本发明涉及增材制造技术领域，具体而言涉及惰性气体保护柔性仓体。
背景技术：
金属增材制造过程中，由于部分金属易于与空气中的氧气和水蒸气发生反应，造成产品特性变坏，所以需要建立一个充满惰性气体例如氩气的保护环境，以避免产品加工过程中金属材料和空气中氧气及水蒸气的接触，一般的方法是制作一个金属密封仓体，内部充满氩气。例如现有技术中第201610867575.2号中国发明专利公开的通过上下座组合形成的用于电弧熔丝增材制造的气氛保护装置；又如公开号为cn105598562b的中国发明公开的为了解决钛合金增材制造而设计的保护装置，具有长方形的板体和对应的焊接通道，但现有的保护仓体多采用刚性设计，增材制造本身会涉及到焊枪或者打印头的移动，需要独立设计的移动通道，造成结构复杂。
同时，我们看到，在金属3d打印过程中，还会有氩气随着加工材料不断的充入仓体内；这部分新充入的氩气，需要被排除出去，以避免仓内压力不断的增大。当前所采用的密封仓体，多为刚性仓体，仓壁均为金属结构，仓体密封，仓内压力过大时，通过打开仓体的气阀，排出仓内部分氩气，降低仓内压力；此种仓体制造周期长，成本高。
因仓体本身只能承受仓内的正压力而不能承受负压力，在建立加工环境过程中(也就是向仓内充满氩气并排除仓内空气的过程中)，只能以大量充入氩气稀释空气方式，将仓内空气稀释后挤压出仓体，不能通过抽取真空的方式排除仓内的空气，效率低下，并且仓体越大，这种低效越为明显；仓体一旦制造成型，就无法更改，限制了应用环境的变化。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种惰性气体保护柔性仓体，采用软性的塑料作为仓壁，并且采用可重复充放气的立柱进行不同需求下仓体形态的变化。
为达成上述目的，本发明提供的惰性气体保护柔性仓体，包括基板、柔性主体以及涨口部，所述柔性主体安装到基板上，所述涨口部水平地连接到柔性主体的顶部开口位置，其中：
所述柔性主体具有第一柔性侧壁和可充气的框架，第一柔性侧壁与框架密封连接，所述柔性主体具有充气后直立形成框架的支撑态以及未充气时呈堆叠的自由态；
所述涨口部连接到柔性主体的顶部开口位置，该涨口部具有第二柔性侧壁以及可充气的支撑条，第二柔性侧壁与支撑条密封连接，所述涨口部被设置成包括在支撑条被抽气后的褶皱态，在所述褶皱态下，所述涨口部紧缩后形成褶皱空隙，构成柔性主体内部与外部的气体排出通道。
进一步地，所述可充气的框架具有多个立柱和横梁，所述立柱和横梁均为充气式构造，多个立柱平行并竖直地支撑到基板上，横梁首尾相连地依次安装到立柱的顶部，使得立柱和横梁充气后形成一直立的框架，所述第一柔性侧壁安装在框架所限定的侧部。
进一步地，所述第一柔性侧壁环绕地安装在基板的四周，所述基板与柔性主体的第一柔性侧壁之间还安装有密封卡扣，密封所述柔性主体的底部。
进一步地，所述基板的边缘位置上环绕地设置有下密封条，所述密封卡扣的所述另一边的下方设置有充气密封条，充气密封条的下端面设置有上密封条，所述第一柔性侧壁穿过下密封条和上密封条的中间。
由以上本发明的技术方案，本发明提供的柔性仓体，与现有技术相比具有以下显著的有益效果：
1、整体主体结构采用塑料制备，成本低，而且组成机构的结构件少，容易组装，生产周期短；
2、柔性仓体在建立内部的氩气保护环境时，通过排气-充气的循环操作，缩短建立保护环境的时间，快速建立仓内保护环境，并能节省很多氩气，仓体越大，这一作用越明显；
3、使用时，可通过排气-充气的循环操作快速建立保护环境，在使用完后可以将仓体整体降落到地上，使工件完全暴露在仓外，实现便捷的工件后处理操作；
4、整个柔性仓体可以整体降落到地上，或者折叠起来，相比于现有技术的金属腔仓体，在运输方面，更加便利；
5、整个保护环境为柔性主体的环境，可在加工过程中随着加工工具的移动进行偏移或者摆动，不需要如现有技术中单独设置的滑道或者滑槽，充分利用柔性仓体的柔性性能，实现更好的加工；
6、在加工过程中，由于伴随加工材料会不断地向仓体内部充入的氩气(如电弧3d打印时从焊枪充入的保护氩气、送粉3d打印时从加工头充入的镜片保护氩气和载粉氩气)，可从仓体顶部充气式涨口缩小后留下的褶皱空隙排出仓外，而不需要像现有技术那样单独设计排气口。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是根据本发明实施例的柔性仓体的整体结构示意图。
