论文部分内容阅读
摘 要：文章主要对一种选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法进行研究，通过气体管道往选择性激光烧结机工作室引入保护气体，气体在管道内绕经工作室被加热后进入窗口镜保护板，再从保护板上的出气口吹出形成覆盖于窗口镜上的保护气帘，避免了飘浮的粉尘遇窗口镜冷凝结晶而影响投射的激光功率，使窗口镜保持清洁，从而保证良好的烧结质量。
关键字：选择性；激光；烧结窗口；镜气帘；保护方法
选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，简称SLS）是一种被广泛应用的快速成型技术，其以固体粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。
1 选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法特征
（1）一种选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其特征在于通过气体管道往选择性激光烧结机工作室引入保护气体，气体管道在工作室内绕行一定距离，保护气体流经绕行的管道时被工作室热环境加热至接近工作室温度形成热气体，热气体被进一步引入窗口镜保护板中，保护板上分布有多个出气口，热气体从出气口吹出形成覆盖于窗口镜上的保护气帘。
（2）如权利要求1所述的选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其中所述窗口镜保护板为中间开有通孔的柱体，窗口镜保护板上开有一进气口，进气口与窗口镜保护板的内部半环形上层气体通道连通，所述的上层气体通道通过两端的气体连接通道与一靠近内侧面的环形下层气体通道连通，出气口分布于下层气体通道靠近内侧面的部位上。
（3）如权利要求1或2所述的选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其中出气口为自保护板下层气体通道向窗口镜倾斜的锥斜孔。
（4）如权利要求1或2所述的选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其中包含3个或者4个或者4个以上出气口，并且所述出气口呈均匀分布。
（5）根据权利要求2所述的选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其中所述保护板上的进气口位于保护板上层气体通道的中间位置。
2 SLS工艺的基本过程
SLS工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，加热装置将粉末加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，振镜控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，粉末熔化烧结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉辊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。为保证材料性能的稳定，成型室处于充满保护气体的相对密闭状态。在SLS成型室中会有粉尘飘浮，当激光束透过窗口镜对粉末进行烧结扫描时，附着在窗口镜上及飘浮于窗口镜周围的粉尘将减损激光投射功率，最终影响烧结工件的质量。
3 技术分析
通过向窗口镜均匀吹出热气体形成覆盖窗口镜的气帘，来避免飘浮的粉尘遇窗口镜冷凝结晶而影响投射的激光功率，使窗口镜保持清洁，从而保证良好的烧结质量。其特征在于通过气体管道往选择性激光烧结机工作室引入保护气体，气体管道在选择性激光烧结机的工作室内绕行一定距离，气体流经绕行的管道时被工作室热环境加热至接近工作室温度形成热气体，热气体被进一步引入窗口镜保护板中，保护板上分布有多个出气口，热气体从出气口吹出形成覆盖于窗口镜上的保护气帘。
其中所述窗口镜保护板为中间开有通孔的柱体，窗口镜保护板上开有一进气口，进气口与窗口镜保护板的内部半环形上层气体通道连通，上层气体通道通过两端的气体连接通道与一靠近内侧面的环形下层气体通道连通，出气口分布于下层气体通道靠近内侧面的部位上。
出气口为自下层气体通道向窗口镜倾斜的锥斜孔，出气口可以为3個、4个或4个以上，优选为4个均匀分布的出气口。其中保护板上的进气口优选位于上层气体通道的中间位置。
