CN109203466A - 一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法及装置 - Google Patents

一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法及装置，在一个预热供粉缸中设置一个由电加热棒构成的可控转速的回转加热器对粉末进行搅拌式加热和预热，供粉缸上端口覆盖一个可上下移动和侧向平动的隔热盖板实现预热保温，供粉缸上端口下方的粉末中埋设有温度传感器来测量粉末的温度，达到设定温度后隔热盖板向上移动并向侧向运动以敞开供粉缸开口，以便推粉工具将预热的粉末推向成形工作缸。本发明具有结构紧凑，粉末预热温度可以通过回转加热器的搅拌转速和加热功率实现可调可控，实现对粉末的均匀预热，减小烧结过程温度梯度过大引发的烧结应力和变形，以有利于逐层铺粉和烧结结构件的质量提高。

Description

一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法及 装置
技术领域
本发明属于激光快速成型技术领域，具体涉及一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法及装置。
背景技术
快速原型技术(Rapid Prototyping)是20世纪80年代初开发出来的集CAD/CAM技术、激光应用技术和功能材料科学于一体，能够快速地制造任意复杂的三维的一种新技术。基于其逐层添加制造的原理，近年来也称之为增材制造技术，且随着应用材料的不同发展有主要5种工艺方法：面向液态树脂的光固化的SLA工艺，面向粉末材料的SLS/SLM工艺，面向薄材的LOM工艺，面向熔融线形体的FDM工艺以及利用液滴形物质堆积的3DP工艺。其中，面向粉末材料的选区激光烧结/熔接(SLS/SLM)工艺以其应用材料的广泛性，烧结构件拥有较好力学性能和成形工艺简便等优点，受到工业以及医疗应用等多领域的广泛关注，并已成为该领域的研究重点之一。
对于选区激光烧结来说，通常是在成形缸中的一个具有垂直移动载物台上铺设一个设定层厚的粉末，激光按所需的图形进行扫描烧结，载物台向下移动一个层厚距离后，再铺设一层粉末，再扫描烧结，直至完成一个结构件的逐层叠加烧结成形。但是，聚焦的激光光斑对粉末材料的扫描烧结过程，是一个从室温迅速达到熔融温度，又快速冷却的热作用过程，烧结成形物产生较大的应力甚至是变形，使得烧结过程的逐层添加受到影响，甚至直接影响烧结件的成形制造。
中国专利CN103100713B，CN106799493A，CN106563806B是利用电磁感应来对送粉筒(或漏斗)中粉末加热来进行预热；中国专利CN105880591A是通过对成形缸基板加热实现预热；中国专利CN105014071B是通过成形缸体中加热圈和活塞基板上加热板来进行预热；中国专利CN106001575A是通过分区域加热辐射对铺设后粉末进行预热；相关方法虽然在不同程度上实现了粉末的预热处理，但是均存在加热效率和效果以及装置与控制的复杂等问题，存在着难以有效满足对不同粉末材料对不同预热温度和预热温度均匀性的需要。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法及装置。通过在一个供粉缸中设置一个可控转速的回转加热器对粉末进行搅拌式加热和预热，在供粉缸上端口覆盖有可上下移动和侧向平动的隔热盖板来进行保温，利用设置在紧邻供粉缸上端口下方的温度传感器来测定粉末温度，在达到预热设定温度后，隔热盖板向上和侧向移动，供粉缸活塞向上运动一个设定行程将已预热粉末顶出供粉缸上端口工作面，可利用铺粉工具将粉末推向成形缸实现铺粉。
本发明采用的技术方案为：一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热装置，包括：供粉缸和回转加热器，在一个用来粉末预热的供粉缸中设置一个可控转速的回转加热器对粉末进行搅拌式预加热，供粉缸上端口下方粉末中埋设有温度传感器来测定粉末的温度，供粉缸上端口平面上覆盖有可移动的隔热盖板实现预热保温。
一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，该方法包括如下步骤：
第一步，在供粉缸中设置一个回转加热器对粉末进行搅拌式预加热，实现粉末的预热；
第二步，供粉缸上端口下方粉末中埋设有温度传感器来测定粉末的温度；
第三步，供粉缸上端口平面上覆盖有可移动的隔热盖板实现预热保温；
第四步，粉末达到设定预热温度后，隔热盖板向上移动一个设定距离，并向供粉缸的一侧移动一个设定距离，使得供粉缸上端口全部敞开；
第五步，供粉缸中的活塞向上运动一个设定距离，将已预热粉末抬高超出供粉缸上端口平面，利用铺粉工具将预热的粉末推向成形工作缸进行铺粉和激光扫描烧结。
其中，所述的粉末预热的供粉缸的开口形状是圆形或方形，供粉缸开口直径或边长为50-500mm，供粉缸中活塞可实现分辨率0.05-0.1mm的上下可控直线移动。
