CN108188397B - 一种激光选区熔化成形室内局部高温防护系统 - Google Patents

Abstract

一种激光选区熔化成型室内局部高温防护系统，包括高温隔热罩，高温隔热罩通过两个支架安装在激光选区熔化成形室内后壁，高温隔热罩上方为水冷却装置，水冷却装置安装在激光选区熔化成形室内顶面，水冷却装置对应的激光选区熔化成形室顶部为振镜系统，振镜系统左侧为红外测温仪，高温隔热罩下方为打印工作平台，铺粉装置位于激光选区熔化成形室的工作台上，本发明实现激光选区熔化设备中成型室内成形区域局部范围高温防护功能，提高热量利用率及局部粉尘清除，该系统同样适用于真空环境3D打印成形。

Description

一种激光选区熔化成形室内局部高温防护系统

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成形室内局部高温防护系统。

背景技术

由于激光选区熔化技术(SLM)在制备高性能高精度的复杂零件方面具有突出的优势，已经成为目前增材制造技术研究领域的热点之一。激光选区熔化技术核心特点是逐层加工，从而实现零件的自由成形，可以按照零件的使用需求，从而实现零件的控形控性制造。

但是，由于激光选区熔化加工制造过程中加工件温度变化速率较大，金属粉末快速熔化及凝固，极易引起热应力集中，从而造成工件的翘曲、变形、开裂等。针对这一问题，较好的办法是采用加热的方法，提高成形区域温度从而减小激光加工过程中金属粉末熔化于凝固的温度梯度，降低热应力集中，进一步的，当加热温度达到金属的去应力退火温度时，即可实现边去应力边打印的效果，从而改善对SLM过程中工件的翘曲、变形、开裂现象。除了传统的加热方法以外，真空环境下激光选区熔化也利于降低热应力，这是因为真空环境热量散失少，热量在工件和加工区域集聚，也同样起到降低打印过程中温度梯度效果，因此其由于热应力集中而引起的开裂、翘曲、变形会改善。然而，由于过高的加工温度对增材制造设备是一种极大的安全隐患，设备成形室内诸多部件在高温环境中可靠性也遇到极大的挑战，特别是对于激光选区熔化设备中振镜及其保护窗口镜等更易受到高温影响，其次部分热量扩散到打印工作平台及成形缸以外的整个成形室也造成了不必要的能量浪费，再者由于成形室环境温度较高，传统的气氛净化系统对于高温环境烟尘的清除也有一定难度。

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成形室内局部高温防护系统，可以有效的解决高温SLM打印过程中设备成形室内热防护问题，增强热量在成形区集聚，提高热量利用效率，从而实现激光选区熔化高温加热，最终改善制造过程中工件因为温度梯度大所引起的翘曲、变形、开裂等，同时还可以在一定程度上便捷的清除局部高温环境的金属烟尘。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种激光选区熔化成型室内局部高温防护系统，包括高温隔热罩3，高温隔热罩3通过两个支架4安装在激光选区熔化成形室10内后壁，高温隔热罩3上方为水冷却装置7，水冷却装置7安装在激光选区熔化成形室10内顶面，水冷却装置7对应的激光选区熔化成形室10顶部为振镜系统6，振镜系统6左侧为红外测温仪5，高温隔热罩3下方为打印工作平台1，铺粉装置9位于激光选区熔化成形室10的下工作台2上。

所述的高温隔热罩3包括顶板11，顶板11上设置有激光扫描窗口13和红外测温窗口12，高温隔热罩3外部为四块保温板14，四块保温板14上共安装了三个把手15，高温隔热罩3正面设计了观察窗口16，顶板11左右两侧设计了凸边17。

所述的高温隔热罩3内层为四块热反射绝缘板20，热反射绝缘板20与保温板14之间为保温填充层21，在四块热反射绝缘板20上均设计了带棱状凸起的静电金属板19，在四块热反射绝缘板20下侧均安装了静电针18。静电金属板19通过导线和静电发生器8相连。静电针18通过导线接地。水冷却装置7通过快插接口和外部水冷机相连。

所述的铺粉装置9高度尺寸保证其可以穿过高温隔热罩3与下工作台2，并实现无障碍铺粉。

一种激光选区熔化成形室内局部高温防护系统工作步骤：

第一步：完成激光选区熔化物料准备及开机调试工作；

第二步：开启水冷机对水冷却装置7注入循环冷却水，确保振镜系统6附近区域冷却；

第三步：将高温隔热罩3通过其顶板11左右两侧的凸边17安装在支架4上，使得激光可以准确的从振镜系统6发射后，依次通过水冷装置7内腔和顶板11上的激光扫描窗口13照射在整个打印工作平台1；