图2是根据本发明实施例的柔性仓体的局部剖视图。
图3是根据本发明实施例的柔性仓体的侧视图。
图4是根据本发明实施例的柔性仓体的俯视图。
图5是图3中ⅰ处的局部放大图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
本发明提供的惰性气体保护柔性仓体，通过软塑料的柔性材料以及可充气的框架(立柱、横梁)实现柔性主体的搭建，构建惰性气体(尤其是氩气)保护环境的主体框架，同时在柔性主体的上方水平设置涨口部，通过涨口部的扩张和收紧，来实现不同状态的切换，在扩张状态下伸入加工头，以及解除仓体框架状态，在收紧状态下，可进行氩气保护环境的快速建立，通过排气-充气的循环动作，快速排出空气，而且在加工的过程中还可以利用褶皱空隙实现内外压力平衡，不需要单独设计排气口。
结合图1-5所示的示例的惰性气体保护柔性仓体，包括基板100、柔性主体200以及涨口部300。柔性主体200安装到基板100上，涨口部300连接到柔性主体的顶部开口位置。
在可选的实施例中，柔性主体200具有第一柔性侧壁5和可充气的框架。第一柔性侧壁5优选地采用软塑料制作，使得可充气的框架在框架搭建完成后呈自由松弛的状态，可以通过充气形成直立，或者在抽气后恢复自由松弛状态。
在本发明可选的实施例中，结合图1、2和3所示，可充气框架具有多个立柱4-1和横梁4-2，立柱4-1和横梁4-2均为充气式构造，设置有多个可以进行充气或者抽气的气嘴11，作为气体的出入口。通过这些气嘴11，可向立柱4-1、横梁4-2内充入高压气体或者抽气。
多个立柱4-1平行并竖直地支撑到基板100上，横梁4-2首尾相连地依次安装到立柱的顶部。
在可选的实施例中，相邻立柱4-1与横梁4-2之间可以连通或者不连通，均可通过对应的气嘴进行单独或者连通一起的充气和抽气。
结合下面将要更加细致描述的，第一柔性侧壁5与框架密封连接，第一柔性侧壁5安装在框架所限定的侧部。当立柱和横梁被高压气体充满后，可使得柔性主体(连同第一柔性侧壁一起)形成一直立的框架。
如此设计，使得柔性主体200整体上具有充气后直立形成框架的支撑态以及未充气时呈堆叠的自由态，在支撑态下，其内部形成可容纳加工工具和工件的加工空间，例如容纳增材制造用的打印工作头，或者焊接用的焊接工作头等。
结合图1、2、3所示，涨口部300平行地连接到柔性主体200的顶部开口位置。本实施例中，二者之间采用粘结方式连接。
结合图示，为了方便说明，柔性主体200和涨口部300以方形结构框架为例进行说明。但本发明的实施例并不以此为限制，应当理解，根据本发明各个方面的教导，柔性主体200和涨口部300的截面还可以是其他形状，优选的是正方形或者长方形等规则的形状，以利于生产制造以及形成内部规则的空间。
涨口部300具有第二柔性侧壁6以及可充气的支撑条7，多个支撑条7围成方形结构，四个第二柔性侧壁6分别与对应支撑条7密封连接，例如通过粘结方式连接。
第二柔性侧壁6优选为软塑料侧壁，尤其是与第一柔性侧壁的材料相同的软塑料侧壁。
支撑条7上设置有用于进行充气和抽气的涨口气嘴12，供高压气体进出支撑条，使得涨口部300具有在支撑条7被抽气后的褶皱态，在褶皱态下，涨口部紧缩后形成褶皱空隙，构成柔性主体200的内部与外部的气体排出通道。
如此，在褶皱态下，涨口部被设置成紧箍到伸入柔性主体的加工工具上，例如电弧3d打印用的焊枪、送粉3d打印用的送粉式激光加工头，并形成褶皱空隙。并且，在接下来对柔性仓体的柔性主体内形成保护环境的过程中，可通过挤压柔性主体200使得部分空气可以直接从褶皱空隙排出，并且在通入惰性气体例如氩气进入柔性主体200的内部空间时，因氩气的质量大于空气的质量，挤压内部空间使得空气向上流动并经过所述的褶皱空隙排出，在下面将更加细致描述的，通过挤出排气-充入氩气的循环操作，加速氩气保护环境的形成，减少氩气的用量。
同时，即便仓内气氛环境压力与外界大气环境压力相差不大，因为氩气密度大于空气，而柔性主体的与空气流通的开口位于上方，氩气从顶部空隙的自然溢出速度也受到限制。
结合图1、2，涨口部300的支撑条7，通过涨口气嘴12充气后，使其呈现支撑态，在支撑态下，与第二柔性侧壁6整体上成框架结构位于柔性主体200的上方，具有扩张开成四方形的开口，此时允许加工工具伸入到柔性主体直立后的框架所形成的空间内。
