CN103100713A - 选择性激光选区熔化slm设备送粉筒预热装置和预热方法 - Google Patents

选择性激光选区熔化slm设备送粉筒预热装置和预热方法 Download PDF

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Abstract

一种选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置和预热方法，通过设置载粉桶，围绕载粉桶的桶体设置有金属感应线圈，与金属感应线圈电连接的为高频或者中频电源，中央控制器同高频或者中频电源控制连接，另外中央控制器还通信连接有温度传感器，温度传感器的温度感应部件用于采集载粉桶内金属粉末的温度信息，在载粉桶的外部预设的位置设置有金属粉刮板，所述的中央控制器也同金属粉刮板控制连接。并结合其预热方法避免了激光快速成形局部热输入造成的不均匀温度场而产生的残余应力，因此这样的预处理不会引发成形件开裂。

Description

选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置和预热方法
技术领域
本发明涉及快速成型技术领域，特别涉及一种选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置和预热方法。
背景技术
选择性激光熔化 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模型直接成型具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。具有以下优点：
（1）能直接制成终端金属产品，不用任何后处理工艺或简单的表面处理，通过简单的CAD造型和材料选择即可直接加工出可直接使用的零件，极大地缩短了产品开发周期；
（2）能得到具有非平衡态过饱和固溶体及均匀细小金相组织的实体，致密度几乎能达到100%，零件机械性能与锻造工艺所得相当；
（3）使用具有高功率密度的激光器，以光斑很小的激光束加工金属，使得加工出来的金属零件具有很高的尺寸精度( 达0.1mm) 以及好的表面粗糙度(Ra 30～50μm)；
（4）由于激光光斑直径很小，因此能以较低的功率熔化高熔点的金属，使得用单一成分的金属粉末来制造零件成为可能，而且可供选用的金属粉末种类也大大拓展了；
（5）适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构，如空腔、三维网格以及用传统方法无法制造的复杂工件。
    但是在选择性激光熔化SLM设备成形高温合金过程中，一些常用的高温合金在激光快速成形过程中易于出现裂纹等缺陷，成为影响其进入应用的主要障碍。因此高温合金激光快速成形过程的裂纹是制备高温合金零件亟待解决的关键问题。激光快速成形局部热输入造成的不均匀温度场而产生残余应力，是成形件开裂的外因。通过对镍基白熔合金残余应力的测试，表明成形件主要承受拉伸应力的作用，可达几百MPa。可见调整和消除残余应力对抑制成形过程裂纹的产生具有重要意义。残余应力是一种不稳定的应力状态，在外界因素的作用下将发生松弛或衰减。由于激光快速成形过程中残余应力的产生主要是由局部热输入而导致的不均匀温度场引起，而现在市场上的选择性激光熔化SLM设备对送粉筒内的金属粉末没有做任何预处理，因此在成形高温合金零部件过程中具有较大的局限性。
发明内容
本发明提供一种选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置和预热方法，通过设置载粉桶，围绕载粉桶的桶体设置有金属感应线圈，与金属感应线圈电连接的为高频或者中频电源，中央控制器同高频或者中频电源控制连接，另外中央控制器还通信连接有温度传感器，温度传感器的温度感应部件用于采集载粉桶内金属粉末的温度信息，在载粉桶的外部预设的位置设置有金属粉刮板，所述的中央控制器也同金属粉刮板控制连接。并结合其预热方法避免了激光快速成形局部热输入造成的不均匀温度场而产生的残余应力，因此这样的预处理不会引发成形件开裂。  
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置，包括载粉桶1，围绕载粉桶1的桶体设置有金属感应线圈3，与金属感应线圈3电连接的为高频或者中频电源4，中央控制器5同高频或者中频电源4控制连接，另外中央控制器5还通信连接有温度传感器6，温度传感器6的温度感应部件用于采集载粉桶1内金属粉末的温度信息，在载粉桶1的外部预设的位置设置有金属粉刮板2，所述的中央控制器5也同金属粉刮板2控制连接。
所述的温度传感器6为红外温度传感器。
围绕所述的载粉桶1、金属感应线圈3以及温度传感器6从内而外依次设置有保温隔热层7和金属屏蔽层8。
所述的选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置的预热方法，步骤如下：
步骤1：在选择性激光熔化SLM设备开机后，通过启动中央控制器5对高
频电源4发出开机控制信号，中央控制器5对金属粉刮板2进行锁定操作；
步骤2：高频或者中频电源4接收到开机控制信号后，启动高频或者中频电源4产生高频或者中频电流导通金属感应线圈3，金属感应线圈3在高频或者中频电流的作用下产生交变磁场；
步骤3：载粉桶1内的金属粉末在交变磁场内产生高频或者中频磁场作用下产生的感应电流、涡流损耗以及金属粉末形成的导体内磁场的作用即磁滞损耗引起导体自身发热而进行加热；
步骤4：启动温度传感器6实时检测载粉桶1内的金属粉末的温度，并将温度信息传送至中央控制器5；
步骤5：中央控制器5接收到温度信息后根据内置算法控制高频或者中频感应电源4所产生的高频或者中频电流以实现载粉桶1内金属粉末的恒温；
步骤6：在载粉桶1温度达到设定值后，中央控制器5解除对金属粉刮板
2的锁定，随后金属粉刮板2进行刮粉操作。  
所述的载粉桶1内金属粉末的恒温温度值能够由中央控制器5调节控制。 
所述的内置算法为PID算法。
通过选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置的载粉桶1内的金属粉末在交变磁场内产生高频或者中频磁场作用下产生的感应电流、涡流损耗以及金属粉末形成的导体内磁场的作用即磁滞损耗引起导体自身发热而进行加热，加上中央控制器5接收到温度信息后根据内置算法控制高频或者中频感应电源4所产生的高频或者中频电流以实现载粉桶1内金属粉末的恒温，突破了在成形高温合金零部件过程中的局限性，加上该预处理环节极大拓展了应用范围。
附图说明
附图为本发明的选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明：
如附图所示，选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置，包括载粉桶1，载粉桶1装载用于成形的金属粉末，围绕载粉桶1的桶体设置有金属感应线圈3，与金属感应线圈3电连接的为高频或者中频电源4，中央控制器5同高频或者中频电源4控制连接，另外中央控制器5还通信连接有温度传感器6，温度传感器6的温度感应部件用于采集载粉桶1内金属粉末的温度信息，在载粉桶1的外部预设的位置设置有金属粉刮板2，所述的中央控制器5也同金属粉刮板2控制连接。所述的温度传感器6为红外温度传感器。围绕所述的载粉桶1、金属感应线圈3以及温度传感器6从内而外依次设置有保温隔热层7和金属屏蔽层8，保温隔热层7能够保持载粉桶内金属粉的温度，降低载粉桶1的热量散失，而金属屏蔽层8能够屏蔽金属感应线圈3内的电磁信号，防止对其他设备部件造成干扰。
所述的选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置的预热方法，步骤如下：
步骤1：在选择性激光熔化SLM设备开机后，通过启动中央控制器5对高
频电源4发出开机控制信号，中央控制器5对金属粉刮板2进行锁定操作；
步骤2：高频或者中频电源4接收到开机控制信号后，启动高频或者中频电源4产生高频或者中频电流导通金属感应线圈3，金属感应线圈3在高频或者中频电流的作用下产生交变磁场；
步骤3：载粉桶1内的金属粉末在交变磁场内产生高频或者中频磁场作用下产生的感应电流、涡流损耗以及金属粉末形成的导体内磁场的作用即磁滞损耗引起导体自身发热而进行加热；
步骤4：启动温度传感器6实时检测载粉桶1内的金属粉末的温度，并将温度信息传送至中央控制器5；
步骤5：中央控制器5接收到温度信息后根据内置算法控制高频或者中频感应电源4所产生的高频或者中频电流以实现载粉桶1内金属粉末的恒温；
步骤6：在载粉桶1温度达到设定值后，中央控制器5解除对金属粉刮板
2的锁定，随后金属粉刮板2进行刮粉操作。    
所述的载粉桶1内金属粉末的恒温温度值能够由中央控制器5调节控制。 
所述的内置算法为PID算法。

