钢带密封结构TRIZ结题报告廖杰Word文档下载推荐.docx
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案例描述:
目前常见的选择性激光烧结(SLS)3D打印机由于预加热温度不高且无加工环境的气氛保护装置,铺粉装置往往暴露在空气中。
因此,当加工舱预加热温度非常高且需要气氛保护时,所述铺粉机构需要在进行往复铺粉动作的同时为加工舱提供运动密封。
关键词:
卷帘防护罩;
动密封
问题描述
1.工作原理
在3D打印机加工非金属粉末时需要对粉末床进行预热,预热温度从80-200℃不等(根据不同材料的特性来定),在加热的情况下,部分非金属粉末容易被氧化,氧化之后就无法再次回收利用。
所以,加工舱室需要密封充入惰性气体来保护粉末不被氧化。
但是由于加工舱室有可能温度较高,所以铺粉装置必须得外置,然后铺粉的辊子伸入到加工厂。
在来回往复铺粉的时候,需要进行密封。
左右来回铺粉
密封区域
图1.1
2.主要问题
长距离的直线密封,同时要兼顾左右两边,能有效阻挡风尘同时还具有一定气密性,在这样的情况下很难保证具有气密性,因为运动就必须要留有间隙,但是留有间隙很容易被粉尘堵住导致无法运动顺畅,气密性也无法保证。
常见的卷帘防护罩在连接处因为制造的工艺总会留下两个无法完全衔接的洞。
图中画红色圆圈的代表洞,画叉的部分是两个卷帘防护罩间隔的区域,没有钢带,无法密封。
无法密封会造成充入了大量的惰性气体,加工舱室内的含氧量还是处于一个比较高的浓度,>5%。
这个时候材料非常容易被氧化,无法二次利用,造成大量的浪费。
另一个,粉尘在室内漂浮造成的污染会对工作人员产生有害影响。
图1.3
3.问题发生的条件
在加工过程中,随着加工的进行,铺粉小车来回的铺粉,粉尘就会从无法密封的孔洞里钻出来,同时,惰性气体也会往外流动。
这样就会造成整个设备特别的脏,而且,充入了大量的惰性气体,加工舱室内的含氧量还是处于一个比较高的浓度,>5%。
4.初步思路或类似问题的解决方案
1)在设备的铺粉部分里增加一个外罩,将整个铺粉装置都密封起来,然后开一个排气口,在排气口的位置增加一个过滤的滤芯。
系统分析
1.求解过程
1.1工况介绍
在3D打印机工作的时候,有部分粉末需要惰性气体保护,在较高温度下需要铺粉驱动机构放置在加工舱室外部,这样就要求铺粉运动机构需要进行密封。
以免造成粉尘污染。
1.2系统分析:
功能模型
(1)组件分析
表1系统分析表
工程系统
主要功能
组件
超系统组件
具有加工舱室运动密封结构的铺粉机构
在加工的时候对加工舱进行密封
卷帘防护罩1
粉尘
卷帘防护罩2
惰性气体
铺粉小车
导轨及驱动
平面密封装置
(2)组件关系表
表2组件关系表
(3)组件功能
(4)功能模型建立
图2组件功能分析模型
1.3系统分析:
因果轴(因果链分析)(5W法)
图35W法
1.4系统分析:
资源分析(九屏幕法)
图4九屏幕法
从系统分析的因果链分析看到,系统问题的根本原因是:
针对密封条磨损原因,可以给出的解决方案1是:
更换一种耐磨密封条
解决方案
1.分离原理(方案一)
通过对系统存在的不足作用、过剩作用和有害作用功能的分离,以减少或消除系统的缺点,改善了整个功能模型,提高系统的理想度。
将卷帘防护罩去掉,然后将驱动及铺粉机构全部放入加工舱室,这样就不需要对驱动装置进行防护及担心惰性气体泄漏。
在舱室内有高温的情况下,我们对驱动装置进行冷却(设计的时候发现,此技术方案已被申请专利,于是放弃)。
2.技术矛盾
所谓技术矛盾,是指在一个技术系统中,当一个参数被改动时,另一个参数就变差。
我们根据我们的主要问题,既通过较少的能量消耗,完成同等的工作量。
如果,运用一个整体卷帘防护罩。
那么,就没有接缝可以漏气。
但是,防护及密封装置就会变得复杂。
提出的参数如下:
改善参数:
物质或事物的数量-26
恶化参数:
设备复杂性-36
根据以上的两个参数,查找矛盾矩阵表,得到以下四个创新发明原理:
3132710
3、局部质量原理13、反向作用原理
