CN106608048A - 一种成型基板加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种成型基板加热系统，属于增材制造领域，包括依次贴合固定的加热隔板、加热组件，所述加热组件包括至少一个可活动拼装的加热板，和用来固定加热板的固定型板，所述加热板自由的拼装组合，形成一个连续和/或断续的加热区域；避免了由于加热面积比较大，局部单点的加热同样存在温度梯度的问题，且加热时间长，温度上升慢，作业效率低下的问题，实现了对成型后的制件进行区域性的温度控制，满足成型后制件的后段处理工艺因结构特性或者性能的个性化要求。

Description

一种成型基板加热系统
技术领域
本发明属于增材制造领域，涉及一种成型基板的加热系统，特别是涉及一种基于扫描振镜利用激光将粉末逐层熔化/融化堆积成成型的激光3D打印设备的成型基板加热系统。
背景技术
激光3D打印作为一种增材制造的成型技术，具有较高的打印精度和打印速度，材料适用范围广，适用于多种金属或非金属材料的加工成型。激光3D打印是一种利用CAD生成的三维实体模型直接生产零件的技术，其主要原理就是采用红外激光器作能源，使用的造型材料多为粉末材料，加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到烧结好的零件。
为了确保成型精度，减少或消除因为粉末加工前后温差过大造成的热应力，在激光扫描将粉末熔化的前后，需要将粉末预热到较为接近其熔融温度。现有激光3D成型设备在加工导热性不佳或大厚度尺寸的成型工件，由于热传导温度梯度的存在，待成型粉末得不到有效的预热，加工成型困难。
为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种激光3D打印设备及打印方法[申请号：201410611790.7]，通过辐射照射的加热方式对成型粉末进行预加热，虽然一定程度上，可以一定程度上消除导热性不佳或大厚度尺寸的成型过程中温度梯度的影响。然而，这种通过整体辐射的加热模式能耗大，且导致成型后的制件和周边粉末的温差很小，容易粘附在制件上，直接影响成型后的产品精度及良率，只适用于造型简单、精度要求不高的零件的成型。而且现有技术成型后的制件只能单一的进行后段工艺处理，无法满足组成同个制件不同部分性能要求不同的个性化需求。
有鉴于此，这也构成了需要进一步改进加工平台成型基板加热系统的设计，以图解决所存在的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种成型基板加热系统，解决了现有技术中的加热系统无法有效对导热性不佳或者大厚度尺寸的成型工件进行预热过程中的温度梯度，待成型粉末得不到有效的预热，加工成型困难的难题，以及预热系统能耗大，直接影响成型后制件的精度，导致产品的良率降低的问题，同时，可实现制件成型后多种后段处理工艺同时进行，实现同个制件不同组成部分性能要求不同的个性化需求。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种成型基板加热系统，包括依次贴合固定的加热隔板、加热组件，所述加热组件包括至少一个可活动拼装的加热板，和用来固定加热板的固定型板，所述加热板自由的拼装组合，形成一个连续和/或断续的加热区域；避免了由于加热面积比较大，局部单点的加热同样存在温度梯度的问题，且加热时间长，温度上升慢，作业效率低下的问题，实现了对成型后的制件进行区域性的温度控制，满足成型后制件的后段处理工艺因结构特性或者性能的个性化要求。
优选地，为了便于快速拼装，所述加热板可拆卸的镶嵌在固定型板上。
优选地，所述可活动拼装的加热板外形一致，选用热传导系数不同的材料制作，可替换的设置；实现单个制件成型后，选用不同热传导系数的加热板组合拼装，可对成型后的制件整合不同的后段处理工艺，以满足组成制件的不同部件之间性能差异化的需求。
优选地，所述加热板的内部加工有孔，用以外接不同的冷却介质，例如，水、盐水、或者油，用以满足不同制后段热处理的需求，较佳地，加工在加热板内部的孔为盲孔。
优选地，还包括固定在加热隔板上，用来监测温度变化的温度传感器，所述温度传感器一端与加热隔板贴合，非贴合侧热隔绝的与加热隔板固定。
优选地，还包括有用来固定温度传感器的预紧结构，所述预紧机构环绕温度传感器的与加热隔板固定，使其测温的表面和加热隔板保持紧密接触，确保得出的数据的准确性。
优选地，为了隔绝与加热组件之间的热传递，避免了加热组件与加热隔板之间温度差异导致的测量误差，所述预紧机构与传感器间隔的设置，与传感器之间形成一个闭环的内部隔热空间。
优选地，所述温度传感器为铂热电阻温度传感器，其监控误差控制在0.1-1℃之内，检测灵敏度、稳定性高。
