CN109967738A - 一种用于slm设备的粉末预热装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于SLM设备的粉末预热装置，包括有成形缸，成形缸内部设置有Z轴升降成形架，Z轴升降成形架上表面设置有隔热板，隔热板上表面设置有加热板，加热板上表面设置有基材，还包括液体加热温度控制装置，成形缸的侧壁内嵌有成形缸内部流道，成形缸内部流道的两端分别连接的液体加热温度控制装置入口和出口，基材或者加热板内嵌有加热流道，加热流道的两端也分别连接的液体加热温度控制装置入口和出口。本发明的一种用于SLM设备的粉末预热装置，采用液体加热的方式，能够实现安全恒温加热，避免短路以及金属粉末引爆造成爆炸的风险。本发明还公开了上述粉末预热装置的工作方法。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，涉及一种用于SLM设备的粉末预热装置，本发明还涉及上述粉末预热装置的工作方法。
背景技术
目前，SLM设备对粉末预热的方式是通过电产生热，进而达到对粉层预热的目的。先在加热钢板上做走线的渠槽，渠槽的分布应该均匀分布在加热板上，以期达到整个加热板幅面的均匀加热。渠槽开在加热板的背面因为电线要从下面的Z轴成形缸走线，上面是基材。在渠槽走线后用铜掩盖接触，铜的导热性好可以快速传热。热的传递首先由电阻产生热量，经过铜传导散热到加热板再到基材，基材传递热量到粉末层实现粉层预热的目的。当然，随着打印的进行，粉层越来越厚，热传递的过程越多。预热温度的监控通过在加热板背面安装两个温度传感器分别检测一半的加热板，打印过程中预热温度控制在一定的范围内，当温度超过预热温度时，停止加热，当温度小于预热温度时，开启加热。
随着SLM设备打印大零件，基材幅面的越来越大，所需的热量随之增大，采用电加热的方式其加热电流也不断增大，在加热板上设计布线将会很困难且存在较大的安全隐患。采用电加热由于存在电压和电流，在粉尘环境下容易出现短路、金属粉末引爆等风险和问题。由于电加热是通过热传导间接到达粉末层的，加热板作为热源热量由下到上传递，温度传递的梯度较大，无法保证周围环境温度的一致性，且基材厚度存在不相同有偏差的问题，这些因素势必导致基材表面存在较大的温差，从而影响零件打印的质量。通过加热板作为热源，当预热温度较高时，需要较长的加热时间，导致周围环境温度不断升高，加热板热膨胀变形，后期基材的升降容易出现卡顿现象，从而出现打印中断的问题。电加热不能一直开启，为了维持预热温度不变，是无法精确做到的，当温度大于预热温度时，停止加热，当温度小于预热温度时，开启加热，因此预热温度是在一定的范围内变动的，无法保证恒温。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于SLM设备的粉末预热装置，采用液体加热的方式，能够实现安全恒温加热，避免短路以及金属粉末引爆造成爆炸的风险。
本发明的另一目的是提供上述粉末预热装置的工作方法。
本发明所采用的技术方案是，一种用于SLM设备的粉末预热装置，包括有成形缸，成形缸内部安装有Z轴升降成形架，Z轴升降成形架上表面安装有隔热板，隔热板上表面安装有加热板，加热板上表面安装有基材，还包括液体加热温度控制装置，成形缸的侧壁内嵌有成形缸内部流道，成形缸内部流道的两端分别连接的液体加热温度控制装置入口和出口，基材或者加热板内嵌有加热流道，加热流道的两端也分别连接的液体加热温度控制装置入口和出口。
本发明第一种技术方案的特征还在于，
液体加热温度控制装置的入口和出口分别连接有液体流入总管道和液体流出总管道，加热流道的两端也分别连接液体流入总管道和液体流出总管道，成形缸内部流道的两端分别连接液体流入总管道和液体流出总管道。
成形缸的左右两侧壁内分别嵌置有成形缸内部流道，成形缸的左右两侧壁内的成形缸内部流道的两端分别通过管道连接液体流入总管道和液体流出总管道。
成形缸内部流道与液体流入总管道和液体流出总管道的连接管道上均设置有流量调节阀，每个流量调节阀均通过导线连接液体加热温度控制装置。
成形缸内部流道在成形缸的左右两侧壁内的呈“S”型分布。
加热流道包括设置在基材或者加热板内绕其四周分布的“回”型流道，“回”型流道相对应的两个边上还分别连接有分流道，两个分流道的另一端位于基材或者加热板的中心位置处且其中一个分流道与液体流入总管道通过管道连接，另一个分流道与液体流出总管道通过管道连接。
分流道与液体流出总管道或液体流入总管道的连接管道上均设置有流量调节阀，每个流量调节阀均通过导线连接液体加热温度控制装置。
基材或者加热板内以及成形缸的左右两侧壁内均安装有温度传感器，温度传感器均通过导线连接液体加热温度控制装置。
液体加热温度控制装置包括液体加热装置以及与液体加热装置通过导线连接的温度控制装置，温度传感器通过导线连接温度控制装置，液体加热装置的入口和出口分别连接液体流入总管道和液体流出总管道，每个流量调节阀均通过导线连接温度控制装置，液体加热装置的入口处还设置有温度传感器，该温度传感器通过导线连接所述温度控制装置。
