本實用新型屬于激光增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于金屬激光增材制造的模塊化箱體。

背景技術(shù)：

激光增材制造技術(shù)(Laser Additive Manufacturing，簡稱LAM，俗稱3D打印技術(shù))，是以合金粉末為原料，通過高功率激光對合金粉末進行原位熔化，并使熔融狀態(tài)的合金粉末快速凝固并逐級沉積來制造實體零件。

激光增材制造技術(shù)的原理為：首先利用計算機三維軟件設(shè)計出零件的三維模型，然后在計算機中對三維模型進行分層切片處理，使三維模型離散化為一系列的二維層面，最后利用激光進行逐層掃描并逐層添加合金粉末，最終將三維模型零件轉(zhuǎn)換成實體零件。

從復(fù)雜形狀的零件制造來看，激光增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比具有無法比擬的優(yōu)點，其可實現(xiàn)近凈成形，更加節(jié)約材料，無需模具和專用夾具，生產(chǎn)周期短且效率高，所制造的零件具有優(yōu)異的力學(xué)性能，因此，在航空航天領(lǐng)域內(nèi)，被越來越頻繁的用于鈦合金零件的快速制造。

對于鈦合金，其具有比強度高、耐腐蝕性號、耐熱性高及生物活性良好等特點，近年來已被廣泛應(yīng)用與航空航天領(lǐng)域，特別是利用激光增材制造技術(shù)來生產(chǎn)鈦合金零件。在鈦合金零件制造過程中，由于鈦合金粉末在熔融狀態(tài)下具有高氧化和氮化傾向，因此必須進行有效的防氧化保護，而防氧化保護又是保證鈦合金零件性能的關(guān)鍵。

為了改善鈦合金零件在制造過程中的沉積效果，以提高沉積質(zhì)量，所采用的防氧化保護手段通常體現(xiàn)為一個密閉氣氛保護箱體，在密閉氣氛保護箱體內(nèi)充滿有惰性氣體，而鈦合金零件被放置于密閉氣氛保護箱體內(nèi)。

為了滿足鈦合金零件制造過程中的氣氛保護環(huán)境要求，首先利用真空泵對密閉氣氛保護箱體內(nèi)部進行抽真空操作，然后再向密閉氣氛保護箱體內(nèi)充入惰性氣體，且抽真空過程和充入惰性氣體過程需要往復(fù)進行多次，直到密閉氣氛保護箱體內(nèi)的氣氛保護環(huán)境達到要求，之后方可開始鈦合金零件的制造過程。

但是，采用現(xiàn)有的密閉氣氛保護箱體后，僅單次抽真空過程就需要花費大量的抽氣時間，而且在之后的抽真空過程中，更需要將整箱的惰性氣體完全抽排掉，在經(jīng)過了多次的抽氣和充氣過程后，惰性氣體的消耗量是非常之高的，這顯著了增加鈦合金零件的制造成本。再有，現(xiàn)有的密閉氣氛保護箱體受到自身尺寸的限制，對于已經(jīng)超過其適用尺寸范圍的鈦合金零件將無能為力，只能被迫更換具有更大尺寸的密閉氣氛保護箱體，這直接導(dǎo)致了設(shè)備成本的增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種用于金屬激光增材制造的模塊化箱體，能夠顯著降低惰性氣體的消耗量，同時顯著縮短抽氣時間，零件制造尺寸的適用范圍更大，有效節(jié)省零件制造成本和設(shè)備成本。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：一種用于金屬激光增材制造的模塊化箱體，包括剛性箱體及柔性箱體，在所述剛性箱體的一面箱壁上開設(shè)有一處預(yù)留孔，柔性箱體的箱口通過預(yù)留孔與剛性箱體密封連通，在預(yù)留孔外側(cè)的剛性箱體上設(shè)置有密封隔離板；在所述剛性箱體的箱壁上設(shè)置有抽氣口及充氣口，在剛性箱體內(nèi)部安裝有激光增材制造設(shè)備。

所述抽氣口外接有真空泵，在抽氣口與真空泵之間的氣路上加裝有第一閥門；所述充氣口外接有惰性氣體氣源，在充氣口與惰性氣體氣源之間的氣路上加裝有第二閥門。

所述剛性箱體外接有惰性氣體自循環(huán)凈化系統(tǒng)，惰性氣體自循環(huán)凈化系統(tǒng)包括氧分析儀、風(fēng)機、除氧器、除塵器及冷卻器，所述風(fēng)機的進氣端通過氧分析儀與剛性箱體內(nèi)部密封連通，風(fēng)機的出氣端依次通過除氧器、除塵器及冷卻器與剛性箱體內(nèi)部密封連通。

本實用新型的有益效果：

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠顯著降低惰性氣體的消耗量，同時顯著縮短抽氣時間，零件制造尺寸的適用范圍更大，有效節(jié)省零件制造成本和設(shè)備成本。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種用于金屬激光增材制造的模塊化箱體(抽氣完成時)結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2為本實用新型的一種用于金屬激光增材制造的模塊化箱體(氣氛保護環(huán)境要求下充氣完成時)結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3為本實用新型的一種用于金屬激光增材制造的模塊化箱體(氣氛保護環(huán)境要求下充氣完成至空間擴展?fàn)顟B(tài)時)結(jié)構(gòu)原理圖；