第四步：关闭激光选区熔化成形室10舱门，开启设备对成形区域进行加热后，由于高温隔热罩3通过其下端大上端小的锥状结构，并结合其内层热反射绝缘板20和保温填充层21及保温板14，在一定程度上将热量聚集在SLM成形区域，从而降低了热量损失，提高了成形区域温度，在一定程度上阻止了热量激光选区熔化成形室10传递扩散；通过红外测温仪5检测成形区域内温度，当达到既定目标温度后，开启静电发生器8，使得静电金属板19带上静电荷，静电针18接地，静电针18电离成形室内微量气体，开启激光加工后，静电针18使得部分漂浮烟尘带上电荷，带上电荷的烟尘被静电金属板19吸附，从而达到清除局部高温烟尘的目的；

第五步：加工完成后，停止设备对成形区域的加热；关闭静电发生器8，等到激光选区熔化成形室10空冷至室温后，关闭水冷机；

第六步：取出高温隔热罩3，进行工件移出、清理以及静电金属板19上烟尘清理；至此，整个加工过程结束。

本发明的有益效果为。

高温隔热罩3通过其下端大上端小的锥状结构，并结合其内层热反射绝缘板20和保温填充层21及保温板14，可以在一定程度上将热量聚集在SLM成形区域，从而降低了热量损失，提高了成形区域温度，在一定程度上阻止了热量激光选区熔化成形室10传递扩散，对其它部件起到保护作用。

高温隔热罩3内部设有与静电发生器8相连的带棱状凸起的静电金属板19以及接地的静电针18，可以在打印过程中实现在高温隔热罩3内气氛电离，使得烟尘带上电荷，从而被吸附在带棱状凸起的静电金属板19上，从而实现局部高温区域的烟尘吸附清除。

高温隔热罩3顶板11左右两侧设计了凸边17可以方便快捷的实现其在激光选区熔化成形室10内的安装与拆卸。

铺粉装置9高度尺寸保证其可以穿过高温隔热罩3与下工作台2，并实现无障碍铺粉。

水冷却装置7保证了振镜系统6等不受高温影响。

本发明可以实现激光选区熔化成形室内高温防护功能，提高热量利用率，特别对于真空激光选区熔化成形室内高温防护效果显著，并对清除真空环境弥漫的高温烟尘作用明显。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为实施例高温隔热罩1轴侧图。

图3为实施例高温隔热罩1俯视图。

图4为图3剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种激光选区熔化成型室内局部高温防护系统，包括高温隔热罩3，高温隔热罩3通过两个支架4安装在激光选区熔化成形室10内后壁，高温隔热罩3上方为水冷却装置7，水冷却装置7安装在激光选区熔化成形室10内顶面，水冷却装置7对应的激光选区熔化成形室10顶部为振镜系统6，振镜系统6左侧为红外测温仪5，高温隔热罩3下方为打印工作平台1，铺粉装置9位于激光选区熔化成形室10的下工作台2上，铺粉装置9高度尺寸保证其可以穿过高温隔热罩3与下工作台2，并实现无障碍铺粉。

如图2、图3所示，所述的高温隔热罩3包括顶板11，顶板11上设置有激光扫描窗口13和红外测温窗口12，高温隔热罩3外部为四块保温板14，四块保温板14上共安装了三个把手15，高温隔热罩3正面设计了观察窗口16，顶板11左右两侧设计了凸边17。

如图4所示，所述的高温隔热罩3内层为四块热反射绝缘板20，热反射绝缘板20与保温板14之间为保温填充层21，在四块热反射绝缘板20上均设计了带棱状凸起的静电金属板19，在四块热反射绝缘板20下侧均安装了静电针18，静电金属板19通过导线和静电发生器8相连，静电针18通过导线接地，水冷却装置7通过快插接口和外部水冷机相连。

一种激光选区熔化成形室内局部高温防护系统工作步骤：

第一步：完成激光选区熔化物料准备及开机调试工作；

第二步：开启水冷机对水冷却装置7注入循环冷却水，确保振镜系统6附近区域冷却；

第三步：将高温隔热罩3通过其顶板11左右两侧的凸边17安装在支架4上，使得激光可以准确的从振镜系统6发射后，依次通过水冷装置7内腔和顶板11上的激光扫描窗口13照射在整个打印工作平台1；

