[发明专利]一种3D打印粉床的快速超高温加热装置

说明书

本发明属3D打印相关技术领域，并公开了一种3D打印粉床的快速超高温加热装置。该装置包括阶梯板、速热板和替换板，阶梯板作为3D打印装置中的基板，速热板用于快速加热，替换板作为成形台面，根据待打印成形的材料的不同，选择不同材料的替换板；速热板包括传热层、发热层、导电电极和隔热层，传热层设置在发热层的上方，与替换板接触，用于将发热层的热量传导给替换基板，发热层材料为石墨，实现在短时间内快速升温，隔热层将发热层与阶梯板分开，避免热量传导至阶梯板，进而逸散至成形缸中。通过本发明，避免热量传递至成形缸，保护成形缸；能用于成形高熵合金或纳米晶合金，通过快速升温降低材料热应力和各向异性。

技术领域

本发明属3D打印相关技术领域，更具体地，涉及一种3D打印粉床的快速超高温加热装置。

背景技术

随着科技的不断进步，工业零件逐渐朝着精密化、复杂化的方向发展，传统的铸造、锻压等加工手段已经不能满足目前制造需求，因此3D打印技术应运而生，3D打印以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、陶瓷、塑料等可粘合材料，通过逐层加热、凝固的方式来构件问题的方式，是增材制造的主要手段之一，基于该加工特点，3D打印技术可生产高精度、形状复杂的零件。

然而，传统3D打印因为基板加热速率慢，热量易扩散到成形缸体中，损毁缸体，因此基板预热温度不能过高，在3D打印过程中基板温度一般为200℃左右，无法生产出性能优良的高熵合金、纳米晶体合金，至今为止，3D打印设备也无法解决以上缺陷。同时基板200℃的低温也会造成熔池高速冷却，存在较大的温度梯度，造成内部熔池凝固后存在较大热应力，严重影响材料的力学性能，甚至产生裂纹，不仅如此，还会产生大量的树状晶，成形件的各向异性提高。

为了解决以上缺陷，有必要提出一种可在3D打印过程中实现生产高熵合金或纳米晶合金，并降低材料热应力和各向异性的装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种3D打印粉床的快速超高温加热装置，通过对关键组件速热板的设计，一方面保证该加热装置能在20s内迅速升温中2000℃，另一方面也避免热量通过替换板传递至成形缸，使得成形缸的温度始终保持在较低水平，保护成形缸；另外，该加热装置还能用于成形高熵合金或纳米晶合金，通过快速升温降低材料热应力和各向异性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种3D打印粉床的快速超高温加热装置，该装置包括阶梯板和设置在该阶梯板中的速热板和替换板，其中：

所述阶梯板作为3D打印装置中的基板，所述速热板设置在所述阶梯板中，用于快速加热，所述替换板设置在所述速热板的上方，作为成形台面，根据待打印成形的材料的不同，选择不同材料的替换板；

所述速热板包括传热层、发热层、导电电极和隔热层，所述传热层设置在所述发热层的上方，与所述替换板接触，用于将所述发热层的热量传导给所述替换基板，所述发热层材料为石墨，所述导电电极与该发热层连接，通过与外界电源连接通电后，实现在短时间内快速升温，所述隔热层设置在所述发热层的下方，将发热层与阶梯板分开，避免热量传导至所述阶梯板，进而逸散至成形缸中。

进一步优选地，所述隔热层包括陶瓷隔热层和泡沫隔热层，所述陶瓷隔热层与所述发热层之间以及陶瓷隔热层与泡沫隔热层之间均设置有惰性气体层，最大程度的实现隔热。

进一步优选地，所述阶梯板上设置有通孔，连接所述导电电极的导线经过所述通孔与所导电电极连接。

进一步优选地，所述导线分为两部分，前半部分设置在所述通孔中，后半部分从所述通孔中穿出，与外接电源连接，该部分的导线外表面上设置有隔热套，避免将所述加热层的热量传导出。

进一步优选地，所述传热层采用的材料为碳化硅或氮化硼。

进一步优选地，所述替换板的两侧设置有双耳结构，方便所述替换板从所述阶梯板中取出。