圖中，1—剛性箱體，2—柔性箱體，3—預(yù)留孔，4—密封隔離板，5—抽氣口，6—充氣口，7—激光增材制造設(shè)備，8—真空泵，9—第一閥門，10—惰性氣體氣源，11—第二閥門，12—氧分析儀，13—風(fēng)機，14—除氧器，15—除塵器，16—冷卻器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。

如圖1、2、3所示，一種用于金屬激光增材制造的模塊化箱體，包括剛性箱體1及柔性箱體2，在所述剛性箱體1的一面箱壁上開設(shè)有一處預(yù)留孔3，柔性箱體2的箱口通過預(yù)留孔3與剛性箱體1密封連通，在預(yù)留孔3外側(cè)的剛性箱體1上設(shè)置有密封隔離板4；在所述剛性箱體1的箱壁上設(shè)置有抽氣口5及充氣口6，在剛性箱體1內(nèi)部安裝有激光增材制造設(shè)備7。

所述抽氣口5外接有真空泵8，在抽氣口5與真空泵8之間的氣路上加裝有第一閥門9；所述充氣口6外接有惰性氣體氣源10，在充氣口6與惰性氣體氣源10之間的氣路上加裝有第二閥門11。

所述剛性箱體1外接有惰性氣體自循環(huán)凈化系統(tǒng)，惰性氣體自循環(huán)凈化系統(tǒng)包括氧分析儀12、風(fēng)機13、除氧器14、除塵器15及冷卻器16，所述風(fēng)機13的進氣端通過氧分析儀12與剛性箱體1內(nèi)部密封連通，風(fēng)機13的出氣端依次通過除氧器14、除塵器15及冷卻器16與剛性箱體1內(nèi)部密封連通。

下面結(jié)合附圖說明本實用新型的一次使用過程：

本實施例中的激光增材制造設(shè)備7由激光器、送粉器、同軸送粉噴嘴、三維運動平臺及控制系統(tǒng)組成，激光器安裝在三維運動平臺的橫梁上。

在鈦合金零件制造前，首先將密封隔離板4卸下，開啟第一閥門9，關(guān)閉第二閥門11，啟動真空泵8，對剛性箱體1內(nèi)部進行抽真空操作，直到第一次抽真空操作結(jié)束，而柔性箱體2在外界大氣壓力下，會在剛性箱體1內(nèi)部完全膨脹開來，而剛性箱體1內(nèi)部的大部分空間會被膨脹的柔性箱體2占據(jù)，所剩下的空間只剩一小部分，此時將密封隔離板4重新裝回，通過密封隔離板4將柔性箱體2內(nèi)部與外界密封隔離開。

接下來，關(guān)閉第一閥門9，開啟第二閥門11，通過惰性氣體氣源10向剛性箱體1內(nèi)充入惰性氣體，只需將剛性箱體1內(nèi)部剩余空間充滿即可，同時通過氧分析儀12檢測一下氧含量，如果未達標(biāo)，重復(fù)抽真空及充氣過程，直到氧含量達標(biāo)為止。

當(dāng)氧含量達標(biāo)后，將密封隔離板4再次卸下，然后繼續(xù)向剛性箱體1內(nèi)充入惰性氣體，在充氣過程中，剛性箱體1內(nèi)部氣壓會與外界氣壓逐漸平衡，柔性箱體2會逐漸癟縮下去，直到惰性氣體將剛性箱體1全部充滿后，柔性箱體2完全癟縮，此時再將密封隔離板4重新裝回。

再有，如果當(dāng)鈦合金零件的尺寸已經(jīng)超出了剛性箱體1的適用尺寸范圍后，且惰性氣體將剛性箱體1全部充滿后仍要繼續(xù)充氣，直到柔性箱體2由完全癟縮到再次膨脹，而這次的膨脹位置處于剛性箱體1外部，通過柔性箱體2向外膨脹實現(xiàn)了箱體空間尺寸的擴展，進而擴展了零件制造尺寸的適用范圍。

啟動惰性氣體自循環(huán)凈化系統(tǒng)，使氣氛保護環(huán)境始終處于要求范圍內(nèi)，啟動激光增材制造設(shè)備7，即開始鈦合金零件的制造過程。

當(dāng)采用本實用新型的模塊化箱體后，由于膨脹的柔性箱體2占據(jù)了剛性箱體1內(nèi)部的大部分空間，所剩下的空間只剩一小部分，而在氧含量達標(biāo)前，每次充入的惰性氣體只需充滿剛性箱體1剩余的小部分空間即可，且每次抽排掉的惰性氣體僅是這小部分空間內(nèi)的，與傳統(tǒng)的密閉氣氛保護箱體相比，能夠節(jié)省下大量的惰性氣體，有效避免了惰性氣體的浪費，同時，由于每次只需抽排掉這小部分空間的惰性氣體，進而顯著縮短了抽氣時間。

實施例中的方案并非用以限制本實用新型的專利保護范圍，凡未脫離本實用新型所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。