CN105855544B - 一种激光选区熔化电磁感应立体加热系统 - Google Patents
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Abstract
一种激光选区熔化电磁感应立体加热系统，包括成型室，成型室顶部设有激光发射器，底部设有成型工作平台，成型工作平台和成型缸内体配合，成型缸内体和成型缸外体之间设有线圈，成型工作平台在线圈内，线圈和电磁感应加热控制柜连接，电磁感应加热控制柜和中央控制器连接；成型缸内体和线圈之间设有石墨块，石墨块上安装有实时监测石墨块温度的温度传感器，温度传感器与中央控制器连接；成型室内安装有实时监测加工零件温度的红外线测温仪，红外测温仪与中央控制器连接，本发明对加工零件及加工平面区域进行均匀加热，从而降低SLM金属熔池冷却凝固及加工层间温度梯度，减小金属零件内残余应力，可以实现在线退火。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种激光选区熔化电磁感应立体加热系统。
背景技术
激光选区融化(SLM)是增材制造技术领域的研究热点之一，特别是其在金属件直接成形中具有极大的研究及应用价值，在近段时间以来，SLM金属成形的质量与效率不断提升，其工业化大范围应用的脚步越来越近，然而SLM金属成形件中残余应力的存在仍然是一个难题。
激光选区融化金属成形中，由于激光能量密度特别高，金属粉末在加工过中经历了急剧升温熔化与骤冷凝固的过程，数据显示金属熔池的冷却速率可以达到105K/s，这种极高的冷却速率是导致金属零件中存在较大残余应力的主要因素。其原理主要在两个方面，第一：金属熔池凝固过程中，过高的冷却速率造成金属熔池各区域冷却速度不一致，金属原子来不及有序排列，产生大量的空位和畸变，在金属成形件中引起微观应变，从而引起残余应力的产生；第二，金属熔池凝固过程中，过高的冷却速率造成金属熔池凝固过程中体积收缩从而产生残余应力。归根到底，SLM加工过程中残余应力的产生主要是由于熔池凝固过程中不均匀温度场产生的，针对这一问题业界主要采用电磁线圈及电阻丝等对粉末或成型平台进行预热(加热)，这对于降低零件内残余应力有显著效果。但是仍存在一些问题没有解决，如对粉末预热时，由于粉末导热性差，极易造成粉末温差较大，且粉末经过铺粉过程后，粉末热量损失大，因此粉末预热效果较差，能量利用率较低；在采用对成型平台预热(加热)过程中，在加工的初始阶段SLM加工区域温度比较均匀，但是随着零件高度越来越高，成型平台下降，加工平面与加热装置的距离变远，加工平面加热效果变差，温度梯度较大；在采用电磁感应加热过程中，由于集肤效应，易造成加工平台及零件温度梯度大等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光选区熔化电磁感应立体加热系统，对加工零件及加工平面区域进行均匀加热，从而降低SLM金属熔池冷却凝固及加工层间温度梯度，减小金属零件内残余应力，可以实现在线退火。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种激光选区熔化电磁感应立体加热系统，包括成型室14，成型室14顶部设有激光发射器1，底部设有成型工作平台2，成型工作平台2和成型缸内体9配合，成型缸内体9和成型缸外体4之间设有线圈3，成型工作平台2在线圈3内，线圈3和电磁感应加热控制柜11连接，电磁感应加热控制柜11和中央控制器12连接。
所述的成型缸内体9和线圈3之间设有石墨块5，石墨块5上安装有实时监测石墨块5温度的温度传感器10，温度传感器10与中央控制器12连接。
所述的成型室14内安装有实时监测加工零件温度的红外线测温仪13，红外测温仪13与中央控制器12连接。
所述的成型缸内体9和成型缸外体4之间设有降低成型缸外体4温度的水冷却装置8。
所述的成型工作平台2下安装隔离块6，隔离块6下边安装隔热板7。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