优选地，还包括能够自动控制通电与断电的PLC控制系统，包括具有预警功能的智能温度开关，其中，与所述PLC控制系统保持电连接的所述智能温度开关固定在加热隔板上，位于传感器同侧。
优选地，所述加热隔板非贴合的接触面上设置有隔热材料，从而保证热量不至于因为与周围环境的温度差异而散失，能有效的杜绝与周围的热传递，提高整个预热系统的热传递效率，减少能源的消耗。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：本发明提供的成型基板加热系统，避免了由于加热面积比较大，局部单点的加热同样存在温度梯度的问题，且加热时间长，温度上升慢，作业效率低下的问题，可实现局部区域性的温度单独控制，满足成型后制件后段不同处理工艺的需求，实现同个零件后段不同工艺的温度要求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了一种适用于本发明实施例中所实现的一种成型基板加热系统的截面示意图；
图2示出了另外一种适用于本发明实施例中所实现的一种成型基板加热系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
请参考图1和图2，图1示出了一种适用于本发明实施例中所实现的一种成型基板加热系统的截面示意图；图2示出了另外一种适用于本发明实施例中所实现的一种成型基板加热系统的结构示意图。
为了解决现有技术中的加热系统无法有效对导热性不佳或者大厚度尺寸的成型工件进行预热过程中的温度梯度，待成型粉末得不到有效的预热，加工成型困难的难题，以及预热系统能耗大，直接影响成型后制件的精度，导致产品的良率降低的问题，本发明提供了一种用于大型加工平台的成型基板加热系统。
如图1和图2所示，一种具体的实施方式中，成型基板加热系统包括与成型部21固定的加热隔板41，和贴合加热隔板41固定的加热组件45，通过加热组件45持续的加热，热量通过加热隔板41传导到成型部21，以此实现对铺设在成型部内的成性粉末进行均匀的升温预热，避免了直接对成性粉末进行加热引起的局部受热程度不一致，存在温度差异导致的成型后制件内部残余应力的问题，克服了现有技术中，通过辐射照射成型粉末，选择局部的辐射照射加热，容易导致局部温度差异，制件内部残余应力分布不均，直接影响最后3D打印后的制件品质的缺陷，攻克了全面覆盖的辐射照射，在成型后，制件与附件的成型粉末温度差异不大，容易溶解后沾附在制件上而影响制件的精度，容易产生毛刺或者披锋之类的缺陷的难题。
具体地，成型基板加热系统包括贴合成型部21设置的加热隔板41、加热组件45，通过加热组件45加热后，热量通过加热隔板41传递给成型部21，从而实现了热量的均匀传递，避免了局部温度差异导致的制件品质问题，较佳地，加热隔板41非贴合的接触面上还设置有隔热材料，从而保证热量不至于因为与周围环境的温度差异而散失，能有效的杜绝与周围的热传递，提高整个预热系统的热传递效率，减少能源的消耗。
较佳地，在加热隔板41上还固定有用来监测温度变化的温度传感器42，其中，温度传感器42一端与加热隔板41贴合，非贴合侧热隔绝的与加热隔板41固定，较佳地，温度传感器42的外周侧套设有温度传感器的预紧结构43，使其测温的表面和加热隔板保持紧密接触，确保得出的数据的准确性，同时，预紧机构43环绕传感器42的与加热隔板41固定，且与传感器42间隔的设置，与传感器42之间形成一个闭环的内部隔热空间，用来隔绝与加热组件45之间的热传递，避免了加热组件45与加热隔板41之间温度差异导致的测量误差，进一步地，温度传感器42为铂热电阻温度传感器，其监控误差控制在0.1-1℃之内，检测灵敏度、稳定性高。
一种优选的实施方式中，成型基板加热系统还包括能够自动控制通电与断电的PLC控制系统，包括具有预警功能的智能温度开关44，其中，与PLC控制系统保持电连接的智能温度开关44固定在加热隔板41上，位于传感器42同侧，当温度传感器42检测成型部21的温度超过智能温度开关44的最高设定值后，PLC控制系统会自动通电或者断电，从而使得整套加热系统构成一个自动控制的闭环系统，关于自动控制通电与断电的PLC控制系统的具体设计，这对于本领域技术人员应当是易于构想到的，故在此不再一一赘述。
较佳地，由于加热面积比较大，局部单点的加热同样存在温度梯度的问题，且加热时间长，温度上升慢，作业效率低下，与此同时，在成型后期，出于对成型后制件的后段处理工艺因结构特性或者性能的特殊要求不同，而选用不同的处理工艺，比如成型后的制件降低脆性，消除或者减少内应力，稳定工件尺寸，通常采用回火的处理工艺，制件的局部区域需要一定的强度和韧性，通常需要经过调质处理，然而后端处理工业的加热条件又不尽相同，这就需要对成型后的制件进行区域性的温度控制，如图所示，加热组件45包括至少一个可活动拼装的加热板452，和用来固定加热板452的固定型板451，所述加热板452可自由的拼装组合，形成一个连续和/或断续的加热区域。具体地，为了便于加热板452的快速拼装，加热板452可拆卸的镶嵌在固定型板451上，通过将加热组件45区域性的分成单独地加热组件，一方面可同时进行加热，避免单点加热的温度梯度问题，另外一方面，可实现局部区域性的温度单独控制，满足成型后制件后段不同处理工艺的需求，实现同个零件后段不同工艺的温度要求。