优选地，涨口部300与柔性主体200在充气形成框架结构后，具有一致的截面形状。
结合图1、图2和图3，第一柔性侧壁5环绕地安装在基板100的四周，基板100与柔性主体200的第一柔性侧壁5之间还安装有密封卡扣3，密封柔性主体的底部。
如图2、5，密封卡扣3的成l形，其一边通过螺栓2固定到基板的侧面上，另一边压在基板100的上端面。基板100的上端面还设置有上密封条9和下密封条8，优选地呈半圆形，采用半圆形上密封条和半圆形下密封条压紧配合的方式，对软塑料的第一柔性侧壁5进行挤合密封。
具体地，结合图5，基板100的边缘位置上环绕地设置有下密封条8，密封卡扣的所述另一边的下方设置有充气密封条10，充气密封条嵌入到密封卡扣3的下方。充气密封条的下端面设置有上密封条9，第一柔性侧壁5穿过下密封条和上密封条的中间，使得充气密封条10、上密封条、下密封条同时置于密封卡扣的腔体内。
充气密封条10上还设置有一用于抽气和充气的气嘴13，穿过密封卡扣。
如此，在安装搭建柔性仓体过程中，将已安装充气密封条10的密封卡扣3通过螺栓2固定安装到基板100的边缘上，使充气密封条10处于下密封条8和上密封条9的上方；然后对充气密封条10通过气嘴(即充气口)13充入高压气，使其膨胀，对下密封条8和上密封条9形成挤压变形，使下密封条8和上密封条9之间的软塑料仓壁5被挤压牢固，实现柔性主体的底部的密封。
整个仓体底部密封完毕后，仓体处于自然松弛状态，因为柔性主体200的侧壁5和立柱、横梁均优选都为软塑料材质，并且位于上部的涨口部的侧壁6和支撑条也优选采用软塑料材质，因而自然地堆叠在基板100上，仓体内腔并未形成。
而在需要建立保护环境并形成加工内腔时，需要对柔性主体200和涨口部300进行充气和抽气的操作。下面将结合附图所示，更加细致地描述本发明较佳的示例性实施例的柔性仓体的仓体胀大缩小变化原理和仓体使用方式。
应当理解，本发明以上以及以下将要描述的实施例的柔性仓体，可用于增材制造或者焊接加工的氩气保护情况，以利于加工时对加工工件和加工过程的防护。
在安装搭建柔性仓体过程中，整个仓体底部密封完毕后，仓体处于自然松弛状态，根据下面的步骤进行充气和抽气处理，快速建立框架结构以及氩气保护环境，提高吸气速度，减少氩气使用量：
步骤1、对柔性主体的立柱4-1和横梁4-2进行充气，使其膨胀后形成直立于基板上的框架；结合图1、2、3，由于在水平方向的横梁和垂直方向的立柱之间是相互连接的(本例中采用相互连通设计)，所以仓体在充气后被立柱和横梁支撑为一个直立的框架结构；
步骤2、对涨口部300的支撑条7进行充气，使其膨胀扩大；
步骤3、将加工工具通过涨口部300的开口伸入到柔性主体200的框架内部；
步骤4、对涨口部的支撑条7进行抽气，使其收缩并紧箍到加工工具上，紧缩后形成褶皱空隙；
步骤5、对柔性主体的立柱4-1和横梁4-2进行抽气排气，使其收缩变小；
步骤6、然后挤压柔性主体的侧壁(即第一柔性侧壁5)，通过步骤4形成的褶皱空隙排出柔性主体内的部分空气；
步骤7、将氩气的管路插入到涨口部300褶皱所形成的封口并伸入到柔性主体200的内部，对柔性主体充入氩气，使其膨胀扩大；
步骤8、检测柔性主体200内部的含氧量和含水量，如果未达到设定数值，重复步骤6和7，直到含氧量和含水量达到设定数值，则停止充入氩气；
步骤9、重复步骤1，对柔性主体的立柱和横梁充气，控制和维持柔性主体的形状，使其成为直立的框架结构。
至此，形成了可供加工操作的氩气保护环境的框架结构，而且时一个微正气压环境。
然后，可以通过加工工具在柔性主体200的框架所限定的内部空腔内进行加工操作，例如增材制造或者焊接操作。
结合步骤6和7所示，在建立仓内环境过程中，可以通过对柔性主体内腔的“排气——充气”循环操作的方式，加快洗气速度，也即加快仓内环境建立速度。
涨口部300的顶部封口处的褶皱空隙作为柔性仓体的排气泄压口，利用氩气密度大于空气的物理特性，限制氩气的自然外溢速度，可减少氩气的使用量。
同时，基于上述建立的微正气压氩气保护环境的加工过程中，伴随加工材料不断地充入仓内的氩气，可从柔性仓体顶部的充气式涨口部收缩后留下的褶皱空隙排出仓外。即使仓内气氛环境压力与外界大气环境压力相差不大，因为氩气密度大于空气，而褶皱空隙位于上方位置，氩气从顶部空隙的自然溢出速度收到限制。
