CN217476600U - 一种增材制造设备及其风场结构 - Google Patents

Abstract

一种增材制造设备及其风场结构，其中风场结构包括工作腔体和风场循环装置，工作腔体的一侧面自上而下依次设置有辅助吹风口和主吹风口；工作腔体的另一侧面自上而下依次设置有至少两个吸风口，辅助吹风口包括至少两个吹风口，工作腔体内的顶部自内至外依次向内竖向设置有内挡板和外挡板，且内挡板和外挡板分别位于辅助吹风口的两侧；风场循环装置的一端分别与辅助吹风口和主吹风口相连，另一端分别与至少两个吸风口相连，以将气体通过辅助吹风口和主吹风口通入工作腔体，并在内挡板和外挡板之间形成稳定的气场后，通过至少两个吸风口回收。本实用新型使得工作腔体内的气体在内挡板和外挡板之间形成稳定的气场，减少了涡流的问题，提升了打印质量。

Description

一种增材制造设备及其风场结构

技术领域

本实用新型属于增材制造技术领域，具体涉及一种增材制造设备及其风场结构。

背景技术

增材制造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。选区激光熔融技术（Selective LaserMelting，简称SLM）是近年来发展迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，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工作平台面，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，激光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实心部分粉末层进行扫描，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。

在上述选区激光熔融设备的工作过程中，不可避免的会有飞溅物的产生，这些飞溅物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。现有技术的设备，如图1和图2所示，一般在腔体的两侧设置上下两个吹风口和单一吸风口，然而，该设备的风场（如图2所示）在上下会产生不控制的乱流致使主体气流变窄，乱流会把废渣带到主气流到不了的两边，主气流变窄会让废渣不能被完全带离打印区域，影响了打印幅面气流的稳定性，从而降低了打印的稳定性和打印产品的均匀性；而且，该风场产生的乱流会在腔体内产生漩涡，打印过程中产生的废渣和烟尘因此会随着漩涡继续留在腔体内而不被排除，这些烟尘影响了从腔体顶部的激光光源到达打印区域的实际功率，从而降低了打印质量的一致性和均匀性，严重时可能导致成型工件性能不合格而报废。

而且，随着大尺寸成型工件需求量的提升，设备的成型区域也将越来越大，成型区域的增加会使得腔体内所产生的保护气流在运动方向上产生更大的衰减，从而导致熔融成型过程中或因风速过高将工作粉末吹走，或因风速过低不能将产生的飞溅物带离工作区域，进而使得成型工件性能的一致性大幅降低，严重时可能导致成型工件性能不合格而报废。

实用新型内容

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增材制造设备及其风场结构，该风场结构形成的气流在腔体运行平稳、风速均匀，且减少了有烟尘阻挡激光到达烧结截面的概率，从而提升了待打印工件的打印质量和打印稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种增材制造设备的风场结构，包括工作腔体和风场循环装置，所述工作腔体的一侧面自上而下依次设置有辅助吹风口和主吹风口；所述工作腔体的另一侧面自上而下依次设置有至少两个吸风口，所述辅助吹风口包括至少两个吹风口，所述工作腔体内的顶部自内至外依次向内竖向设置有内挡板和外挡板，且所述内挡板和外挡板分别位于所述辅助吹风口的两侧；风场循环装置的一端分别与辅助吹风口和主吹风口相连，另一端分别与至少两个吸风口相连，以将气体通过辅助吹风口和主吹风口通入工作腔体，并在内挡板和外挡板之间形成稳定的气场后，通过至少两个吸风口回收。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述辅助吹风口自上至下依次包括第一吹风口、第二吹风口、第三吹风口；所述工作腔体的另一侧面自上而下依次设置有第一吸风口和第二吸风口。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述内挡板和外挡板在竖直方向的最低点低于第三吹风口在竖直方向的最低点，以使气体在内挡板和外挡板之间形成稳定的气场。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述主吹风口距离工作腔体底面的距离小于或等于30mm；所述辅助吹风口的高度均在30mm以上；且辅助吹风口中相邻吹风口之间的间隙在40mm以下。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一吹风口内设置有第一导流板，所述第二吹风口内设置有第二导流板，所述第三吹风口内设置有第三导流板，所述第一导流板、第二导流板、第三导流板分别与水平面的夹角呈递增趋势，且相邻夹角的差大于或等于20度。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一吹风口内于第一导流板的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构，所述第二吹风口内于第二导流板的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构，所述第三吹风口内于第三导流板的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述工作腔体内设置有风速仪，用于监测工作腔体内的风速以控制风场循环装置增大或者减小风量来保证风场稳定性。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述内挡板距离最靠近的辅助吹风口的距离小于或等于60mm；所述外挡板距离最靠近的辅助吹风口的距离小于或等于60mm。