一种优选的实施方式中，加热板452外形一致，选用热传导系数不同的材料制作，可替换的设置，实现单个制件成型后，选用不同热传导系数的加热板452组合拼装，可对成型后的制件整合不同的后段处理工艺，以满足组成制件的不同部件之间性能差异化的需求。例如，拼装组合中的某一个加热板452选用热传导系数比较高的铜或铝，可实现制件中心部分冷却速度快于周边，从而实现不同工艺手段的综合选择。进一步地，拼装组装的加热板452内部加工有孔(图中未标示)，用以外接不同的冷却介质，例如，水、盐水、或者油，用以满足不同制后段热处理的需求，较佳地，加工在加热板452内部的孔为盲孔。
预热部的工作原理及过程：
在3D打印设备铺粉之前，加热组件45通电，对加热隔板41进行加热；
温度传感器42紧贴加热隔板41，其电阻值会随着加热隔板41的温度上升而变化，智能温度开关44通过PLC控制系统读取其电阻值实时的数值，以确定加热隔版41的温度值；
当加热隔板41的温度达到预设的温度值时，智能温度开关44控制加热隔板41断开电源；
加热隔板41断开电源后，其温度会逐步降低，温度传感器42的电阻值随着加热隔板41的温度降低而变化，智能温度开关44通过PLC读取其电阻值实时数值；
当加热隔板41的温度低于预设的温度值时，智能温度开关44控制加热隔板41接通电源，对加热隔板41持续加热；
通过不断循环的通断电，使得加热隔板41的温度始终在一定范围变化；
通过一段时间的加热，加热隔板41的温度逐步上升，大约80°左右；
开始同时加热成型基板；
当加热隔版41的温度超过智能温度开关44设定的温度，智能温度开关44自动报警，触发PLC控制系统切断加热隔板41的电源，杜绝意外的发生。
本发明专利虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明专利，任何本领域技术人员在不脱离本发明专利的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明专利技术方案的内容，依据本发明专利的技术实质对以上实施例所作的任何简单的修改、等同变化及修饰，均属于本发明专利技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种成型基板加热系统，其特征在于，包括依次贴合固定的加热隔板(41)、加热组件(45)，所述加热组件(45)包括至少一个可活动拼装的加热板(452)，和用来固定加热板(452)的固定型板(451)，所述加热板(452)自由的拼装组合，形成一个连续和/或断续的加热区域。
2.根据权利要求1所述的成型基板加热系统，其特征在于，所述加热板(452)可拆卸的镶嵌在固定型板(451)上。
3.根据权利要求1或2所述的成型基板加热系统，其特征在于，所述可活动拼装的加热板(452)外形一致，选用热传导系数不同的材料制作，可替换的设置。
4.根据权利要求3所述的成型基板加热系统，其特征在于，所述加热板(452)的内部加工有孔。
5.根据权利要求1所述的成型基板加热系统，其特征在于，还包括固定在加热隔板(41)上，用来监测温度变化的温度传感器(42)，所述温度传感器(42)一端与加热隔板(41)贴合，非贴合侧热隔绝的与加热隔板(41)固定。
6.根据权利要求5所述的成型基板加热系统，其特征在于，还包括有用来固定温度传感器(42)的预紧结构(43)，所述预紧机构(43)环绕温度传感器(42)的与加热隔板(41)固定。
7.根据权利要求6所述的成型基板加热系统，其特征在于，所述预紧机构(43)与传感器(42)间隔的设置，与传感器(42)之间形成一个闭环的内部隔热空间。
8.根据权利要求5所述的成型基板加热系统，其特征在于，所述温度传感器(42)为铂热电阻温度传感器。
9.根据权利要求5所述的成型基板加热系统，其特征在于，还包括能够自动控制通电与断电的PLC控制系统，包括具有预警功能的智能温度开关(44)，其中，与所述PLC控制系统保持电连接的所述智能温度开关(44)固定在加热隔板(41)上，位于传感器(42)同侧。
10.根据权利要求1所述的成型基板加热系统，其特征在于，所述加热隔板(41)非贴合的接触面上设置有隔热材料。
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