[發明專利]一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法

有效

• 申請號: 201510363570.1
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105034394B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 田小永;黃小康;田曉陽;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/153
• 分類號: B29C64/153;B33Y10/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及選擇性激光燒結技術領域，尤其涉及一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法。

背景技術

選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)是一種利用激光照射燒結粉成型的快速成型技術，在SLS加工中，粉末必須被加熱到一定的溫度，而預熱和激光掃描是使得粉末加熱到一定溫度的兩個必要措施。如果僅僅靠激光的掃描來使粉末的溫度提高，達到吸收一定能量發生粘結的目的,那么，由于粉末顆粒之間的傳熱性能比較差，就會使得燒結的時間大大的延長，而且粉末顆粒之間由于劇烈的溫度變化，導致粉末顆粒體積變化，進一步導致顆粒產生很大的移動從而造成粉床整體的密度分布極不均勻，繼而造成過大的殘余應力，最后影響零部件的幾何精度和機械性能等等。殘余應力引起的變形會經常出現在SLS制件中，其影響因素是多方面的，如激光功率、掃描方式、粉床體溫度等等，其中粉床體溫度是最重要的因素之一，特別是在使用熱塑性材料進行燒結時，粉床體溫度顯得更加重要。而粉床體加熱主要通過預熱來實現。燒結過程中，要求在新的一層粉末鋪好后，盡快將溫度升到預熱溫度，所以，需要在SLS的加工過程中加入一個重要的環節——預熱。預熱效果的好壞的重要標準取決于粉床體的溫度場的均勻性，均勻性越好，預熱效果也就越好。如果預熱效果好，將直接減少成型的時間，提高成型件的性能、精度。反之，預熱效果很差的情況下甚至會導致燒結過程完全不能進行。

目前SLS設備中粉床體的預熱主要通過紅外加熱燈管的輻射加熱來實現，但對于多光源大尺寸激光選區燒結設備，其預熱系統開發難度非常大，一方面光源數量的增加致使粉床體上方可安裝紅外加熱燈管的空間縮小，另一方面粉床體尺寸太大致使其溫度場均勻性很難保證。于是針對多光源大尺寸激光選區燒結設備的預熱系統的開發變得越來越緊迫。

當前最先進的SLS設備的預熱裝置是按陣列方式在一個加熱元件安裝上一組石英輻射加熱管及一組反光板，整個陣列劃分多個區域，人為將被加熱的區域劃分為9個區域，實現對工作臺的均勻加熱。但是這種加熱方法不能適應多光源大尺寸工作臺面的均勻加熱，因為在多光源環境下由于激光路徑的制約難以在工作臺中心區域安裝輻射加熱燈管，安放輻射加熱燈管的集中區域在工作臺四周邊緣附近的側面。這種方法在劃分區域時中心區域過大難以實現對工作臺面的均勻加熱，而且這種分區域方法過于復雜，所需溫度傳感器過多，反射燈罩不易控制，實際應用中安裝過于麻煩，不利于多光源大尺寸激光選區燒結設備的搭建。還有一種由華中科技大學提出的加熱方法，其在粉床體上方設置多層加熱層，每個加熱層的高度由特別設置的拉升機械裝置控制，通過這種機械裝置控制各個加熱層的高度進而控制粉床體的總體溫度場，但這種預熱方法控制較為復雜，機械裝置的加入一方面增加了多光源大尺寸激光選區燒結設備搭建的難度，另一方面僅僅通過拉升機械裝置改變加熱層的高度進而控制粉床體的溫度場也很難實現粉床體溫度場高度均勻的目標。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法，可以提高工作臺面粉床體預熱溫度場的均勻性，進而提高SLS工藝制件質量以及工作效率。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法，包括以下步驟：

第一步，對于粉床體邊長為1500-2500mm的加熱面積的大尺寸粉床體預熱，將粉床體上方依據不同高度區間劃分為2-3個不同加熱層，然后調整各加熱層的高度，第一層加熱層高度為200mm-500mm，第二層加熱層高度為600-900mm,第三層加熱層高度為1000mm-1500mm之間，每個加熱層排布一個由4根以上的加熱燈管構成的加熱陣列；

第二步，粉床體根據加熱層的數量自動劃分為相應數量的環形加熱主影響區域，環形主影響區域的疊加構成粉床體的全部加熱區域，

在單個加熱層加熱下，粉床體形成一個不均勻的溫度場，將粉床體區域中溫度值介于峰值及峰值以下3度的區域稱為該加熱層在粉床體對應的加熱主影響區域，不同高度的加熱層對應不同的粉床體主影響區域；