SLM成形零件的加热中采用电磁感应加热技术，确保零件加工过程中零件本身快速、立体清洁加热；线圈3内设置有石墨块5，利用石墨块5在交变磁场中生热大、导热快的特点，对零件加工平面区域进行立体加热，从而减小因为电磁感应中的集肤效应所导致的零件上温度不均匀现象；通过温度传感器10与红外线测温仪13进行实时温度采集，通过双重温度测量反馈到中央控制器12后对电磁感应加热进行温度控制，从而实现加工过程中零件处于一个恒温范围；成型工作平台2下面设置了隔离块6，主要作用是在垂直方向隔离线圈与成型缸传动丝杠之间距离，避免了电机丝杠等设备在交变磁场中生热，隔离块6下面设置了隔热板7，主要起到隔离热量的保护作用；成型缸内体9和成型缸外体4是可分离结构，方便安装、拆卸，同时可以在多个SLM设备上进行安装替换使用。本发明对加工零件及加工平面区域进行均匀加热，从而降低SLM金属熔池冷却凝固及加工层间温度梯度，减小金属零件内残余应力，可以实现在线退火。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种激光选区熔化电磁感应立体加热系统，包括成型室14，成型室14顶部设有激光发射器1，底部设有成型工作平台2，成型工作平台2和成型缸内体9配合，成型缸内体9和成型缸外体4之间设有线圈3，成型工作平台2在线圈3内，线圈3和电磁感应加热控制柜11连接，电磁感应加热控制柜11和中央控制器12连接。
所述的成型缸内体9和线圈3之间设有石墨块5，石墨块5上安装有实时监测石墨块5温度的温度传感器10，温度传感器10与中央控制器12连接，在线圈3的交变磁场中零件与石墨块5均作为热源。
所述的成型室14内安装有实时监测加工零件温度的红外线测温仪13，红外测温仪13与中央控制器12连接。
所述的成型缸内体9和成型缸外体4之间设有降低成型缸外体4温度的水冷却装置8。
所述的成型工作平台2下安装隔离块6，隔离块6下边安装隔热板7。
本发明的工作原理为：
当要进行SLM金属加工时，电磁感应加热控制柜11给线圈3通过中或低频交流电流时，线圈3中产生交变磁场，交变磁场中成型工作平台2上的金属零件内部迅速产生大量热量，导致零件本身温度升高；同时置于线圈3之内的石墨块5在交变磁场中也产生大量热量，热量经过传导，使得零件加工平面区域内处于一个均匀的温度场；温度传感器10与红外线测温仪13双重实时监测石墨块5与加工零件的温度，将温度信息反馈给中央控制器12，中央控制器12通过计算机算法程序控制电磁感应加热控制柜11中电流大小，从而确保SLM加工零件及加工平面区域处于一个合理的温度范围，水冷却装置8在加工过程中能够降低成型缸外体4的温度，起到保护作用，成型工作平台2下的隔离块6主要起到隔离电机丝杠等与磁场的距离，从而减小电机丝杠等产生的热量；隔热板7主要起到隔热保护作用；当零件所在区域内温度均匀后，激光发射器1开始发射激光进行零件加工。
Claims (1)
1.一种激光选区熔化电磁感应立体加热系统，包括成型室(14)，成型室(14)顶部设有激光发射器(1)，底部设有成型工作平台(2)，其特征在于：成型工作平台(2)和成型缸内体(9)配合，成型缸内体(9)和成型缸外体(4)之间设有线圈(3)，成型工作平台(2)在线圈(3)内，线圈(3)和电磁感应加热控制柜(11)连接，电磁感应加热控制柜(11)和中央控制器(12)连接；
所述的成型缸内体(9)和线圈(3)之间设有石墨块(5)，石墨块(5)上安装有实时监测石墨块(5)温度的温度传感器(10)，温度传感器(10)与中央控制器(12)连接；
所述的成型室(14)内安装有实时监测加工零件温度的红外线测温仪(13)，红外测温仪(13)与中央控制器(12)连接；
所述的成型缸内体(9)和成型缸外体(4)之间设有降低成型缸外体(4)温度的水冷却装置(8)；
所述的成型工作平台(2)下安装隔离块(6)，隔离块(6)下边安装隔热板(7)。
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