热气体从保护板的进气口分两股气流进入保护板的上层气体通道，随后分别经气体连接通道进一步均匀进入靠近内侧面的下层气体通道，气流进入下层气体通道后从出气口向窗口镜方向吹出形成覆盖于窗口镜上的保护气帘。其中所述保护气体可以是单一的惰性气体或惰性气体含量不小于78%的任意混合气体，优选为空气或氮气。
窗口镜保护板整体形状可以是圆柱体、方柱体，也可以是其他不规则柱体，本领域技术人员亦可以根据本发明内容对保护板内具有对称结构的气体通道进行变换设计。
引入工作室的保护气体为常温下的气体，气体管道在高温的工作室内绕行一定距离，常温下的保护气体在经过该绕行管道时，被加热至接近工作室温度的热气体，无需再专门配置加热装置对需要输入的保护气体进行预加热，该加热方式简单便捷，并且能有效的将气体温度加热至恰好接近工作室温度，保证用于气帘保护的热气体温度适宜，达到气帘保护的目的，同时不影响整个工作室的热环境。气体管道在工作室内的具体绕行方式可以根据不同的设备特点进行设计，这是本领域技术人员根据本内容、结合现有技术可以实现的。
能实现气流均匀分布的目的，通过多个均匀分布的锥斜孔出气口进行持续对吹，保护气体均匀吹射形成覆盖于窗口镜上的保护气帘，在对窗口镜进行清洁保护时几乎无盲区，气帘温度与工作室温度相近，避免了飘浮的粉尘遇窗口镜冷凝结晶，使窗口镜保持清洁，保证了有效投射的激光功率，从而实实现优良的加工质量。
4 附图说明
5 具体实施方式
如图2～图4所示，窗口镜保护板为倒“凸”形状柱体，窗口镜保护板1的中间开有圆形通孔，窗口镜2安装在窗口镜保护板1上，窗口镜压板3固定窗口镜2。窗口镜保护板1较宽部分柱体的下表面上开有一个进气口11，进气口11与窗口镜保护板1的内部半环形上层气体通道12连通，上层气体通道12两端具有两个轴对称的气体连接通道14，两个气体连接通道14与一靠近内侧面的环形下层气体通道13连通，下层气体通道靠近内侧面的部位上均匀开有4个出气口15。
如图1所示，往气体管道中输入常温下的空气，空气沿气体管道流通，流经工作室内绕行的气体通道后常温空气被加热为接近工作室温度的热空气，热气体继续沿气体管道到达保护板的进气口11进入保护板的上层气体通道12后，均匀分为两股气流按相反方向在上层气体通道12中流通，随后两股气流分别经上层气体通道12两端的两个气体连接通道14进入靠近内侧面的下层气体通道13，气流在下层气体通道13中流通并经4个均匀分布的出气口15向窗口镜方向均匀吹出，形成覆盖于窗口镜上的保护气帘，保证窗口镜清洁。在设备烧结过程中，保护气体持续输入与吹出。
关键字：选择性；激光；烧结窗口；镜气帘；保护方法
选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，简称SLS）是一种被广泛应用的快速成型技术，其以固体粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。
1 选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法特征
（1）一种选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其特征在于通过气体管道往选择性激光烧结机工作室引入保护气体，气体管道在工作室内绕行一定距离，保护气体流经绕行的管道时被工作室热环境加热至接近工作室温度形成热气体，热气体被进一步引入窗口镜保护板中，保护板上分布有多个出气口，热气体从出气口吹出形成覆盖于窗口镜上的保护气帘。
（2）如权利要求1所述的选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其中所述窗口镜保护板为中间开有通孔的柱体，窗口镜保护板上开有一进气口，进气口与窗口镜保护板的内部半环形上层气体通道连通，所述的上层气体通道通过两端的气体连接通道与一靠近内侧面的环形下层气体通道连通，出气口分布于下层气体通道靠近内侧面的部位上。
（3）如权利要求1或2所述的选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其中出气口为自保护板下层气体通道向窗口镜倾斜的锥斜孔。
（4）如权利要求1或2所述的选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其中包含3个或者4个或者4个以上出气口，并且所述出气口呈均匀分布。
（5）根据权利要求2所述的选择性激光烧结窗口镜气帘保护方法，其中所述保护板上的进气口位于保护板上层气体通道的中间位置。
