CN105127425A - 一种用于制造三维物体的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造三维物体的温度控制方法，包括步骤：当工作平面温度检测模块对应区域存在待成型工件时，在所述对应区域的扫描过程控制加热器采用恒定的第一占空比进行加热，以使工作区域的实际温度达到设定温度；当所述对应区域扫描结束，待预设时间后，将温度检测模块检测的温度减去设定温度得到差值，当差值大于或等于预设值，且温度检测模块检测的温度存在下降趋势时，控制加热器采用恒定的第二占空比进行加热以使继续扫描时，工作区域的实际温度达到设定温度；否则，通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热，本发明的用于制造三维物体的温度控制方法避免了扫描过程中，由于工作区域的温度达不到设定温度而使工件出现翘曲、收缩的现象，因此本发明提高了工件尺寸精度。

Description

一种用于制造三维物体的温度控制方法

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种用于制造三维物体的温度控制方法。

背景技术

增材制造技术（AdditiveManufacturing，简称AM）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，简称SLS）是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。选择性激光烧结工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉装置将一层粉末材料平铺在成型缸已成型零件的上表面，加热装置将粉末加热至设定的粉末烧结温度，振镜控制激光器按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，粉末熔化烧结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个三维物体制造。

在用于制造三维物体的装置制造过程中，温度控制起到至关重要的作用。目前的激光烧结设备中，主要采用温度检测模块（以红外探头为例）探测成型缸粉床的温度，然而当工作平面中红外探头对应的区域放置有需烧结工件时，此工件在扫描时，会使得红外探头探测的温度偏高，而此温度却不是工作区域的真实温度。此时若采用传统PID算法自动调节加热器的占空比，则由于红外探头探测的温度偏高，从而势必为降低加热器的占空比，从而使得工作区域的温度达不到设定温度，从而使工件出现翘曲、收缩现象，影响工件尺寸的精度。

发明内容

针对现有技术存在的的技术问题，本发明提供了一种避免工件出现翘曲、收缩现象，从而提高工件尺寸精度的一种用于制造三维物体的温度控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于制造三维物体的温度控制方法，包括以下步骤：

当工作平面温度检测模块对应区域存在待成型工件时，在所述对应区域的扫描过程控制加热器采用恒定的第一占空比进行加热，以使工作区域的实际温度达到设定温度；

当所述对应区域扫描结束，待预设时间后，将温度检测模块检测的温度减去设定温度得到差值，当差值大于或等于预设值，且温度检测模块检测的温度存在下降趋势时，控制加热器采用恒定的第二占空比进行加热以使继续扫描时，工作区域的实际温度达到设定温度；否则，通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热。

进一步优选地，在当层工作区域的扫描过程中，将所述对应区域之前进行扫描的区域记作先扫描区域，在所述先扫描区域的扫描过程通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热。

进一步优选地，所述方法还包括：

在对工作区域进行铺粉的过程，控制加热器采用恒定的第三占空比进行加热，以使扫描前工作区域的实际温度达到设定温度。

进一步优选地，所述预设值为1℃。

进一步优选地，所述预设时间为1-2s。

进一步优选地，所述第一占空比通过工作平面温度检测模块对应区域未存在待成型工件时所对应的温控曲线计算得到。

进一步优选地，所述第二占空比通过工作平面温度检测模块对应区域未存在待成型工件时所对应的温控曲线计算得到。

进一步优选地，所述温度检测模块为红外探头。

本发明的用于制造三维物体的温度控制方法，通过包括步骤：当工作平面温度检测模块对应区域存在待成型工件时，在所述对应区域的扫描过程控制加热器采用恒定的第一占空比进行加热，以使工作区域的实际温度达到设定温度；当所述对应区域扫描结束，待预设时间后，将温度检测模块检测的温度减去设定温度得到差值，当差值大于或等于预设值，且温度检测模块检测的温度存在下降趋势时，控制加热器采用恒定的第二占空比进行加热以使继续扫描时，工作区域的实际温度达到设定温度；否则，通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热，使得本发明的用于制造三维物体的温度控制方法避免了扫描过程中，由于工作区域的温度达不到设定温度而使工件出现翘曲、收缩的现象，因此本发明提高了工件尺寸精度。

附图说明

图1是用于制造三维物体的温度控制方法提供的一实施例的方法流程图。

具体实施方式

现有技术中，一般采用PID算法实现工作区域的温场控制，即随着温度检测模块检测的工作区域的温度升高，而减小加热器的占空比，然而，当工作平面中温度检测单元对应的区域放置有需烧结工件时，此工件在扫描时，会使得温度检测模块探测的温度偏高，而此温度却不是工作区域的真实温度。此时若采用传统PID算法自动调节加热器的占空比，则由于温度检测模块探测的温度偏高，从而势必为降低加热器的占空比，从而使得工作区域的温度达不到设定温度，从而使工件出现翘曲、收缩现象，影响工件尺寸的精度。