本发明的另一种技术方案是，上述一种用于SLM设备的粉末预热装置的工作方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，首先，给液体加热装置内装供回流的液体，给各个流量调节阀设定一个初始流量，再在温度控制装置上设定一个要求的预热温度，然后开启液体加热装置，加热的液体从液体流出总管道流出分三路分别输送到成形缸左右两个内壁的成形缸内部流道以及基材或者加热板内嵌的加热流道内，再通过液体流入总管道回流至液体加热装置，形成液体的三支路流动循环，同时，温度控制装置通过液体加热装置的入口处的温度传感器对通过液体流入总管道回流的液体进行检测，回流液体温度到达到预热温度时，液体加热装置保持恒温加热；
步骤2，温度控制装置将设定的预热温度与三个温度传感器进行对比判断，若高于预热温度，则温度控制装置给出信号控制对应回路的两个流量调节阀且同一回路的两个流量调节阀的开度相同，减小管道流量，直至温度降低为预热温度；若低于预热温度，则温度控制装置给出信号控制对应支路的两个流量调节阀，增大管道流量，直至该部位的温度达到预热温度；
步骤3，当各部位的温度均达到指定预热温度时，开始打印零件。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用液体加热的方式，能够实现安全恒温加热，避免短路造成爆炸的风险，使用液体加热装置对液体进行加热，提供动力形成水路的循环，并检测回流液体的温度到达预热温度，通过在各支路管道上安装流量控制阀门，保证整个管路系统的压力平衡、控制液体流量实现不同部位的温度控制，提高供热质量。本发明可以直接为基材进行预热，使得基材的温度能够实现一致性，也可以对加热板预热，通过热传递给基材。
(2)本发明可以保证SLM设备预热温度的稳定，提高粉层的加热质量，具有良好的保温效果，有效的保证零件打印的质量，同时消除了金属粉末爆炸的安全隐患。
(3)本发明减少了温度传递的梯度，确保了粉层周围温度的一致性，流动的液体提供稳定的热量，使得基材整个幅面的温度均匀，确保了零件与基材的连接质量。
(4)通过温控装置和温度传感器对液体温度和设备各部位温度进行实时监控，精确的控制温度的变化，通过液体加热加热板，避免了加热板、基材周围温度的局部升高，消除了Z轴升降的卡顿现象。
附图说明
图1是本发明一种用于SLM设备的粉末预热装置的结构示意图；
图2是本发明一种用于SLM设备的粉末预热装置的电路连接示意图；
图3是本发明一种用于SLM设备的粉末预热装置中成形缸内部流道的布置图；
图4是本发明一种用于SLM设备的粉末预热装置中加热流道的布置图；
图5是图4的俯视图；
图6是本发明一种用于SLM设备的粉末预热装置的工作方法的流程图。
图中，1.成形缸，2.打印中的零部件，3.基材，4.加热板，5.隔热板，6.Z轴升降成形架，7.成形缸内部流道，8.液体流入总管道，9.液体流出总管道，10.液体加热温度控制装置，11.流量调节阀，12.温度传感器，13.加热流道；
10-1.液体加热装置，10-2.温度控制装置；
13-1.“回”型流道，13-2.分流道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于SLM设备的粉末预热装置，如图1所示，包括有成形缸1，成形缸1内部安装有Z轴升降成形架6，Z轴升降成形架6上表面安装有隔热板5，隔热板5上表面安装有加热板4，加热板4上表面安装有基材3，还包括液体加热温度控制装置10，成形缸1的侧壁内嵌有成形缸内部流道7，成形缸内部流道7的两端分别连接的液体加热温度控制装置10入口和出口，基材3或者加热板4内嵌有加热流道13，加热流道13的两端也分别连接的液体加热温度控制装置10入口和出口。
液体加热温度控制装置10的入口和出口分别连接有液体流入总管道8和液体流出总管道9，加热流道13的两端也分别连接液体流入总管道8和液体流出总管道9，成形缸内部流道7的两端分别连接液体流入总管道8和液体流出总管道9。
成形缸1的左右两侧壁内分别嵌置有成形缸内部流道7，成形缸1的左右两侧壁内的成形缸内部流道7的两端分别通过管道连接液体流入总管道8和液体流出总管道9。
成形缸内部流道7与液体流入总管道8和液体流出总管道9的连接管道上均设置有流量调节阀11，每个流量调节阀11均通过导线连接液体加热温度控制装置10。
如图3所示，成形缸内部流道7在成形缸1的左右两侧壁内的呈“S”型分布。
如图4-图5所示，加热流道13包括设置在基材3或者加热板4内绕其四周分布的“回”型流道13-1，“回”型流道相对应的两个边上还分别连接有分流道13-2，两个分流道13-2的另一端位于基材3或者加热板4的中心位置处且其中一个分流道13-2与液体流入总管道8通过管道连接，另一个分流道13-2与液体流出总管道9通过管道连接。
分流道13-2与液体流出总管道9或液体流入总管道8的连接管道上均设置有流量调节阀11，每个流量调节阀11均通过导线连接液体加热温度控制装置10。
基材3或者加热板4内以及成形缸1的左右两侧壁内均安装有温度传感器12，温度传感器12均通过导线连接液体加热温度控制装置10。
