[發明專利]一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置及其應用

有效

• 申請號: 201611193886.1
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106799493B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 文世峰;季憲泰;魏青松;周燕;胡輝;吳雪良;王倩;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 周磊

本發明屬于先進快速制造技術領域，并公開了一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置，包括儲粉漏斗、真空泵、保護氣儲氣罐、電源裝置和中央控制器，所述真空泵和所述保護氣儲氣罐分別通過第一連接管道和第二連接管道與所述儲粉漏斗連接；所述儲粉漏斗的底部出口處設置有第三電磁閥；所述儲粉漏斗的外側壁包裹有隔熱層；圍繞所述儲粉漏斗的外壁設置有感應線圈；所述儲粉漏斗上設置有用于檢測儲粉漏斗內金屬粉末溫度的溫度傳感器和用于檢測儲粉漏斗內壓力的壓力傳感器。本發明結構簡單，操作方便，在實現金屬粉末預熱的同時能提高金屬粉末的利用率。

技術領域

本發明屬于先進快速制造技術領域，更具體地，涉及一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置及其應用。

背景技術

激光選區熔化(Selective laser melting,SLM)技術是集計算機輔助設計、數控技術、增材制造于一體的先進制造技術。SLM利用高能激光直接熔化金屬粉末來逐層成形制件，所以特別適合加工形狀復雜的零件，尤其是具有復雜內腔結構和具有個性化需求的零件。

然而，在SLM成形過程中，金屬粉末材料在高能激光的作用下瞬間熔化、冷卻和凝固，其冷卻速度可達10³-10⁵K/s，使制件內部產生較大的殘余應力，進而造成孔隙、裂紋等缺陷，降低成形件的質量。目前，消除SLM成形件殘余應力的方法主要有基板預熱和成形后退火。其中，對于基板預熱，當成形件達到一定的厚度時，成形件的上部不能得到充分預熱，影響預熱效果。而對于成形后退火處理，盡管這種方法對于消除殘余應力效果好，但對成形件的尺寸影響較大。

已有研究表明，對金屬粉末材料進行預熱也可有效降低或消除制件的內應力。對金屬粉末進行預熱，一是可起到烘干的作用，提高金屬粉末的流動性；二是增強了金屬材料對激光的吸收率，提高了激光利用率；三是縮小了金屬粉末材料加工前后的溫差，降低了熱應力；四是已成形件被經過預熱的金屬粉末包裹，在一定程度上減緩了冷卻速度，降低了殘余應力，減小了裂紋孔隙的形成傾向。

專利CN103100713A，CN104289711A和CN105014071A等提出了不同的粉材預熱方法。其中，CN104289711A是通過安裝于工作腔內的預熱系統以輻射照射的方式預熱粉材，這種方法不能使粉缸下部的金屬粉末得到充分預熱，而且溫度在粉缸上部金屬粉末中的分布也是不均勻的，預熱效果不理想。CN103100713A和CN105014071A都是在粉缸周向設置加熱裝置，對粉材進行預熱。然而，這種方法缺點在于，一方面，當預熱溫度較高時，金屬粉末中的有害氣體如水蒸氣會污染整個成形腔中的保護氣氛；另一方面，在粉缸周向設置加熱裝置，使得整個工作缸體體積冗大，內部結構復雜維修困難。此外，這種基于粉缸的下送粉方式在成形零件時對金屬粉末的利用率低，所以每次成形前要準備比加工件體積多多倍的金屬粉末。而且，在成形過程中對金屬粉末進行補充時，還需打開艙門，過程較為繁雜，成形件的質量也會受到影響。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置及其應用，采用儲粉漏斗來輸送金屬粉末可以解決現有技術中金屬粉末利用率低的問題，同時其可對漏斗中的金屬粉末進行可控加熱，使金屬粉末受熱均勻，降低SLM成形件中的殘余應力，避免成形過程中由于較大殘余應力而出現的變形、翹曲和無法加工等問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置，其特征在于，包括儲粉漏斗、真空泵、保護氣儲氣罐、電源裝置和中央控制器，其中，

所述真空泵和所述保護氣儲氣罐分別通過第一連接管道和第二連接管道與所述儲粉漏斗連接，并且所述第一連接管道和第二連接管道上分別設置有第一電磁閥和第二電磁閥；

所述儲粉漏斗的底部出口處設置有第三電磁閥，以用于控制所述儲粉漏斗的出粉量；

所述儲粉漏斗的外側壁包裹有隔熱層，以用于保持所述儲粉漏斗內金屬粉末的溫度；