本实用新型还提供了一种增材制造设备，其包括上述任一项所述的增材制造设备的风场结构。

本实用新型的增材制造设备的风场结构，通过在工作腔体内设置辅助吹风口、主吹风口、至少两个吸风口，以及内挡板和外挡板，使得工作腔体内的气体在内挡板和外挡板之间形成稳定的气场，减少了涡流的问题，提升了打印质量，即减少了打印停机报废产品的概率；而且，工作腔体内烧结产生的废渣能够轻松地跟随打印层流被带走而进入风场循环装置，不再出现停留在烧结区域上方或者在工作腔体内乱飞的现象，从而减少了有烟尘阻挡激光到达打印幅面的概率，提升了打印质量和打印产品的稳定性。

本实用新型的增材制造设备，通过包括上述任一项所述的增材制造设备的风场结构，使得本实用新型增材制造设备的工作腔体内的气体在内挡板和外挡板之间形成稳定的气场，减少了涡流的问题，提升了打印质量，即减少了打印停机报废产品的概率；而且，工作腔体内烧结产生的废渣能够轻松地跟随打印层流被带走而进入风场循环装置，不再出现停留在烧结区域上方或者在工作腔体内乱飞的现象，从而减少了有烟尘阻挡激光到达打印幅面的概率，提升了打印质量和打印产品的稳定性。

附图说明

图1为现有技术增材制造设备的风场结构提供的主视图；

图2为现有技术增材制造设备的风场结构提供的俯视图；

图3为本实用新型增材制造设备的风场结构提供的实施例一的主视图；

图4为本实用新型增材制造设备的风场结构提供的实施例一的俯视图；

图5为图3的第一局部示意图；

图6为图3的第二局部示意图。

图中部件标记如下：

1、第一导流板，2、内挡板，3、外挡板，4、第一吸风口，5、辅助吹风口，6、第二导流板，7、第三导流板。

具体实施方式

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。

如图3和图4所示，本实用新型提供的增材制造设备的风场结构，包括工作腔体和风场循环装置，所述工作腔体的一侧面自上而下依次设置有辅助吹风口5和主吹风口；所述工作腔体的另一侧面自上而下依次设置有至少两个吸风口，所述辅助吹风口5包括至少两个吹风口，所述工作腔体内的顶部自内至外依次向内竖向设置有内挡板2和外挡板3，且所述内挡板2和外挡板3分别位于所述辅助吹风口5的两侧；风场循环装置的一端分别与辅助吹风口5和主吹风口相连，另一端分别与至少两个吸风口相连，以将气体通过辅助吹风口5和主吹风口通入工作腔体，并在内挡板2和外挡板3之间形成稳定的气场后，通过至少两个吸风口回收。进一步参阅图3，所述辅助吹风口5自上至下依次包括第一吹风口、第二吹风口、第三吹风口；所述工作腔体的另一侧面自上而下依次设置有第一吸风口4和第二吸风口。在此需说明的是，主吹风口主要控制打印平面和打印平面上方的风速速度，辅助吹风口5主要用于管理和控制整个腔体内的风速的导向；优选地，辅助吹风口5的吹风总量占工作腔体总体吹风总量的60%，这样可以进一步确保工作腔体内的风场稳定。

由图1和图3的对比可知，本申请通过设置四个吹风口和两个吸风口，保证了从主吹风口到主吸风口之间风场的速度稳定性；而由图2和图4的对比可知，本申请通过在工作腔体设置上述结构的内挡板2和外挡板3，改善了主气流变窄的问题，即消除了工作腔体两侧的乱流。

所述内挡板2和外挡板3在竖直方向的最低点低于第三吹风口在竖直方向的最低点，以使气体在内挡板2和外挡板3之间形成稳定的气场，优选地，只要内挡板2和外挡板3在竖直方向的最低点略低于低于第三吹风口在竖直方向的最低点即可，这样可在保证其效果的前提下进一步减小占据工作腔体的空间，也就是说内挡板2和外挡板3在工作腔体的自上而下方向的长度只需要遮挡第一出风口、第二吹风口和第三吹风口即可，不是必须要遮挡主吹风口，当然，在具体实施中，所述内挡板2和/或外挡板3的自上而下方向的长度也可以是工作腔体的内壁高度。

为了进一步提高风场的稳定性，如图6所示，所述内挡板2距离最靠近的辅助吹风口5的距离小于或等于60mm，此处的含义是，首先找到最接近内挡板2的辅助吹风口5，例如第一吹风口、第二吹风口或第三吹风口，当然，有可能三个吹风口距离一样，那就随便选一个吹风口，再设计内挡板2与该最近的吹风口的距离小于或等于60mm；所述外挡板3距离最靠近的辅助吹风口5的距离小于或等于60mm；同理，其参照内挡板2的距离判断含义。

