本發明涉及一種3D打印設備配件，屬3D打印領域，更具體的說是涉及一種用于3D打印設備的防爆凈化柜。

背景技術：

選擇性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是金屬件直接成型的一種3D打印技術，是快速成型技術的最新發展成果。該技術基于快速成型的最基本思想，即逐層熔覆的“增量”制造方式，根據三維CAD模型直接成形具有特定幾何形狀的零件，成形過程中金屬粉末完全熔化，產生冶金結合，該技術特別適用于傳統機加工手段無法制造的復雜形狀/結構的屬零件。SLM技術具有以下優點：

1)能直接制造終端金屬零件產品；

2)能得到具有非平衡態過飽和固溶體及均勻細小金相組織的實體，致密度幾乎能達到100％，零件機械性能與鍛造工藝所得相當；

3)使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束加工金屬，使得加工出來的金屬零件具有很高的尺寸精度(達0.1mm)以及好的表面粗糙度(Ra20～40μm)；

4)由于激光光斑直徑很小，因此金屬熔池的激光能量密度很高，使得用單一成分的金屬粉末來制造零件成為可能，而且可供選用的金屬粉末種類也大大拓展；

5)適合各種復雜形狀的工件，尤其適合內部具有復雜異型結構(如空腔、三維網格)、用傳統方法無法制造的復雜工件；

應用SLM技術的3D打印設備在零件打印過程中，激光照射金屬粉末層，生成金屬熔池這一過程需要在低氧含量氣氛環境中進行，故需要源源地向金屬熔化界面輸送惰性保護氣體(氮氣、氬氣)，惰性氣體經過金屬熔池后，會帶走金屬熔化、凝固過程中生成的氧化物顆粒與部分金屬顆粒，進入凈化柜。在凈化柜內，這些惰性氣體中的雜質(氧化物顆粒與金屬顆粒)需要被過濾掉并收集起來。由于某些金屬元素如鈦合金、鎂鋁合金等的化學性質十分活潑，在氧含量與溫度滿足一定條件的情況下，內部吸附了大量金屬元素的濾芯可能就會發生燃燒，甚至爆炸，給3D打印帶來了安全隱患。

技術實現要素：

本發明克服了現有技術的不足，提供了一種用于3D打印設備的防爆凈化柜，解決了以往凈化柜內環境影響下易造成濾芯燃燒或者爆炸的技術難題。

為解決上述的技術問題，本發明采用以下技術方案：

用于3D打印設備的防爆凈化柜，包括柜體和防爆監控系統，所述柜體內設置有循環氣體管道，循環氣體管道上按照氣體流動方向依次連通有濾芯組和循環風機，所述柜體內部還設置有氧含量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器，氧含量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器均連接防爆監控系統，所述溫度傳感器設置在濾芯組外側。

進一步的，所述濾芯組包括按照氣體流動方向依次連通的粗濾濾芯和精濾濾芯，所述溫度傳感器包括分別設置在粗濾濾芯和精濾濾芯外側的第一溫度傳感器和第二溫度傳感器。

進一步的，所述柜體側壁還設置有用于柜體內部換氣的充氣閥和排氣閥。

進一步的，所述防爆監控系統包括DSP芯片，DSP芯片通過數模信號轉換電路和信號放大電路連接所述氧含量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器，所述DSP芯片還連接有3D打印設備的3D打印過程控制系統。

與現有技術相比，本防爆凈化柜的有益效果是：本發明結構簡單，能夠對柜體內的氧含量和壓力進行檢測和控制，從而調節柜內空氣成分，破壞燃燒或爆炸的外部環境，而濾芯則通過溫度傳感器檢測控制其內溫度，使其低于燃燒和爆炸的點，保證濾芯安全工作，從而整體上起到防爆防燃的技術效果，提高了凈化柜的安全系數，減少了安全事故的發生。

同時，本發明還公開了該防爆凈化柜的防爆控制方法，包括以下步驟：

氧含量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器預先設置設定值，3D打印過程控制系統控制3D打印設備工作，在3D打印設備工作的同時，氧含量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器對防爆凈化柜內的氧含量、壓力及溫度進行檢測，并將檢測信號傳輸給防爆監控系統，防爆監控系統對檢測信號進行判斷，并根據判斷結果執行以下步驟：