Claims (6)

1.一种选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置，包括载粉桶（1），其特征在于围绕载粉桶（1）的桶体设置有金属感应线圈（3），与金属感应线圈（3）电连接的为高频或者中频电源（4），中央控制器（5）同高频或者中频电源（4）控制连接，另外中央控制器（5）还通信连接有温度传感器（6），温度传感器（6）的温度感应部件用于采集载粉桶（1）内金属粉末的温度信息，在载粉桶（1）的外部预设的位置设置有金属粉刮板（2），所述的中央控制器（5）也同金属粉刮板（2）控制连接。
2.根据权利要求1所述的选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置，其特征在于所述的温度传感器（6）为红外温度传感器。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置，其特征在于围绕所述的载粉桶（1）、金属感应线圈（3）以及温度传感器（6）从内而外依次设置有保温隔热层（7）和金属屏蔽层（8）。
4.根据权利要求1所述的选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置的预热方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：在选择性激光熔化SLM设备开机后，通过启动中央控制器（5）对高频或者中频电源（4）发出开机控制信号，中央控制器（5）对金属粉刮板（2）进行锁定操作；
步骤2：高频或者中频电源（4）接收到开机控制信号后，启动高频或者中频电源(4)产生高频或者中频电流导通金属感应线圈（3），金属感应线圈（3）在高频或者中频电流的作用下产生交变磁场；
步骤3：载粉桶（1）内的金属粉末在交变磁场内产生高频或者中频磁场作用下产生的感应电流、涡流损耗以及金属粉末形成的导体内磁场的作用即磁滞损耗引起导体自身发热而进行加热；
步骤4：启动温度传感器（6）实时检测载粉桶（1）内的金属粉末的温度，并将温度信息传送至中央控制器（5）；
步骤5：中央控制器（5）接收到温度信息后根据内置算法控制高频或者中频感应电源（4）所产生的高频或者中频电流以实现载粉桶(1)内金属粉末的恒温；
步骤6：在载粉桶（1）温度达到设定值后，中央控制器（5）解除对金属粉刮板（2）的锁定，随后金属粉刮板（2）进行刮粉操作。
5.根据权利要求4所述的选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置的预热方法，其特征在于，所述的载粉桶（1）内金属粉末的恒温温度值能够由中央控制器（5）调节控制。
6.根据权利要求4所述的选择性激光选区熔化SLM设备送粉筒预热装置的预热方法，其特征在于，所述的内置算法为PID算法。
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