结合上述实施例，在柔性仓体使用完毕后需要解除时，通过以下步骤的操作实现解除：
对涨口部的支撑条7充气，使得涨口部扩大，第二柔性侧壁6恢复自然松弛状态；
对柔性主体的立柱和横梁排气，使得立柱和横梁恢复自然松弛状态；
第一柔性侧壁5和第二柔性侧壁6失去支撑，而在重力作用下自然下落到基板上，内腔被完全打开。至此，氩气保护的柔性仓体被解除。
此时，加工完的工件将完全暴露给仓体外部，便于工作人员做进一步的操作。
应当注意，解除仓体时，需要注意仓体附近的通风操作，以免大量氩气瞬间扩散到有限空间内造成人员窒息。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
1.一种惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，包括基板、柔性主体以及涨口部，所述柔性主体安装到基板上，所述涨口部水平地连接到柔性主体的顶部开口位置，其中：
所述柔性主体具有第一柔性侧壁和可充气的框架，第一柔性侧壁与框架密封连接，所述柔性主体具有充气后直立形成框架的支撑态以及未充气时呈堆叠的自由态；
所述涨口部具有第二柔性侧壁以及可充气的支撑条，第二柔性侧壁与支撑条密封连接，所述涨口部被设置成包括在支撑条被抽气后的褶皱态，在所述褶皱态下，所述涨口部紧缩后形成褶皱空隙，构成柔性主体内部与外部的气体排出通道。
2.根据权利要求1所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述涨口部与柔性主体具有一致的截面形状。
3.根据权利要求1所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述第一柔性侧壁和第二柔性侧壁均为软塑料侧壁。
4.根据权利要求1所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述可充气的框架具有多个立柱和横梁，所述立柱和横梁均为充气式构造，多个立柱平行并竖直地支撑到基板上，横梁首尾相连地依次安装到立柱的顶部，使得立柱和横梁充气后形成一直立的框架，所述第一柔性侧壁安装在框架所限定的侧部。
5.根据权利要求4所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述立柱和/或横梁上设置有用以抽气和充气的气嘴。
6.根据权利要求1所述惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述支撑条上设置有用以抽气和充气的气嘴。
7.根据权利要求1所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述第一柔性侧壁环绕地安装在基板的四周，所述基板与柔性主体的第一柔性侧壁之间还安装有密封卡扣，密封所述柔性主体的底部。
8.根据权利要求7所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述密封卡扣成l形，其一边通过螺栓固定到基板的侧面上，另一边压在基板的上端面。
9.根据权利要求8所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述基板的边缘位置上环绕地设置有下密封条，所述密封卡扣的所述另一边的下方设置有充气密封条，充气密封条的下端面设置有上密封条，所述第一柔性侧壁穿过下密封条和上密封条的中间。
10.根据权利要求9所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述充气密封条嵌入到密封卡扣的下方。
11.根据权利要求9所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述充气密封条上还设置有一用于抽气和充气的气嘴，穿过所述密封卡扣。
12.根据权利要求1所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述柔性主体在支撑态下的截面呈长方形或者正方形。
13.根据权利要求1所述的惰性气体保护柔性仓体，其特征在于，所述柔性仓体被设置用于增材制造或者焊接加工的保护。
技术总结