CN105170988B - 一种回收金属增材制造基板上残留粉末的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回收金属增材制造基板上残留粉末的方法及装置，包括密封仓、设置在密封仓外部的气动振动器、设置在密封仓内侧壁上的用于传递振动的振动夹持部件，振动夹持部件连接气动振动器，振动夹持部件用于夹持成型件的基板、并向基板提供机械振动；密封仓设置有高压***和惰性气体进气口。本方法及装置不仅可以较彻底的去除掉基板上的残留粉末，并将筛除杂质的粉末循环利用，节约了材料；由于整个回收过程是在惰性气体保护下进行，还可以防止粉末的氧化和受潮，保证粉末的原有品质不变。

Description

一种回收金属增材制造基板上残留粉末的方法及装置
技术领域
本发明涉及粉末材料的增材制造领域，尤其涉及一种回收金属增材制造基板上残留粉末的方法及装置。
背景技术
增材制造又俗称3D打印，是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除(切削加工)技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。相比传统制造技术，增材制造具有能够成型复杂形状零件、成型精度高、节约材料等优点。
增材制造的成型材料根据形态的不同可以分为粉末材料、线状材料和液体材料三大类，其中粉末成型材料包括金属粉末、陶瓷粉末和聚乙烯等高分子粉末材料，粉末材料有利于增材制造的精密成型，而且材料能够循环利用，被广泛应用于激光选区熔化、激光选区烧结、电子束选区熔化等增材制造方法中。
激光选区熔化和电子束选区熔化这些增材制造技术采用的都是粉末预置式的成型方法，即在成型过程中先将粉末均匀地铺在成型基板上，用激光或电子束熔化完一层之后，再铺一层粉，逐层累加，直到零件加工完成。加工结束后，零件会被粉末覆盖，需要将零件周围的粉末用刷子扫走，这些多余的粉末还可以循环使用。但是对于形状复杂的自由曲面零件、多孔结构零件和中空结构零件，加工时为了能够顺利成型，需要添加很多支撑。这些零件加工结束后，零件底部和支撑之间会残留很多粉末，而且较难去除。
目前去除这类基板残留粉末的方法通常是将基板取出，用锤子敲击基板的侧面和背面，使粉末抖落；或者用高压***对着基板表面吹气，吹走残留粉末。这样去除残留粉末存在以下的缺点：第一，用锤敲击基板或者用压缩气体吹基板的时候，残留粉末会扬起，四处飞散，对环境造成污染，还容易对操作人员造成伤害；第二，这样的操作方法较难彻底清除零件底部的残留粉末，而且飞扬的粉末得不到回收，浪费了材料；第三，对于钛合金这类活性金属粉末，若暴露在空气中操作，会使粉末发生氧化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单实用的回收金属增材制造基板上残留粉末的方法及装置。克服了现有技术中成型零件和基板间隙之间，以及成型零件的支撑部分内部的残留粉末很难取出的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种回收金属增材制造基板上残留粉末的装置，包括密封仓1、设置在密封仓1外部的气动振动器6、设置在密封仓1内侧壁上的用于传递振动的振动夹持部件，振动夹持部件连接气动振动器6，振动夹持部件用于夹持成型件11的基板10、并向基板10提供机械振动；
所述密封仓1内振动夹持部件上方侧壁设置有高压***3和惰性气体进气口4，高压***3和惰性气体进气口4分别连接外部的惰性气体储存罐2。
所述振动夹持部件包括转动连接杆8、用于夹持基板10的基板振动夹具9，所述转动连接杆8设置在密封仓1的侧壁上，为基板振动夹具9提供机械振动。
所述密封仓1的底部设置有粉末回收装置。
所述粉末回收装置包括粉末振动过滤筛15、用于回收粉末中杂质17的杂质回收筒16、用于收集由粉末振动过滤筛15筛落下来的粉末回收筒18。
所述杂质回收筒16的回收口设有一开关。
所述密封仓1的下部侧壁上设置有氧含量监测仪13和除尘排气口14。
所述密封仓1的底部呈漏斗形结构；密封仓1的顶部具有一活动的密封盖1-1；密封仓1的侧壁上设有一手套箱入口5，所述气动振动器6具有一个人机交互操作屏7。
回收金属增材制造基板上残留粉末的方法如下：
第一步：增材制造成型结束后，取下基板10；打开密封盖1-1，将基板10固定在基板振动夹具9上后关闭密封盖板1-1，打开惰性气体储存罐2的阀门，向密封仓1内部通入惰性保护气体，观察密封仓1内氧含量监测仪13的读数变化；
