[實用新型]三維層疊造型裝置及其溫度控制系統

有效

• 申請號: 202021103693.4
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN212443258U
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 俞紅祥;張杰;龐偉;黃少俯
• 申請（專利權）人: 杭州德迪智能科技有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y50/02;G05D23/19
• 代理公司: 杭州華進聯浙知識產權代理有限公司 33250
• 代理人: 單長芳

本申請涉及一種三維層疊造型裝置及其溫度控制系統。其中，該溫度控制系統應用于具有層疊造型部、預熱單元和激光掃描單元的三維層疊造型裝置，溫度控制系統包括：溫度檢測裝置、高通濾波器、低通濾波器、第一負反饋閉環控制器、第二負反饋閉環控制器；溫度檢測裝置與高通濾波器電性連接，高通濾波器與第一負反饋閉環控制器電性連接；溫度檢測裝置還與低通濾波器電性連接，低通濾波器與第二負反饋閉環控制器電性連接。通過本申請，解決了三維層疊造型裝置的預熱溫度和熔融結合溫度的控制失穩的問題，提高了三維層疊造型裝置的預熱溫度和熔融結合溫度的控制穩定性。

技術領域

本申請涉及三維打印領域，特別是涉及溫度控制系統和三維層疊造型裝置。

背景技術

近年來，以逐層累積方式為核心的增材制造/3D打印技術，逐步受到制造領域的關注。由于成型自由度高、無需模具、數模一次直接成形等優勢，3D打印技術不僅被視作傳統制造技術的必要補充，也承載了制造業對未來技術的期待。在眾多3D打印設備中，基于選擇性激光熔融成型(Selective Laser Melting，簡稱為SLM)和選擇性激光燒結成型((Selective Laser Sintering，簡稱為SLS)三維層疊造型裝置，通過激光束選擇性照射粉末床上粉末薄層特定區域，并使之熔融結合為高精度片狀整體。由于SLM/SLS的打印過程無需復雜支撐結構，且成形精度高、表面質量好，已被廣泛用于復雜結構金屬部件、高分子零件的快速制造。根據熔融結合成形原理，為得到細節清晰、尺寸精準的三維實體零件，精確控制粉末層的熔融結合區域顯得尤為關鍵。

現有基于SLM/SLS的三維層疊造型裝置普遍采用激光束，作為向層疊造型部(例如粉末床)選定區域的粉末層定向施加能量的手段。為了提高立體成形效率，激光束需以較高線速度快速掃描覆蓋每一層粉末層的熔融結合區域，這極大限制了激光束向粉末層施加的能量總量與作用時間，并且大功率激光器還會大幅增加基于SLM/SLS的三維層疊造型裝置的設備成本。降低粉末層熔融結合對激光束的能量需求已成為提升三維層疊造型裝置的設備性能的主要方向之一。通過將粉末床上粉末層整體預熱到略低于熔融結合的臨界溫度，使得激光束僅需向選定區域的粉末施加少量能量，即可實現被照射區域的粉末熔融結合，從而達到在相同掃描速度下降低激光器功率需求，或在相同激光器功率下實現更高掃描速度的目的。

為了避免粉末層預熱過度、發生變質結塊問題，基于SLM/SLS的三維層疊造型裝置必須對粉末層預熱溫度實施測量與閉環控制，即通過動態調節電加熱功率維持預熱溫度穩定。為了避免連續激光掃描的能量持續累積，導致熔融結合區域發生過熱，基于SLM/SLS的三維層疊造型裝置還需要粉末熔融結合溫度實施測量與閉環控制，即通過動態調節激光束功率維持熔融結合溫度穩定。然而在三維層疊造型裝置的過程中，預熱作用與激光束照射加熱是同時作用于粉末層的，直接將兩種熱源共同作用所產生的粉末層溫度，反饋至上述兩個閉環控制回路，則激光束掃描引發的粉末層溫度波動會向預熱控制回路注入高頻擾動，而預熱控制回路對激光束高頻擾動做出的動態響應，亦會在激光功率控制回路產生低頻振蕩，進而誘發預熱溫度與熔融結合溫度控制的失穩，直接影響打印質量，甚至造成打印失敗的嚴重后果。

實用新型內容

本申請實施例提供了一種溫度控制系統和三維層疊造型裝置，以至少解決相關技術中的三維層疊造型裝置的預熱溫度和熔融結合溫度的控制失穩的問題。

第一方面，本申請實施例提供了一種溫度控制系統，應用于具有層疊造型部、預熱單元和激光掃描單元的三維層疊造型裝置，所述溫度控制系統包括：溫度檢測裝置、高通濾波器、低通濾波器、第一負反饋閉環控制器、第二負反饋閉環控制器；所述溫度檢測裝置與所述高通濾波器電性連接，所述高通濾波器與所述第一負反饋閉環控制器電性連接；所述溫度檢測裝置還與所述低通濾波器電性連接，所述低通濾波器與所述第二負反饋閉環控制器電性連接；

其中，所述溫度檢測裝置能夠檢測所述層疊造型部表面的溫度分布；所述第一負反饋閉環控制器輸出的控制量用于控制所述預熱單元的加熱功率；所述第二負反饋閉環控制器輸出的控制量用于控制所述激光掃描單元的激光發射功率或激光掃描速度。