2 SLS工艺的基本过程
SLS工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，加热装置将粉末加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，振镜控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，粉末熔化烧结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉辊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。为保证材料性能的稳定，成型室处于充满保护气体的相对密闭状态。在SLS成型室中会有粉尘飘浮，当激光束透过窗口镜对粉末进行烧结扫描时，附着在窗口镜上及飘浮于窗口镜周围的粉尘将减损激光投射功率，最终影响烧结工件的质量。
3 技术分析
通过向窗口镜均匀吹出热气体形成覆盖窗口镜的气帘，来避免飘浮的粉尘遇窗口镜冷凝结晶而影响投射的激光功率，使窗口镜保持清洁，从而保证良好的烧结质量。其特征在于通过气体管道往选择性激光烧结机工作室引入保护气体，气体管道在选择性激光烧结机的工作室内绕行一定距离，气体流经绕行的管道时被工作室热环境加热至接近工作室温度形成热气体，热气体被进一步引入窗口镜保护板中，保护板上分布有多个出气口，热气体从出气口吹出形成覆盖于窗口镜上的保护气帘。
其中所述窗口镜保护板为中间开有通孔的柱体，窗口镜保护板上开有一进气口，进气口与窗口镜保护板的内部半环形上层气体通道连通，上层气体通道通过两端的气体连接通道与一靠近内侧面的环形下层气体通道连通，出气口分布于下层气体通道靠近内侧面的部位上。
出气口为自下层气体通道向窗口镜倾斜的锥斜孔，出气口可以为3個、4个或4个以上，优选为4个均匀分布的出气口。其中保护板上的进气口优选位于上层气体通道的中间位置。
热气体从保护板的进气口分两股气流进入保护板的上层气体通道，随后分别经气体连接通道进一步均匀进入靠近内侧面的下层气体通道，气流进入下层气体通道后从出气口向窗口镜方向吹出形成覆盖于窗口镜上的保护气帘。其中所述保护气体可以是单一的惰性气体或惰性气体含量不小于78%的任意混合气体，优选为空气或氮气。
窗口镜保护板整体形状可以是圆柱体、方柱体，也可以是其他不规则柱体，本领域技术人员亦可以根据本发明内容对保护板内具有对称结构的气体通道进行变换设计。
引入工作室的保护气体为常温下的气体，气体管道在高温的工作室内绕行一定距离，常温下的保护气体在经过该绕行管道时，被加热至接近工作室温度的热气体，无需再专门配置加热装置对需要输入的保护气体进行预加热，该加热方式简单便捷，并且能有效的将气体温度加热至恰好接近工作室温度，保证用于气帘保护的热气体温度适宜，达到气帘保护的目的，同时不影响整个工作室的热环境。气体管道在工作室内的具体绕行方式可以根据不同的设备特点进行设计，这是本领域技术人员根据本内容、结合现有技术可以实现的。
能实现气流均匀分布的目的，通过多个均匀分布的锥斜孔出气口进行持续对吹，保护气体均匀吹射形成覆盖于窗口镜上的保护气帘，在对窗口镜进行清洁保护时几乎无盲区，气帘温度与工作室温度相近，避免了飘浮的粉尘遇窗口镜冷凝结晶，使窗口镜保持清洁，保证了有效投射的激光功率，从而实实现优良的加工质量。
4 附图说明
5 具体实施方式
如图2～图4所示，窗口镜保护板为倒“凸”形状柱体，窗口镜保护板1的中间开有圆形通孔，窗口镜2安装在窗口镜保护板1上，窗口镜压板3固定窗口镜2。窗口镜保护板1较宽部分柱体的下表面上开有一个进气口11，进气口11与窗口镜保护板1的内部半环形上层气体通道12连通，上层气体通道12两端具有两个轴对称的气体连接通道14，两个气体连接通道14与一靠近内侧面的环形下层气体通道13连通，下层气体通道靠近内侧面的部位上均匀开有4个出气口15。
如图1所示，往气体管道中输入常温下的空气，空气沿气体管道流通，流经工作室内绕行的气体通道后常温空气被加热为接近工作室温度的热空气，热气体继续沿气体管道到达保护板的进气口11进入保护板的上层气体通道12后，均匀分为两股气流按相反方向在上层气体通道12中流通，随后两股气流分别经上层气体通道12两端的两个气体连接通道14进入靠近内侧面的下层气体通道13，气流在下层气体通道13中流通并经4个均匀分布的出气口15向窗口镜方向均匀吹出，形成覆盖于窗口镜上的保护气帘，保证窗口镜清洁。在设备烧结过程中，保护气体持续输入与吹出。