[发明专利]一种用于激光选区熔化设备粉末预热装置及其预热方法

说明书

本发明公开的一种用于激光选区熔化设备粉末预热装置，包括沿成形缸主体高度方向分布的N个加热层，每个加热层由若干个加热单元绕成形缸主体侧面一周设置。一种用于激光选区熔化设备粉末预热装置通过设置若干个加热单元，每个加热单元镶嵌在成形缸主体的侧面，使得热量传递效率更高。一种用于激光选区熔化设备粉末温度的控制方法，每层加热单元的加热温度T_N随着加热单元的层数变化，随着零件当前打印高度的变化，成形缸主体底部基板下方的加热板的加热温度T’_N不断变化。一种用于激光选区熔化设备粉末温度的控制方法，同一层的加热单元加热温度都相同，且一旦打开温度趋于恒定，这简化了温度的控制。

技术领域

本发明属于激光选区熔化设备粉末预热技术领域，具体涉及一种用于激光选区熔化设备粉末预热装置，还设置采用该装置进行激光选区熔化设备粉末温度的控制方法。

背景技术

激光选区熔化SLM是金属件直接成型的一种方法，是快速成型技术的最新发展。该技术基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成型有特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合。采用传统的机加工手段无法制造出来的形状结构复杂的金属零件，是激光快速成型技术应用的主要方向之一。

为了改善材料成型过程中因不均匀温度场而产生的残余应力，常用的方法是对加工好的成形件进行后续热处理，这样零件则会经历先冷却后升温的过程。然而，在上述冷却过程中，零件内部可能出现应力释放而导致加工好的构建出现变形、翘曲甚至开裂等情况，加大生产出次品、废品的风险。最重要的是，变形、翘曲甚至开裂等情况往往在零件成形过程中便已经出现，此种方法由于缺少对成形过程中内应力控制，并不能从根本上解决问题。

针对这一情况提出在加工前及加工过程中对成形区域进行预热处理，在材料的熔化-凝固过程中起到预热和缓冷的作用，通过对温度场的调节减小甚至消除加工过程中的内应力。当前文献和专利中的处理办法大多集中为在成形区域底部添加加热装置进行温度场的调控，最高加热温度可达900℃。此外，申请号为201510987779.5，公开号为105499569，公开日为2016.04.20，发明名称为一种用于高能束增材制造的温度场主动调控系统及其控制方法，提出基于点阵式布局的主动式控温系统和温度控制方法，但是这种方法的目的是在零件的成形过程中使整个加工区域的温度场恒定，从而减少零件成形过程中的内应力。

传统底层加热技术依赖于粉末和零件之间的热传导作用，其弊端在于仅能通过底部加热进行单向预热，其预热效果随着成形高度的增加而不断下降，造成加工层粉末预热不充分；另外，在零件成形过程中，零件的冷却采用自然冷却，零件冷却不可控，从而使零件在加工和冷却两个阶段均有可能出现变形、翘曲和开裂。

基于点阵式主动控温系统使得零件在加工过程中处于一个趋近于恒温的加热腔内，这极大程度降低了零件成形过程中内部残余应力过于集中的可能。但是，该技术方案结构形式过于复杂，大量的布置加热点及测温点不仅要求加热元件和测温元件本身的结构尺寸要小，而且单点控制还要求更为复杂和精密的响应控制系统。此外，基于点阵式主动控温系统依旧采用的是传统从成形缸外壁进行加热的方案，即加热单元产生的热量需要经过整个成形缸壁面厚度才能传至成形缸内部，而测温元件测量的温度也是成形缸外壁面温度而非成形缸内金属粉末的实际温度。最后，复杂的控温系统必不可少的大大增加设备维护的工作量，甚至会出现控温系统大于设备核心打印所带来的的维护损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于激光选区熔化设备粉末预热装置，该粉末预热装置的热量传递效率高。

本发明的另一个目的在于提供一种用于激光选区熔化设备粉末温度的控制方法，采用该方法简化了温度的控制。

本发明所采用的技术方案是：一种用于激光选区熔化设备粉末预热装置，包括沿成形缸主体高度方向分布的N个加热层，每个加热层由若干个加热单元绕成形缸主体侧面一周设置。

本发明的特点还在于，