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于制造三维物体的温度控制方法，该方法包括以下步骤：当工作平面温度检测模块对应区域存在待成型工件时，在所述对应区域的扫描过程控制加热器采用恒定的第一占空比进行加热，以使工作区域的实际温度达到设定温度；当所述对应区域扫描结束，待预设时间后，将温度检测模块检测的温度减去设定温度得到差值，当差值大于或等于预设值，且温度检测模块检测的温度存在下降趋势时，控制加热器采用恒定的第二占空比进行加热以使继续扫描时，工作区域的实际温度达到设定温度；否则，通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热。本发明的用于制造三维物体的温度控制方法避免了扫描过程中，由于工作区域的温度达不到设定温度而使工件出现翘曲、收缩的现象，因此本发明提高了工件尺寸精度。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。

如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤11，当工作平面温度检测模块对应区域存在待成型工件时，在所述对应区域的扫描过程控制加热器采用恒定的第一占空比进行加热，以使工作区域的实际温度达到设定温度；

该步骤11中，当工作平面温度检测模块对应区域存在待成型工件，其是指温度检测模块下存在待成型工件，当然待成型工件所在的区域即为上述提到的对应区域。

步骤12，当所述对应区域扫描结束，等待预设时间；

步骤13，判断温度检测模块检测的温度减去设定温度的差值是否大于或等于预设值；

步骤14，当差值大于或等于预设值，且温度检测模块检测的温度存在下降趋势时，执行步骤15，否则执行步骤16；

步骤15，控制加热器采用恒定的第二占空比进行加热以使继续扫描时，工作区域的实际温度达到设定温度，结束流程；

步骤16，通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热。

上述步骤13-步骤16主要用于在所述对应区域扫描完成后，在对其它工作区域进行扫描时具体采取怎样的加热方式进行加热。在此需说明的是，判断温度检测模块检测的温度减去设定温度的差值是否大于或等于预设值是实时进行的，直到扫描完成结束，且根据实时判断的结果采取相应的加热方式，即当差值大于或等于预设值，且温度检测模块检测的温度存在下降趋势时，控制加热器采用恒定的第二占空比进行加热以使继续扫描时，工作区域的实际温度达到设定温度，否则通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热。

可以理解的是，在当层工作区域的扫描过程中，如果首次扫描的是工作平面温度检测模块对应区域（所述对应区域存在待成型工件）时，则直接按照上述图1的方法流程图执行；而如果首次扫描的是其它区域时，将所述对应区域之前进行扫描的区域记作先扫描区域，在所述先扫描区域的扫描过程通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热。

具体实施中，所述预设值为1℃，当然其具体数值还可根据设计需求具体确定。所述预设时间为1-2s，同理，其具体数值还可根据设计需求具体确定。

作为本发明的进一步优选方案，所述方法还包括：

在对工作区域进行铺粉的过程，控制加热器采用恒定的第三占空比进行加热，以使扫描前工作区域的实际温度达到设定温度。这样避免了现有技术中采用PID算法在工作区域进铺粉时进行预热，铺粉完成后直接进行扫描，工作区域的实际温度没有达到设定温度，而采用PID算法的原理是，随着温度检测模块检测的工作区域的温度升高，而减小加热器的占空比，因此工作区域的实际温度很难在短时间达到设定温度，从而可能影响工件精度，而若采用恒定的第三占空比进行加热，以使扫描前工作区域的实际温度达到设定温度，从而进一步保证了工件精度。

具体实施中，第三占空比可以根据多次试验得到其具体数值，所述第一占空比、第二占空比分别通过工作平面温度检测模块对应区域未存在待成型工件时所对应的温控曲线计算得到，当然，第一占空比、第二占空比也可以根据多次试验得到其具体数值。

具体实施中，所述温度检测模块为红外探头，当然，其还可以为其它任意具备温度检测功能的器件，在此不做具体介绍。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于制造三维物体的温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当工作平面温度检测模块对应区域存在待成型工件时，在所述对应区域的扫描过程控制加热器采用恒定的第一占空比进行加热，以使工作区域的实际温度达到设定温度；

当所述对应区域扫描结束，待预设时间后，将温度检测模块检测的温度减去设定温度得到差值，当差值大于或等于预设值，且温度检测模块检测的温度存在下降趋势时，控制加热器采用恒定的第二占空比进行加热以使继续扫描时，工作区域的实际温度达到设定温度；否则，通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热。

2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，在当层工作区域的扫描过程中，将所述对应区域之前进行扫描的区域记作先扫描区域，在所述先扫描区域的扫描过程通过PID算法自动调节加热器的占空比进行加热。

3.根据权利要求1或2所述的温度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在对工作区域进行铺粉的过程，控制加热器采用恒定的第三占空比进行加热，以使扫描前工作区域的实际温度达到设定温度。

4.根据权利要求3所述的温度控制方法，其特征在于，所述预设值为1℃。

5.根据权利要求4所述的温度控制方法，其特征在于，所述预设时间为1-2s。

6.根据权利要求5所述的温度控制方法，其特征在于，所述第一占空比通过工作平面温度检测模块对应区域未存在待成型工件时所对应的温控曲线计算得到。

7.根据权利要求6所述的温度控制方法，其特征在于，所述第二占空比通过工作平面温度检测模块对应区域未存在待成型工件时所对应的温控曲线计算得到。

8.根据权利要求7所述的温度控制方法，其特征在于，所述温度检测模块为红外探头。