A.若氧含量信號值高于氧含量傳感器(8)設定值，則判定為危險狀態，此時向防爆凈化柜內注入惰性氣體，并自動打開排氣閥進行氣體置換。當氧含量信號等于或低于氧含量傳感器設定值時，停止注入惰性氣體，關閉排氣閥。

B.若溫度信號高于溫度傳感器設定值，則判定為危險狀態，此時3D打印過程控制系統控制3D打印設備關閉，當溫度信號等于或低于溫度傳感器設定值后，打開3D打印設備工作。

C.若壓力信號均高于壓力傳感器(9)設定值，則判定為危險狀態，此時自動打開排氣閥進行安全泄壓，當壓力信號等于或低于壓力傳感器設定值時，關閉排氣閥。

D.若氧含量信號、壓力信號及溫度信號均高于設定值，則同時執行步驟A和步驟B、步驟C。

E.若氧含量信號、壓力信號及溫度信號均等于或低于設定值，則判定為安全狀態，防爆監控系統不進行操作，3D打印過程控制系統控制3D打印設備進行標準層加工。

作為上述方法的進一步完善，3D打印設備進行標準層加工時，3D打印過程控制系統檢測零件標準層加工完成情況，并根據零件完成情況執行以下步驟：

a.若零件完成了最后一層打印，則直接結束打印，3D打印過程控制系統控制3D打印設備關閉。

b.若零件未完成最后一層打印，則3D打印過程控制系統控制3D打印設備繼續打印，并同時執行步驟A-步驟E，直到打印結束。

本發明的防爆控制方法能夠及時、準確的檢測柜體內氧含量、壓力及溫度情況，并快速做出應對，降低柜體內的氧含量、壓力及溫度，使得濾芯處于安全的環境工作，從根本上解決了濾芯易燃燒爆炸的安全問題。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明的結構示意圖；圖中箭頭方向表示氣體流動方向；

圖2是本發明防爆控制方法的控制原理圖；

圖3是防爆控制方法的電氣原理圖；

圖中的標號分別表示為：1、柜體；2、粗濾濾芯；3、第一溫度傳感器；4、第二溫度傳感器；5、精濾濾芯；6、傳感器線纜；7、防爆監控系統；8、氧含量傳感器；9、壓力傳感器；10、循環風機；11、循環氣體管道；12、充氣閥；13、排氣閥。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。

實施例

如圖1、圖2所示，用于3D打印設備的防爆凈化柜，包括柜體1和防爆監控系統7，所述柜體1內設置有循環氣體管道11，循環氣體管道11上按照氣體流動方向依次連通有濾芯組和循環風機10，所述柜體1內部還設置有氧含量傳感器8、壓力傳感器9及溫度傳感器，氧含量傳感器8、壓力傳感器9及溫度傳感器均連接防爆監控系統7，所述溫度傳感器設置在濾芯組外側。

所述濾芯組包括按照氣體流動方向依次連通的粗濾濾芯2和精濾濾芯5，所述溫度傳感器包括分別設置在粗濾濾芯2和精濾濾芯5外側的第一溫度傳感器3和第二溫度傳感器4。

所述柜體1側壁還設置有用于柜體1內部換氣的充氣閥12和排氣閥13。

所述防爆監控系統7包括DSP芯片，DSP芯片通過數模信號轉換電路和信號放大電路連接所述氧含量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器，所述DSP芯片還連接有3D打印設備的3D打印過程控制系統。

本實施例柜體1的循環氣體管道11兩端與3D打印設備的成形室連接，用于循環凈化成形室內氣體，防爆監控系統7為了方便安裝和控制，設置在柜體1外部，其通過傳感器線纜連接氧含量傳感器8、壓力傳感器9及溫度傳感器。

本實施例的充氣閥12和排氣閥13可進行柜體1內部的進氣和排氣，方便調節內部氣體情況，調節溫度和氧含量。

本實施例的防爆凈化柜通過濾芯組和循環風機10實現氣體循環和凈化，在凈化過程中，氧含量傳感器8和壓力傳感器9分別對柜體1內的氧含量和壓力檢測，而溫度傳感器則檢測濾芯組表面溫度，從而了解柜體1內氣體環境情況和濾芯溫度情況，并且通過向柜體1內沖入惰性氣體和停止3D打印設備來調節氧含量、壓力和溫度，降低氣體的可燃性，保證濾芯低于燃點，從而從根本上解決了濾芯易燃易爆的技術問題，提高了凈化柜整體的安全系數，降低了安全隱患。

