適用於金屬粉末雷射快速成形的安全控制方法與流程
2023-08-10 00:20:36 1
本發明涉及一種適用於金屬粉末雷射快速成形的安全控制方法，屬於雷射選區成形技術領域。
背景技術：
金屬粉末雷射快速成形技術，是先由CAD軟體產生零件三維模型，然後由分層軟體對三維模型按照一定的厚度進行分層切片處理，獲取各截面的幾何信息，然後根據切片輪廓設計出掃描軌跡，並將其轉化成工作檯或振鏡XY軸的運動指令。成形時，具有一定功率密度的雷射束照射到基材表面，將金屬粉末熔化形成熔池，根據給定的各層截面的路徑規劃，將金屬材料逐層掃描堆積，最後製造出金屬實體零件。為防止某些金屬在成形的過程中氧化，以上過程在一個氣氛保護的艙室中進行，使雷射成形過程中的金屬不被氧化。
目前，主要存在的問題和缺點如下：
1、在金屬粉末雷射快速成形前，採用置換方式，向艙室內部充入惰性氣體，將艙室內部氧氣排出去，直至艙室氧含量達到指標才可以成形，但是這樣的方式會使艙室內部死角區域滯留大量的氧氣，可能導致成形過程中氧含量可能突然升高，造成金屬零件的大面積氧化和大量內部缺陷，而且對於活潑金屬，存在一定的燃爆危險；
2、在金屬粉末雷射快速成形過程中，艙室內部氧含量超標後，雷射器會繼續開光，這樣成形的零件容易發生氧化，而且對於一些活潑金屬，可能會發生燃爆危險；
3、在成形過程中，由於某種原因，成形艙室內部的氧含量超標，雷射器關光，成形過程就此停止，在沒有操作人員的幹預下，成形的金屬零件就報廢了；
4、在成形完成後，由於艙室內部存在高濃度氬氣，開啟艙門後，會對操作人員造成窒息的危險。
技術實現要素：
本發明的目的是為了克服目前存在的問題，設計提供一種新的適用於金屬粉末雷射快速成形的安全控制方法，保證成形過程的安全、順利進行以及人員安全。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種適用於金屬粉末雷射快速成形的安全控制方法，其包括如下步驟：
S1：在金屬粉末雷射快速成型前，控制成型艙室內的氣壓為3～5mbar、氧含量不高於％0.05，開始進行金屬粉末雷射快速成型；
S2：在金屬粉末雷射快速成型過程中，監視成型艙室內的氧含量，當氧含量超標時，切斷雷射輸出，並通過補氣和清洗的方式將氧含量調節至合格水平後，恢復雷射輸出；
S3：在金屬粉末雷射快速成型完畢後，需要去除零件時，調節成型艙室內的氣壓達到0.1MPa後，調節氧含量不低於19％，打開成型艙室，取出零件。
作為優選方案，步驟S1具體包括如下操作：
通過中央控制系統控制真空泵開啟，真空泵將成形艙室內部的空氣抽除，待艙室內部壓力達到0.1MPa後，真空泵停止抽真空，惰性氣體通過補氣閥進入箱體內部，艙室內部裝有壓力傳感器，檢測艙室內部箱體壓力，壓力控制保持在3～5mbar，待壓力超過5mbar後，清洗閥自動排出氣體，通過這種方式不斷清洗，待箱體內部氧含量達到指標要求方可開始成形；而且在成形過程中，不斷地對艙室內部補氣和排氣，使箱體內部氧含量和壓力處於一定範圍值內。
作為優選方案，步驟S2具體包括如下步驟：
當氧含量超標後，中央控制系統輸出高電平，使雷射器開關光線路上的繼電器斷開，雷射器關光；中央控制系統控制補氣閥，使其自動打開，對艙體內部進行補氣，待艙室內部壓力超過5mbar後，清洗閥自動打開，並排出氣體，直至氧含量達到指標，中央控制系統輸出低電平，使雷射器開關光線路上的繼電器導通，雷射器開光。
作為優選方案，步驟S3具體包括如下步驟：
通過中央控制系統控制真空泵開啟，真空泵將艙室內部的氬氣抽出，待艙室內部壓力達到0.1MPa後，真空泵停止工作，同時箱體進氣閥自動打開，空氣進入成形艙室內部，待成形艙室內部氧含量達到19％及以上，打開成形艙室的艙門。
本發明的基本原理在於：
成形前，高效而均勻地排出艙室內部氧氣，使艙室內部不存在氧氣超量的死角；成形過程中，將艙室內部氧含量濃度與雷射器緊密關聯，一旦氧含量超標，立即關斷雷射器，確保成形安全；在成形過程中氧含量超標時，自動補氣和清洗，氧含量達標後，導通雷射器，保證成形的順利進行；取件前，採用預抽低真空，使箱體內部氧含量達到安全程度，保證操作人員的安全。
本發明的優點在於：
1、提高了成形過程的質量和安全；
2、提高了設備自動化程度，降低了人工成本和成形的報廢率；
3、提高了取件過程中的人身安全。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：
圖1為本發明的方法的原理示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。
本發明涉及的一種適用於金屬粉末雷射快速成形的安全控制方法，如圖1所示，其包括如下步驟：
1、在金屬粉末雷射快速成形前，通過中央控制系統控制真空泵開啟，真空泵將成形艙室內部的空氣抽除，待艙室內部壓力達到0.1MPa後，真空泵停止抽真空，惰性氣體通過補氣閥進入箱體內部，艙室內部裝有壓力傳感器，檢測艙室內部箱體壓力，壓力控制保持在3～5mbar，待壓力超過5mbar後，清洗閥自動排出氣體，通過這種方式不斷清洗，待箱體內部氧含量達到指標要求方可開始成形。而且在成形過程中，不斷地對艙室內部補氣和排氣，使箱體內部氧含量和壓力處於一定範圍值內，這樣保證成形艙室內部死角不會存在過多的氧氣，不會因此導致艙室內部氧含量突然升高，確保金屬零件的成形質量以及成形過程安全；
2、在金屬粉末雷射快速成形過程中，成形艙室內部裝有氧傳感器，實時監測艙室內部的氧含量，由於某種原因，當氧含量超標後，中央控制系統輸出高電平，使雷射器開關光線路上的繼電器斷開，雷射器關光，確保金屬粉末雷射快速成形的質量和成形過程的安全；中央控制系統控制補氣閥，使其自動打開，對艙體內部進行補氣，待艙室內部壓力超過5mbar後，清洗閥自動打開，並排出氣體，直至氧含量達到指標，中央控制系統輸出低電平，使雷射器開關光線路上的繼電器導通，雷射器開光，確保金屬粉末雷射快速成形繼續進行，提高了設備的自動化程度，降低了成形的報廢率。
3、當成形完畢，需要取出零件時，通過中央控制系統控制真空泵開啟，真空泵將艙室內部的氬氣抽出，待艙室內部壓力達到0.1MPa後，真空泵停止工作，同時箱體進氣閥自動打開，空氣進入成形艙室內部，待成形艙室內部氧含量達到19％及以上，成形艙室的艙門才能打開，這樣避免操作人員在取件過程出現窒息危險，確保操作人員的安全。
以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。