若回收的粉末是非活性金属粉末，则通入N2作为保护气体，若回收的粉末是活性金属粉末，则通入Ar作为保护气体；
第二步：待密封仓1内氧含量浓度低于0.8％时，打开气动振动器6，通过人机交互操作屏7调节气动振动器6的频率，使基板10的振动频率在100HZ～150HZ之间，过粉末振动过滤筛15的振动频率在50HZ～100HZ之间；使可通过粉末振动过滤筛15的可循环利用的粉末落入到粉末回收筒18中；
第三步：通过手套箱入口5手动操作，使基板振动夹具9带动基板10绕着转动连接杆8转动，使基板10上残留粉末抖落；通过手套箱入口5手动操作高压***3，对准成型件11和基板10之间的支撑部分12，用高压惰性气体吹走无法振动抖落的残留粉末，再用高压***3把附着在密封仓1内壁上的粉末吹走；抖落和吹落的残留粉末落在粉末振动过滤筛15上，使可通过粉末振动过滤筛15的可循环利用的粉末落入到粉末回收筒18中，无法通过粉末振动过滤筛15的杂质17留在粉末振动过滤筛15上；
当粉末振动筛选结束后，关闭气动振动器6，打开杂质回收筒16的开关，用粉末刷将粉末振动过滤筛15表面的大颗粒杂质17扫入杂质回收筒16中，取出基板10，取下杂质回收筒16和粉末回收筒18，将回收的粉末19倒入3D打印机中，进行循环使用；完成基板上残留粉末的回收。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明不仅可以较彻底的去除掉基板上的残留粉末，并将筛除杂质的粉末循环利用，节约了材料；由于整个回收过程是在惰性气体保护下进行，还可以防止粉末的氧化和受潮，保证粉末的原有品质不变。
密封仓侧壁上设有通过手套箱入口(手套箱)，通过人手可进行人工辅助操作，不仅进一步使粉末清扫更充分，而且防止了粉末对操作人员的伤害，及其对环境的污染。
本发明技术手段简便易行，既对残留的粉末进行无污染清扫，又对其进行收集，而且收集后的粉末品质不变。
附图说明
图1为本发明回收金属增材制造基板上残留粉末的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明一种回收金属增材制造基板上残留粉末的装置，包括密封仓1、设置在密封仓1外部的气动振动器6、设置在密封仓1内侧壁上的用于传递振动的振动夹持部件，振动夹持部件连接气动振动器6，振动夹持部件用于夹持成型件11的基板10、并向基板10提供机械振动；
所述密封仓1内振动夹持部件上方侧壁设置有高压***3和惰性气体进气口4，高压***3和惰性气体进气口4分别连接外部的惰性气体储存罐2。
所述振动夹持部件包括转动连接杆8、用于夹持基板10的基板振动夹具9，所述转动连接杆8设置在密封仓1的侧壁上，为基板振动夹具9提供机械振动。
所述密封仓1的底部设置有粉末回收装置。
所述粉末回收装置包括粉末振动过滤筛15、用于回收粉末中杂质17的杂质回收筒16、用于收集由粉末振动过滤筛15筛落下来的粉末回收筒18。
气动振动器6是粉末振动过滤筛15和基板10振动的动力源。
在杂质回收筒16的回收口出还可以设置一个开关。
所述密封仓1的下部侧壁上设置有氧含量监测仪13和除尘排气口14。除尘排气口14是为了保证密封仓1内空气的流通，在通入惰性气体的同时，使内部空气能从该出口排出，还可以防止粉末泄露。
所述密封仓1的底部呈漏斗形结构；密封仓1的顶部具有一活动的密封盖1-1；密封仓1的侧壁上设有一手套箱入口5，隔着塑胶手套进行操作，防止粉末泄露，保护了操作者。所述气动振动器6具有一个人机交互操作屏7。
回收金属增材制造基板上残留粉末的方法如下：
第一步：增材制造成型结束后，取下基板10；打开密封盖1-1，将基板10固定在基板振动夹具9上后关闭密封盖板1-1，打开惰性气体储存罐2的阀门，向密封仓1内部通入惰性保护气体，观察密封仓1内氧含量监测仪13的读数变化；
若回收的粉末是不锈钢、钴铬合金或陶瓷等非活性金属粉末，则通入N2作为保护气体，若回收的粉末是钛合金或铝合金等活性金属粉末，则通入Ar作为保护气体；
第二步：待密封仓1内氧含量浓度低于0.8％时，打开气动振动器6，通过人机交互操作屏7调节气动振动器6的频率，使基板10的振动频率在100HZ～150HZ之间，过粉末振动过滤筛15的振动频率在50HZ～100HZ之间；使可通过粉末振动过滤筛15的可循环利用的粉末(小颗粒)落入到粉末回收筒18中；
第三步：通过手套箱入口5手动操作，使基板振动夹具9带动基板10绕着转动连接杆8转动，使基板10上残留粉末抖落；通过手套箱入口5手动操作高压***3，对准成型件11和基板10之间的支撑部分12，用高压惰性气体吹走无法振动抖落的残留粉末，再用高压***3把附着在密封仓1内壁上的粉末吹走；抖落和吹落的残留粉末落在粉末振动过滤筛15上，使可通过粉末振动过滤筛15的可循环利用的粉末(小颗粒)落入到粉末回收筒18中，无法通过粉末振动过滤筛15的杂质17留在粉末振动过滤筛15上；