进一步优选地，为了进一步提高风场的稳定性，所述主吹风口距离工作腔体底面的距离小于或等于30mm；所述辅助吹风口5的高度均在30mm以上；且辅助吹风口5中相邻吹风口之间的间隙在40mm以下。

为进一步提高工作腔体的风场稳定性，所述第一吹风口内设置有第一导流板1，所述第二吹风口内设置有第二导流板6，所述第三吹风口内设置有第三导流板7，所述第一导流板1、第二导流板6、第三导流板7分别与水平面的夹角呈递增趋势，且相邻夹角的差大于或等于20度。具体实施中，所述第一导流板11与水平面的夹角（如图5中的a1）为0度；所述第二导流板6与水平面的夹角（如图5中的a2）为20度；所述第三吹风口内设置有第三导流板7，所述第三导流板7与水平面的夹角（如图5中的a3）为50度。

优选地，所述主吹风口和第二吸风口设置于工作腔体的同一高度位置，所述第一吹风口和第一吸风口4设置于工作腔体的同一高度位置，当然，此方案是本申请最优选的方案，其不仅可确保工作腔体内风场的稳定性，还可使得布局更加美观，然而，在具体实施中，所述主吹风口和第二吸风口设置于工作腔体的位置还可以近似相等，所述第一吹风口和第一吸风口4设置于工作腔体的位置也可以近似相等，具体可根据工作腔体内的实际布局确定，在此对其不做限定。

在另一具体实施中，所述内挡板2固定安装于工作腔体内，所述外挡板3活动安装于工作腔体内，具体实施中，该外挡门为可折叠结构或拼装结构。优选地，外挡板3的材质为透明材质，以便于用户观看内部烧结过程。

作为本实用新型的进一步优选方案，为了使进入工作腔体内的风更加均匀，所述第一吹风口内于第一导流板1的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构，所述第二吹风口内于第二导流板6的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构，所述第三吹风口内于第三导流板7的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构。

本实用新型还提供了一种增材制造设备，其包括上述任一实施例所述的增材制造设备的风场结构。在此需说明的是，本申请的核心保护的是上升风场结构，因此对于增材制造设备的其它现有部件，在此不做具体阐述。

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。

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。

Claims (9)

1.一种增材制造设备的风场结构，其特征在于，包括工作腔体和风场循环装置，所述工作腔体的一侧面自上而下依次设置有辅助吹风口和主吹风口；所述工作腔体的另一侧面自上而下依次设置有至少两个吸风口，所述辅助吹风口包括至少两个吹风口，所述工作腔体内的顶部自内至外依次向内竖向设置有内挡板和外挡板，且所述内挡板和外挡板分别位于所述辅助吹风口的两侧；风场循环装置的一端分别与辅助吹风口和主吹风口相连，另一端分别与至少两个吸风口相连，以将气体通过辅助吹风口和主吹风口通入工作腔体，并在内挡板和外挡板之间形成稳定的气场后，通过至少两个吸风口回收。

2.根据权利要求1所述的增材制造设备的风场结构，其特征在于，所述辅助吹风口自上至下依次包括第一吹风口、第二吹风口、第三吹风口；所述工作腔体的另一侧面自上而下依次设置有第一吸风口和第二吸风口。

3.根据权利要求2所述的增材制造设备的风场结构，其特征在于，所述内挡板和外挡板在竖直方向的最低点低于第三吹风口在竖直方向的最低点，以使气体在内挡板和外挡板之间形成稳定的气场。

4.根据权利要求2所述的增材制造设备的风场结构，其特征在于，所述主吹风口距离工作腔体底面的距离小于或等于30mm；所述辅助吹风口的高度均在30mm以上；且辅助吹风口中相邻吹风口之间的间隙在40mm以下。

5.根据权利要求2所述的增材制造设备的风场结构，其特征在于，所述第一吹风口内设置有第一导流板，所述第二吹风口内设置有第二导流板，所述第三吹风口内设置有第三导流板，所述第一导流板、第二导流板、第三导流板分别与水平面的夹角呈递增趋势，且相邻夹角的差大于或等于20度。

6.根据权利要求2所述的增材制造设备的风场结构，其特征在于，所述第一吹风口内于第一导流板的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构，所述第二吹风口内于第二导流板的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构，所述第三吹风口内于第三导流板的气体上游设有蜂窝板和/或栅栏结构。

7.根据权利要求1所述的增材制造设备的风场结构，其特征在于，所述工作腔体内设置有风速仪，用于监测工作腔体内的风速以控制风场循环装置增大或者减小风量来保证风场稳定性。

8.根据权利要求1至7任一项所述的增材制造设备的风场结构，其特征在于，所述内挡板距离最靠近的辅助吹风口的距离小于或等于60mm；所述外挡板距离最靠近的辅助吹风口的距离小于或等于60mm。

9.一种增材制造设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的增材制造设备的风场结构。

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