第四步：关闭激光选区熔化成形室10舱门，开启设备对成形区域进行加热后，由于高温隔热罩3通过其下端大上端小的锥状结构，并结合其内层热反射绝缘板20和保温填充层21及保温板14，在一定程度上将热量聚集在SLM成形区域，从而降低了热量损失，提高了成形区域温度，在一定程度上阻止了热量激光选区熔化成形室10传递扩散；通过红外测温仪5检测成形区域内温度，当达到既定目标温度后，开启静电发生器8，使得静电金属板19带上静电荷，静电针18接地，静电针18电离成形室内微量气体，开启激光加工后，静电针18使得部分漂浮烟尘带上电荷，带上电荷的烟尘被静电金属板19吸附，从而达到清除局部高温烟尘的目的；

第五步：加工完成后，停止设备对成形区域的加热；关闭静电发生器8，等到激光选区熔化成形室10空冷至室温后，关闭水冷机；

第六步：取出高温隔热罩3，进行工件移出、清理以及静电金属板19上烟尘清理；至此，整个加工过程结束。

Claims (2)

1.一种激光选区熔化成型室内局部高温防护系统，包括高温隔热罩（3），其特征在于：高温隔热罩（3）通过两个支架（4）安装在激光选区熔化成形室（10）内后壁，高温隔热罩（3）上方为水冷却装置（7），水冷却装置（7）安装在激光选区熔化成形室（10）内顶面，水冷却装置（7）对应的激光选区熔化成形室（10）顶部为振镜系统（6），振镜系统（6）左侧为红外测温仪（5），高温隔热罩（3）下方为打印工作平台（1），铺粉装置（9）位于激光选区熔化成形室（10）的下工作台（2）上；所述的高温隔热罩（3）包括顶板（11），顶板（11）上设置有激光扫描窗口（13）和红外测温窗口（12），高温隔热罩（3）外部为四块保温板（14），四块保温板（14）上共安装了三个把手（15），高温隔热罩（3）正面设计了观察窗口（16），顶板（11）左右两侧设计了凸边（17）；所述的高温隔热罩（3）内层为四块热反射绝缘板（20），热反射绝缘板（20）与保温板（14）之间为保温填充层（21），在四块热反射绝缘板（20）上均设计了带棱状凸起的静电金属板（19），在四块热反射绝缘板（20）下侧均安装了静电针（18），静电金属板（19）通过导线和静电发生器（8）相连，静电针（18）通过导线接地，水冷却装置（7）通过快插接口和外部水冷机相连。

2.一种激光选区熔化成型室内局部高温防护系统的使用方法，包含以下步骤：

第一步：完成激光选区熔化物料准备及开机调试工作；

第二步：开启水冷机对水冷却装置（7）注入循环冷却水，确保振镜系统（6）附近区域冷却；

第三步：将高温隔热罩（3）通过其顶板（11）左右两侧的凸边（17）安装在支架（4）上，使得激光可以准确的从振镜系统（6）发射后，依次通过水冷装置（7）内腔和顶板（11）上的激光扫描窗口（13）照射在整个打印工作平台（1）；

第四步：关闭激光选区熔化成形室（10）舱门，开启设备对成形区域进行加热后，由于高温隔热罩（3）通过其下端大上端小的锥状结构，并结合其内层热反射绝缘板（20）和保温填充层（21）及保温板（14），在一定程度上将热量聚集在SLM成形区域，从而降低了热量损失，提高了成形区域温度，在一定程度上阻止了热量激光选区熔化成形室（10）传递扩散；通过红外测温仪（5）检测成形区域内温度，当达到既定目标温度后，开启静电发生器（8），使得静电金属板（19）带上静电荷，静电针（18）接地，静电针（18）电离成形室内微量气体，开启激光加工后，静电针（18）使得部分漂浮烟尘带上电荷，带上电荷的烟尘被静电金属板（19）吸附，从而达到清除局部高温烟尘的目的；

第五步：加工完成后，停止设备对成形区域的加热；关闭静电发生器（8），等到激光选区熔化成形室（10）空冷至室温后，关闭水冷机；

第六步：取出高温隔热罩（3），进行工件移出、清理以及静电金属板（19）上烟尘清理；至此，整个加工过程结束。