当粉末振动筛选结束后，关闭气动振动器6，打开杂质回收筒16的开关，用粉末刷将粉末振动过滤筛15表面的大颗粒杂质17(大颗粒)扫入杂质回收筒16中，取出基板10，取下杂质回收筒16和粉末回收筒18，将回收的粉末19倒入3D打印机中，进行循环使用；完成成型零件11和基板10间隙之间，以及成型零件11的支撑部分12内部的残留粉末的清理与回收。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种回收金属增材制造基板上残留粉末的方法，包括回收金属增材制造基板上残留粉末的装置，该装置包括密封仓(1)、设置在密封仓(1)外部的气动振动器(6)、设置在密封仓(1)内侧壁上的用于传递振动的振动夹持部件，振动夹持部件连接气动振动器(6)，振动夹持部件用于夹持成型件(11)的基板(10)、并向基板(10)提供机械振动；
所述密封仓(1)内振动夹持部件上方侧壁设置有高压***(3)和惰性气体进气口(4)，高压***(3)和惰性气体进气口(4)分别连接外部的惰性气体储存罐(2)；
所述振动夹持部件包括转动连接杆(8)、用于夹持基板(10)的基板振动夹具(9)，所述转动连接杆(8)设置在密封仓(1)的侧壁上，为基板振动夹具(9)提供机械振动；
所述粉末回收装置包括粉末振动过滤筛(15)、用于回收粉末中杂质(17)的杂质回收筒(16)、用于收集由粉末振动过滤筛(15)筛落下来的粉末回收筒(18)；
所述密封仓(1)的下部侧壁上设置有氧含量监测仪(13)和除尘排气口(14)；
所述密封仓(1)的底部呈漏斗形结构；所述密封仓(1)的顶部具有一活动的密封盖(1-1)；
其特征在于，回收金属增材制造基板上残留粉末的方法，通过如下步骤实现：
第一步：增材制造成型结束后，取下基板(10)；打开密封盖(1-1)，将基板(10)固定在基板振动夹具(9)上后关闭密封盖板1-1，打开惰性气体储存罐(2)的阀门，向密封仓(1)内部通入惰性保护气体，观察密封仓(1)内氧含量监测仪(13)的读数变化；若回收的粉末是非活性金属粉末，则通入N2作为保护气体，若回收的粉末是活性金属粉末，则通入Ar作为保护气体；
第二步：待密封仓(1)内氧含量浓度低于0.8％时，打开气动振动器(6)，通过人机交互操作屏(7)调节气动振动器(6)的频率，使基板(10)的振动频率在100HZ～150HZ之间，使过粉末振动过滤筛(15)的振动频率在50HZ～100HZ之间；可通过粉末振动过滤筛15的粉末落入到粉末回收筒18中。
2.根据权利要求1所述回收金属增材制造基板上残留粉末的方法，其特征在于还包括一个手动辅助操作步骤：
通过手套箱入口(5)手动操作，使基板振动夹具(9)带动基板(10)绕着转动连接杆(8)转动，使基板(10)上残留粉末抖落；通过手套箱入口(5)手动操作高压***(3)，对准成型件(11)和基板(10)之间的支撑部分(12)，用惰性气体吹走无法振动抖落的残留粉末，再用高压***(3)把附着在密封仓(1)内壁上的粉末吹走；抖落和吹落的残留粉末落在粉末振动过滤筛(15)上，使可通过粉末振动过滤筛(15)的可循环利用的粉末落入到粉末回收筒(18)中，无法通过粉末振动过滤筛(15)的杂质(17)留在粉末振动过滤筛(15)上；
当粉末振动筛选结束后，关闭气动振动器(6)，打开杂质回收筒(16)的开关，用粉末刷将粉末振动过滤筛(15)表面的大颗粒杂质(17)扫入杂质回收筒(16)中，取出基板(10)，取下杂质回收筒(16)和粉末回收筒(18)，将回收的粉末(19)倒入3D打印机中，进行循环使用；完成残留粉末的回收。
3.根据权利要求2所述回收金属增材制造基板上残留粉末的方法，其特征在于：所述密封仓(1)的底部设置有粉末回收装置。
4.根据权利要求2所述回收金属增材制造基板上残留粉末的方法，其特征在于：所述杂质回收筒(16)的回收口设有一开关。
5.根据权利要求2所述回收金属增材制造基板上残留粉末的方法，其特征在于：所述密封仓(1)的底部呈漏斗形结构；所述密封仓(1)的顶部具有一活动的密封盖(1-1)。
6.根据权利要求2所述回收金属增材制造基板上残留粉末的方法，其特征在于：所述密封仓(1)的侧壁上设有一手套箱入口(5)，所述气动振动器(6)具有一个人机交互操作屏(7)。
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