液体加热温度控制装置10包括液体加热装置10-1以及与液体加热装置10-1通过导线连接的温度控制装置10-2，温度传感器12通过导线连接温度控制装置10-2，液体加热装置10-1的入口和出口分别连接液体流入总管道8和液体流出总管道9，每个流量调节阀11均通过导线连接温度控制装置10-2，液体加热装置10-1的入口处还设置有温度传感器12，该温度传感器12通过导线连接所述温度控制装置10-2。
本发明一种用于SLM设备的粉末预热装置的工作方法，其流程如图6所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1，首先，给液体加热装置10-1内装供回流的液体，给各个流量调节阀11设定一个初始流量，再在温度控制装置10-2上设定一个要求的预热温度，然后开启液体加热装置10-1，加热的液体从液体流出总管道9流出分三路分别输送到成形缸1左右两个内壁的成形缸内部流道7以及基材3或者加热板4内嵌的加热流道13内，再通过液体流入总管道8回流至液体加热装置10-1，形成液体的三支路流动循环，同时，温度控制装置10-2通过液体加热装置10-1的入口处的温度传感器12对通过液体流入总管道8回流的液体进行检测，回流液体温度到达到预热温度时，液体加热装置10-1保持恒温加热；
步骤2，温度控制装置10-2将设定的预热温度与三个温度传感器12进行对比判断，若高于预热温度，则温度控制装置10-2给出信号控制对应回路的两个流量调节阀11且同一回路的两个流量调节阀11的开度相同，减小管道流量，直至温度降低为预热温度；若低于预热温度，则温度控制装置10-2给出信号控制对应支路的两个流量调节阀11，增大管道流量，直至该部位的温度达到预热温度；
步骤3，当各部位的温度均达到指定预热温度时，开始打印零件。
本发明的液体可采用水等易加热液体。
实施例1
以对设备加热板内设置加热流道13预热为例，预热温度为100℃，工作流程如下：
步骤1，首先，给液体加热装置10-1内装供回流的液体，给各个流量调节阀11设定一个初始流量，再在温度控制装置10-2上设置预热温度为100℃，然后开启液体加热装置10-1，加热的液体从液体流出总管道9流出分三路分别输送到成形缸1左右两个内壁的成形缸内部流道7以及基材3或者加热板4内嵌的加热流道13内，再通过液体流入总管道8回流至液体加热装置10-1，形成液体的三支路流动循环，同时，温度控制装置10-2通过液体加热装置10-1的入口处的温度传感器12对通过液体流入总管道8回流的液体进行检测，回流液体温度到达到预热温度100℃时，液体加热装置10-1保持恒温加热；
步骤2，温度控制装置10-2将设定的预热温度与三个温度传感器12进行对比判断，若高于预热温度为100℃，则温度控制装置10-2给出信号控制对应回路的两个流量调节阀11且同一回路的两个流量调节阀11的开度相同，减小管道流量，直至温度降低为预热温度为100℃；若低于预热温度为100℃，则温度控制装置10-2给出信号控制对应支路的两个流量调节阀11，增大管道流量，直至该部位的温度达到预热温度为100℃；
步骤3，当各部位的温度均达到指定预热温度时，开始打印零件，形成打印中的零部件2。
Claims (10)
1.一种用于SLM设备的粉末预热装置，包括有成形缸(1)，所述成形缸(1)内部安装有Z轴升降成形架(6)，所述Z轴升降成形架(6)上表面安装有隔热板(5)，所述隔热板(5)上表面安装有加热板(4)，所述加热板(4)上表面安装有基材(3)，其特征在于，还包括液体加热温度控制装置(10)，所述成形缸(1)的侧壁内嵌有成形缸内部流道(7)，所述成形缸内部流道(7)的两端分别连接所述的液体加热温度控制装置(10)入口和出口，所述基材(3)或者加热板(4)内嵌有加热流道(13)，所述加热流道(13)的两端也分别连接所述的液体加热温度控制装置(10)入口和出口。
2.根据权利要求1所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置，其特征在于，所述液体加热温度控制装置(10)的入口和出口分别连接有液体流入总管道(8)和液体流出总管道(9)，所述加热流道(13)的两端也分别连接所述液体流入总管道(8)和液体流出总管道(9)，所述成形缸内部流道(7)的两端分别连接所述液体流入总管道(8)和液体流出总管道(9)。
3.根据权利要求2所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置，其特征在于，所述成形缸(1)的左右两侧壁内分别嵌置有成形缸内部流道(7)，所述成形缸(1)的左右两侧壁内的成形缸内部流道(7)的两端分别通过管道连接所述液体流入总管道(8)和液体流出总管道(9)。
4.根据权利要求2所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置，其特征在于，所述成形缸内部流道(7)与所述液体流入总管道(8)和液体流出总管道(9)的连接管道上均设置有流量调节阀(11)，每个所述流量调节阀(11)均通过导线连接液体加热温度控制装置(10)。