其中，所述的粉末的预热方法是在供粉缸中设置一个可控转速的回转加热器。
其中，所述的粉末的预热方法的供粉缸中设置的可控转速回转加热器位于供粉缸上端口面以下15-50mm位置。
其中，所述的粉末的预热方法的供粉缸上端口平面上覆盖有可上下移动和向侧面平动的隔热盖板。
其中，所述的粉末的预热方法在供粉缸的侧面插埋入粉末中1-3个温度传感器，传感器位于供粉缸上端口面以下5-10mm位置。
其中，所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器由一个回转轴上安装有2-5支均匀分布的电加热棒构成；
所述的粉末的预热回转加热器的单支电加热棒的功率为200-800W；
所述的粉末的预热回转加热器的加热棒长度为回转加热器最大外形回转直径比供粉缸开口直径小5-15mm。
其中，所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的回转轴为中空轴，回转轴下端为固定支承，上端为可轴向移动的浮动支承；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴用来穿设电加热棒的电源线，其下端安装一个导电滑环与外部电源的连接；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴的下端安装有一个齿轮，与安装在电机轴上齿轮啮合运动；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴的转动是由一个可调速电机通过一对齿轮啮合来实现的。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明的粉末预热是通过设置在供粉缸上端口附近的回转加热器的电加热棒的搅拌来实现的，加预热的粉末体积较小，不仅有利于粉末加热温度的均匀性，也有利于节省能源；通过埋设在粉末中温度传感器测定粉末温度，可利用其搅拌转速和加热功率可调可控来实现不同预热温度的需要；同时，在预热初期和激光烧结过程中隔热盖板均覆盖在预热供粉缸上端口，形成相对封闭空间有利于预热温度的控制和保持；
本发明的粉末预热方法和装置具有结构简单，回转搅拌运动和加热电功率控可控可调，可适用于不同粉末材料的预热和对粉末的均匀预加热，有利于减小烧结过程温度梯度过大引发的烧结应力和变形，以及烧结结构件的质量提高。
附图说明
图1为发明的一种选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法及装置的原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。
实施案例
本发明的一种选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法及装置的实现步骤如下：
第一步，一个圆筒形粉末预热的供粉缸12，供粉缸12中有一可垂直移动的活塞11；
第二步，在供粉缸12中设置一个回转加热器2，回转加热器2由三支电加热棒1构成；
第三步，回转加热器安装在中空回转轴9上，回转轴9的上支承10为设置在供粉缸活塞11上的可直线移动的支承，回转轴9的下支承8为同时承载径向力和轴向力的固定支承；回转轴9的下端安装一个导电滑环3，使得外部电源线4可以连通到回转加热器的电加热棒1而不产生导线的缠绕；
第四步，回转加热器2中的电加热棒1对粉末13进行搅拌式预加热运动，其转动是通过回转轴9下方的齿轮5与电机6轴上齿轮7的啮合，由可调速直流电机6来实现的；
第五步，供粉缸12中粉末13的预热之初，可上下移动和侧向平动的隔热盖板15覆盖在供粉缸上端口的工作面上，电机6带动回转加热器2的电加热棒1旋转，电加热棒1通电对实现粉末13进行旋转搅拌的加热；
第六步，供粉缸12的临近上端口下方的侧面安装1个温度传感器14插埋入在粉末13中来监测粉末预热温度；
第七步，粉末达到预热温度后，隔热盖板15向上移动一个设定距离，再向左侧面移动一个设定距离，使得供粉缸12上端口全部敞开；
第八步，供粉缸12中的活塞11向上运动一个设定距离，将已预热粉末抬高超出供粉缸上端工作平面，已便于铺粉工具16将预热的粉末推向成形工作缸。
其中，所述的粉末预热的供粉缸的开口形状是圆形，供粉缸开口直径为220mm，供粉缸中活塞可实现分辨率0.05mm的上下可控直线移动。
其中，所述的粉末的预热方法是在供粉缸中设置一个可控转速的回转加热器。
其中，所述的粉末的预热方法的供粉缸中设置的可控转速回转加热器位于供粉缸上端口面以下20mm位置。
其中，所述的粉末的预热方法的供粉缸上端口平面上覆盖有可上下移动和向(左)侧面(方向)平动的隔热盖板。
其中，所述的粉末的预热方法在供粉缸的侧面插埋入粉末中1个温度传感器，传感器位于供粉缸上端口面以下10mm位置；
其中，所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器由一个回转轴上安装有3支均匀分布的电加热棒构成；