27、替代原理10、预先作用原理
根据局部质量原理-27将均匀的物体结构、外部环境或作用改为不均匀的;
让物体的各部分处于各自的最佳状态;
让物体的不同部位各具不同功能。
将卷帘防护罩的接口改变,让两个卷两防护罩组合时能形成密封。
(方案二)
根据反向作用原理-13用与原来相反的动作达到相同的目的;
把物体(或过程)倒过来;
让物体可动部分不懂,不动部分可动。
我们想在设备的运动铺粉出,鼓风,吹入大量的气体,再由一个部分设置过滤排风。
这样,在铺粉位置的气场处于正压,风尘就不会往运动部件里跑。
(方案三)
根据替代原理-27用便宜的物体替代贵重的物体,同时降低某些质量要求,实现相同的功能。
我们想到了用铺粉的风琴罩,来替代卷帘防护罩,虽然防尘效果不好。
但是便宜,导轨也变成可方便更换的。
这样,把导轨及运动机构变成了易损件。
但是这样呢,后期的维护成本会随着使用时间增加。
我放弃了这个方案。
(方案四)
根据预想作用原理-10为完成任务事先做准备(部分或全部完成任务)或预先将物体安置妥当,使他们能在现场和最方便的地点立即起作用。
根据这个原理,我暂时还没想出具体的解决方案。
3.物理矛盾
物理矛盾含义是指一个技术系统中,由表述系统性能的同一个参数具有相互排斥(相反的或不同的)需求所构成的矛盾称之为物理矛盾。
我们组选取的物理参数为能量消耗。
即:
运动物体能量消耗既要大,以达到驱动目的;
又要小,以优化整机。
物理矛盾分别有四个分离原理,分别是:
1、空间分离2、时间分离3、条件分离4、整体与局部分离。
我们选取的发明原理为空间分离原理和整体与局部分离原理。
我选取的物理矛盾是两个钢带既要分开制造在安装的时候又要结合成一个整体。
空间分离:
将冲突双方在不同的空间上进行分离,以获得问题的解决方案。
选取了空间分离中的局部质量原理进行解决。
不采用卷帘防护罩的形式,采用一根钢带,然后联接在驱动装置上,四周设置几个随动支撑的转轮,这样就可以保证钢带密封是一个整体。
(方案五)
4.物场分析
物场模型是以物质和场的形式表示的、工程系统中任意子系统的模型。
一个技术系统必须由两个物质与一个场,三个元素组成,缺一不可。
S-物质:
任何东西
F-场:
物质间的相互作用
则根据我们的系统,建立物场模型如下:
两个卷帘防护罩对设备加工舱室的密封式不足的,我们增加一个机械场去改变这种不足。
重新设计了一种一体式的卷帘防护罩。
(方案六)
机械场
加工舱室
设备外部
图12整体外观设计
物场模型的解决方法是标准解方法,又分为标准解和一般解。
标准解共分为5类共76个。
我们选取第一类标准解:
不改变或仅少量改变已有系统中的其一:
在一个系统中,有用有害效应同时存在,不增加新物质,通过改变S1或S2来消除有害效应。
共用的一根钢带
最优解
对比方案5与方案6,在实践中发现,方案5中的钢带特别锋利,在长时间运动过程中会对机架产生切削的作用,然后失效。
方案6这种一体式的钢带盒请供应商做出来后发现特别好用。
我们采用的是方案6。
图15最优解设计
TRIZ学习心得
廖杰(技术部)
作为项目组组长,我所负责的是卷帘防护罩密封的设计,以及解决方案的分析。
我认为,Triz最重要的是求解当前系统的核心问题,光是找出问题动用了系统组件分析,组件价值分析,九屏幕发,三轴分析等等。
这是为后面求解问题的技术矛盾,物理矛盾等作为重要的前提。
Triz带个我的不仅仅是解决一个技术问题上的解法。
更重要的是,对于思维的拓展和活跃有很大的帮助。
今后遇到的工程问题,一方面可以用Triz进行求解,另一方面,由Triz创新方法培养的思维去求解。
当然,也不能一味靠这种方法论来解决工程问题,而是作为可以提供给我们使用一种方法。
方案6,我们在使用过程中没有发现特别重大的问题。
因此,特别实用,我们公司申请了实用新型专利,专利号是专利申请号:
201720575656.5
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- 关 键 词:
- 密封 结构 TRIZ 报告