5.根据权利要求3所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置，其特征在于，所述成形缸内部流道(7)在成形缸(1)的左右两侧壁内的呈“S”型分布。
6.根据权利要求2所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置，其特征在于，所述加热流道(13)包括设置在所述基材(3)或者加热板(4)内绕其四周分布的“回”型流道(13-1)，所述“回”型流道相对应的两个边上还分别连接有分流道(13-2)，两个所述分流道(13-2)的另一端位于所述基材(3)或者加热板(4)的中心位置处且其中一个分流道(13-2)与液体流入总管道(8)通过管道连接，另一个分流道(13-2)与液体流出总管道(9)通过管道连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置，其特征在于，所述分流道(13-2)与液体流出总管道(9)或液体流入总管道(8)的连接管道上均设置有流量调节阀(11)，每个所述流量调节阀(11)均通过导线连接液体加热温度控制装置(10)。
8.根据权利要求4或6所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置，其特征在于，所述所述基材(3)或者加热板(4)内以及成形缸(1)的左右两侧壁内均安装有温度传感器(12)，所述温度传感器(12)均通过导线连接所述液体加热温度控制装置(10)。
9.根据权利要求8所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置，其特征在于，所述液体加热温度控制装置(10)包括液体加热装置(10-1)以及与所述液体加热装置(10-1)通过导线连接的温度控制装置(10-2)，所述温度传感器(12)通过导线连接所述温度控制装置(10-2)，所述液体加热装置(10-1)的入口和出口分别连接液体流入总管道(8)和液体流出总管道(9)，每个所述流量调节阀(11)均通过导线连接温度控制装置(10-2)，所述液体加热装置(10-1)的入口处还设置有温度传感器(12)，该温度传感器(12)通过导线连接所述温度控制装置(10-2)。
10.如权利要求9所述的一种用于SLM设备的粉末预热装置的工作方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，首先，给液体加热装置(10-1)内装供回流的液体，给各个流量调节阀(11)设定一个初始流量，再在温度控制装置(10-2)上设定一个要求的预热温度，然后开启液体加热装置(10-1)，加热的液体从液体流出总管道(9)流出分三路分别输送到成形缸(1)左右两个内壁的成形缸内部流道(7)以及基材(3)或者加热板(4)内嵌的加热流道(13)内，再通过液体流入总管道(8)回流至液体加热装置(10-1)，形成液体的三支路流动循环，同时，温度控制装置(10-2)通过液体加热装置(10-1)的入口处的温度传感器(12)对通过液体流入总管道(8)回流的液体进行检测，回流液体温度到达到预热温度时，液体加热装置(10-1)保持恒温加热；
步骤2，温度控制装置(10-2)将设定的预热温度与三个温度传感器(12)进行对比判断，若高于预热温度，则温度控制装置(10-2)给出信号控制对应回路的两个流量调节阀(11)且同一回路的两个流量调节阀(11)的开度相同，减小管道流量，直至温度降低为预热温度；若低于预热温度，则温度控制装置(10-2)给出信号控制对应支路的两个流量调节阀(11)，增大管道流量，直至该部位的温度达到预热温度；
步骤3，当各部位的温度均达到指定预热温度时，开始打印零件。
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| DE102015219355A1 (de) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung und Verfahren zu einer additiven Fertigung |
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2018
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Patent Citations (6)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112139497A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-29 | 大连理工大学 | 一种高温整体预热辅助增材制造装置及方法 |
| CN112139497B (zh) * | 2020-09-21 | 2021-12-17 | 大连理工大学 | 一种高温整体预热辅助增材制造装置及方法 |
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