為了更好的起到凈化效果和溫度控制效果，本實施例將濾芯組設置成按照氣體流動方向依次連通的粗濾濾芯2和精濾濾芯5，并且溫度傳感器對應粗濾濾芯2和精濾濾芯5分別設置第一溫度傳感器3和第二溫度傳感器4，從而分層次的對成形室內氣體進行凈化和溫度檢測，提高凈化效果和溫度檢測效果。

本實施例為了提高防爆檢測效果，優化了防爆監控系統7，防爆監控系統7包括單片機，單片機通過數模信號轉換電路和信號放大電路連接氧含量傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器，單片機還連接有3D打印設備的3D打印過程控制系統。從而通過單片機對氧含量、壓力和溫度進行檢測分析，并通過注入惰性氣體進入柜體1和控制3D打印過程控制系統進行打印設備控制，完成整個防爆監控，準確及時的進行防爆控制。

本實施例的DSP芯片可采用AT89C51型單片機，具有多信號端口，可外接報警器、顯示器等設備，起到遠程監控和報警的功能。

本實施例的3D打印過程控制系統為3D打印設備的自帶系統，為現有技術，本實施例不再累述。

同時，為了更好的實現防爆凈化柜的防爆凈化效果，本實施例還公開了該防爆凈化柜的防爆控制方法，該防爆控制方法包括以下內容：

氧含量傳感器(8)、壓力傳感器(9)及溫度傳感器預先設置設定值，3D打印過程控制系統控制3D打印設備工作，在3D打印設備工作的同時，氧含量傳感器(8)、壓力傳感器(9)及溫度傳感器對防爆凈化柜內的氧含量、壓力及溫度進行檢測，并將檢測信號傳輸給防爆監控系統(7)，防爆監控系統(7)對檢測信號進行判斷，并根據判斷結果執行以下步驟：

A.若氧含量信號值高于氧含量傳感器(8)設定值，則判定為危險狀態，此時向防爆凈化柜內注入惰性氣體，并自動打開排氣閥進行氣體置換。當氧含量信號等于或低于氧含量傳感器設定值時，停止注入惰性氣體，關閉排氣閥。

B.若溫度信號高于溫度傳感器設定值，則判定為危險狀態，此時3D打印過程控制系統控制3D打印設備關閉，當溫度信號等于或低于溫度傳感器設定值后，打開3D打印設備工作。

C.若壓力信號均高于壓力傳感器(9)設定值，則判定為危險狀態，此時自動打開排氣閥進行安全泄壓，當壓力信號等于或低于壓力傳感器設定值時，關閉排氣閥。

D.若氧含量信號、壓力信號及溫度信號均高于設定值，則同時執行步驟A和步驟B、步驟C。

E.若氧含量信號、壓力信號及溫度信號均等于或低于設定值，則判定為安全狀態，防爆監控系統(7)不進行操作，3D打印過程控制系統控制3D打印設備進行標準層加工(包括鋪粉和SLM燒結)。

在該方法中，3D打印設備進行標準層加工時，3D打印過程控制系統檢測零件標準層加工完成情況，并根據零件完成情況執行以下步驟：

a.若零件完成了最后一層打印，則直接結束打印，3D打印過程控制系統控制3D打印設備關閉。

b.若零件未完成最后一層打印，則3D打印過程控制系統控制3D打印設備繼續打印，并同時執行步驟A-步驟E，直到打印結束。

通過以上方法，能夠及時、準確的檢測柜體內氧含量、壓力及溫度情況，并快速做出應對，降低柜體內的氧含量、壓力及溫度，使得濾芯處于安全的環境工作，從根本上解決了濾芯易燃燒爆炸的安全問題，保證3D打印正常進行。

如上所述即為本發明的實施例。前文所述為本發明的各個優選實施例，各個優選實施例中的優選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優選實施方式為前提，各個優選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數僅是為了清楚表述發明人的發明驗證過程，并非用以限制本發明的專利保護范圍，本發明的專利保護范圍仍然以其權利要求書為準，凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護范圍內。