其中，所述的粉末的预热回转加热器的单支电加热棒的功率为200W；
其中，所述的粉末的预热回转加热器的加热棒长度为回转加热器最大外形回转直径比供粉缸开口直径小10mm；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的回转轴为中空轴，回转轴下端为(可以实现径向和轴向定位的)固定支承，上端为可轴向移动的浮动支承；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴用来穿设电加热棒的电源线，其下端安装一个导电滑环与外部电源的连接；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴的下端安装有一个(直齿圆柱)齿轮，与安装在电机轴上(直齿圆柱)齿轮啮合运动；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴的转动是由一个可调速(的直流)电机通过一对齿轮啮合来实现的。
本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热装置，其特征是：包括：供粉缸和回转加热器，在一个用来粉末预热的供粉缸中设置一个可控转速的回转加热器对粉末进行搅拌式预加热，供粉缸上端口下方粉末中埋设有温度传感器来测定粉末的温度，供粉缸上端口平面上覆盖有可移动的隔热盖板实现预热保温。
2.一种面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
第一步，在供粉缸中设置一个回转加热器对粉末进行搅拌式预加热，实现粉末的预热；
第二步，供粉缸上端口下方粉末中埋设有温度传感器来测定粉末的温度；
第三步，供粉缸上端口平面上覆盖有可移动的隔热盖板实现预热保温；
第四步，粉末达到设定预热温度后，隔热盖板向上移动一个设定距离，并向供粉缸的一侧移动一个设定距离，使得供粉缸上端口全部敞开；
第五步，供粉缸中的活塞向上运动一个设定距离，将已预热粉末抬高超出供粉缸上端口平面，利用铺粉工具将预热的粉末推向成形工作缸进行铺粉和激光扫描烧结。
3.根据权利要求2所述的面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，其特征是：所述的粉末预热的供粉缸的开口形状是圆形或方形，供粉缸开口直径或边长为50-500mm，供粉缸中活塞可实现分辨率0.05-0.1mm的上下可控直线移动。
4.根据权利要求2所述的面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，其特征是：所述的粉末的预热方法是在供粉缸中设置一个可控转速的回转加热器。
5.根据权利要求2所述的面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，其特征是：所述的粉末的预热方法的供粉缸中设置的可控转速回转加热器位于供粉缸上端口面以下15-50mm位置。
6.根据权利要求2所述的面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，其特征是：所述的粉末的预热方法的供粉缸上端口平面上覆盖有可上下移动和向侧面平动的隔热盖板。
7.根据权利要求2所述的面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，其特征是：所述的粉末的预热方法在供粉缸的侧面插埋入粉末中1-3个温度传感器，传感器位于供粉缸上端口面以下5-10mm位置。
8.根据权利要求2所述的面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，其特征是：所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器由一个回转轴上安装有2-5支均匀分布的电加热棒构成；
所述的粉末的预热回转加热器的单支电加热棒的功率为200-800W；
所述的粉末的预热回转加热器的加热棒长度为回转加热器最大外形回转直径比供粉缸开口直径小5-15mm。
9.根据权利要求2所述的面向选区激光烧结的供给粉末的旋转搅拌预热方法，其特征是：所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的回转轴为中空轴，回转轴下端为固定支承，上端为可轴向移动的浮动支承；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴用来穿设电加热棒的电源线，其下端安装一个导电滑环与外部电源的连接；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴的下端安装有一个齿轮，与安装在电机轴上齿轮啮合运动；
所述的粉末的预热的可控转速的回转加热器的中空回转轴的转动是由一个可调速电机通过一对齿轮啮合来实现的。
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