却梯度，工艺表现为内应力过大，容易造成零件翘曲变形。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高工件成型质量的3D打印装置与方法，解决了目前产品容易出现的表面球化、黑化、工件翘曲等低质量打印问题。

本发明的技术解决方案是：一种提高工件成型质量的3D打印装置，包括箱体、过滤系统、鼓风机、吹风装置、粉缸、加工缸；还包括气氛加热箱；所述的箱体为真空箱体、安装在真空箱体外部的鼓风机将气体吹入真空箱体内部；气氛加热箱对加工缸四周气氛进行加热，使加工阶段保证加工区域维持恒定的热吹风，并在冷却阶段，保证工件按照预设的冷却梯度进行冷却；整个打印过程，加工缸四周气氛经吹风装置吹出，之后经过滤系统过滤。

优选的，所述的气氛加热箱包括气氛箱壁、隔热石棉、加热板；

所述的气氛箱壁用于在加工缸四周形成一个封闭密封的空间，加热板安装在气氛箱壁的四壁内部且二者之间安装隔热石棉；所述的气氛箱壁上留有气体进口，气体经该进口进入所述的封闭密封空间内。

优选的，所述的加热板通过运行在工控机上的温度控制器进行温度控制，加热板上安装温度传感器，模拟量输入模块采集温度传感器的信号进行模数转换后输入至温度控制器，由温度控制器实现加热板在加工阶段及冷却阶段的温度控制。

优选的，所述的加工阶段温度控制流程如下：

温度控制器将接收的数字信号与预设的加热温度进行比较，得到温度差值，根据差值产生PWM控制量信号，由PWM控制量信号控制加热继电器的通断，使得加热板的温度达到预设的加热温度。

优选的，所述的预设的加热温度范围200～300℃，根据具体的打印对象确定。

优选的，所述的冷却阶段温度控制流程如下：

温度控制器根据具体打印对象，按照预设的梯度生成一系列温度设定值，首先控制加热板温度达到所述温度设定值的最大值，之后按照一定的时间间隔控制加热板温度依次达到下一个较低的温度设定值；

所述控制加热板温度达到温度设定值通过将接收到的数据信号与该设定值进行比较，根据温度差值产生PWM控制量信号，由PWM控制量信号控制加热继电器通断实现。

优选的，3D打印装置还包括一级气氛加热装置，安装在真空箱体外部的一级气氛加热装置对鼓风机出风口端出来的气体进行加热，加热后的气体进入真空箱体内部，然后进入到气氛加热箱，经过气氛加热箱加热后的气体经过吹风装置吹出，在加工区域形成恒定的热吹风。