CN115213430A - 一种3d打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增材制造领域，更具体地涉及到一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，包括缓释空格装置、加热体、耐高温活塞面板和支撑弹片，所述缓释空格装置的内部设有所述支撑弹片，所述支撑弹片的外部设有玻璃微珠，所述缓释空格装置的下方设有耐高温活塞面板，所述加热体贯穿所述支撑弹片的内部，本发明提供的温场控制装置可解决成型缸温场均匀性的问题，在加热体散发热量的同时会通过铝合金材质的支撑弹片与多个导温片把热量均匀的传输至面板和活塞，增加了此装置成型的精准度。

Description

一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用

技术领域

本发明涉及增材制造领域，更具体地，本发明涉及一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用。

背景技术

铺粉式增材制造技术属于增材制造技术的范畴，以激光选区熔化及激光选区烧结最为典型，其利用激光将传统的三维制造工艺转化为平面制造叠加工艺。通过聚焦的激光光斑按指定路线扫描金属粉末层，不断烧结或熔化金属粉末并成形出平面轮廓，然后层层堆叠完成加工，最终实现任意复杂形状金属零件的制造。

现有技术中，铺粉式增材制造设备都涉及供粉缸、成形缸及铺粉装置，工作时铺粉装置由供粉缸向成形缸运动，带动铺粉缸内的粉末在成形缸内均匀地铺满一层，然后利用计算机根据切片模形控制激光束的二维扫描轨迹有选择地烧结已铺好的固体粉末，以形成零件的一个层面；该层面成形后，电缸带到成形缸内活塞下降一个层厚，再利用铺粉装置将供粉缸内的粉末在成形缸内均匀地铺满一层，如此循环往复，运用激光束不断烧结或熔化各个粉末层面成形，层层堆叠最终完成整个零件的加工成形。

但在增材制造层层粉末层面形成的过程中，先形成的粉末层面和之后形成的粉末层面之间存在温度差，容易导致粉末层面发生翘曲变形，影响零件的质量和精度，目前一般采用片状加热体之间作用于成型缸的活塞和成型面板，但活塞传动部件受加热影响，增加了活塞传动部件损坏的机率；且加热体直接作用于活塞与成型面板，成型粉材特别容易在活塞面板上直接溶化结晶。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，包括缓释空格装置、加热体、耐高温活塞面板和支撑弹片，所述缓释空格装置的内部设有所述支撑弹片，所述支撑弹片的外部设有玻璃微珠，所述缓释空格装置的下方设有耐高温活塞面板，所述加热体贯穿所述支撑弹片的内部。

作为本发明一种优选的技术方案，所述缓释空格装置包括面板、底板和玻璃微珠，所述面板和底板两端分别通过边框密封，所述玻璃微珠填充面板、底板、边框形成的缓释空腔。

作为本发明一种优选的技术方案，所述玻璃微珠的目数为5～8目。

作为本发明一种优选的技术方案，所述面板和底板中部通过支撑柱支撑。

作为本发明一种优选的技术方案，所述缓释空腔中设有温度检测固定件，所述缓释空格装置通过温度检测固定件固定温度检测元件。

作为本发明一种优选的技术方案，所述温度检测元件一端靠近面板下表面。

作为本发明一种优选的技术方案，所述缓释空格装置、加热体、硅酸铝陶瓷纤维纸、耐高温活塞面板、活塞位于成型缸缸体内部。

本发明第二个方面提供了一种如上所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用的应用，用于增材制造中粉材的温度差补偿。

作为本发明一种优选的技术方案，所述支撑弹片的顶部设有导温片，所述导温片与所述支撑弹片为一体形成装置，所述导温片为对称分布形式。

作为本发明一种优选的技术方案，所述加热体通过嵌合的方式连接所述支撑弹片，所述支撑弹片由铝合金材质制成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，具有拆卸方便、结构紧促，加工方便等优点，能有效避免发热体直接作用于活塞和成型面板，降低了成型粉材受温度影响，保证成型的精度，且工作可靠性高；本发明通过在加热体两方分别设置不同的缓释或隔热材料，可避免活塞受热的同时，通过使用一定大小的玻璃微珠控制加热体到粉末层面的温度梯度变化，来保证先后形成的粉末层面之间温度变化较小，避免粉材，尤其是窗口温度敏感的粉材在增材制造过程中受温度影响带来的变形；另外，本发明提供的温场控制装置可解决成型缸温场均匀性的问题，在加热体散发热量的同时会通过铝合金材质的支撑弹片与多个导温片把热量均匀的传输至面板和活塞，并且穿插在玻璃微珠内部的导温片可以均匀的受热，增加温度传输的效率与此装置成型的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为成型缸温场控制装置的剖视示意图；

图2为缓释空格装置的剖视示意图；

图3为支撑弹片的剖视示意图。

其中，1-成型缸缸体、2-活塞、3-活塞密封条、4-耐高温活塞面板、5-硅酸铝陶瓷纤维纸、6-加热体、7-缓释空格装置、8-温度检测元件、7-1-底板、7-2-边框、7-3-支撑柱、7-4-玻璃微珠、7-5-面板、7-6-温度检测固定件、9-支撑弹片、10-导温片。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下通过具体实施方式说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。

本发明第一个方面提供了一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，包括缓释空格装置、加热体、耐高温活塞面板和支撑弹片，所述缓释空格装置的内部设有所述支撑弹片，所述支撑弹片的外部设有玻璃微珠，所述缓释空格装置的下方设有耐高温活塞面板，所述加热体贯穿所述支撑弹片的内部。

本发明所述耐高温活塞面板为具有耐高温和隔热性能的面板，本发明对耐高温活塞面板的材料不做具体限定，可列举的有硅酸铝纤维、纳米孔硅质材料、玻纤改性陶瓷材料。

在一种优选的实施方式中，所述缓释空格装置包括面板、底板和玻璃微珠，所述面板和底板两端分别通过边框密封，所述玻璃微珠填充面板、底板、边框形成的缓释空腔。

在一种优选的实施方式中，所述玻璃微珠的目数为5～8目；进一步地，所述玻璃微珠的目数为7目。

目数是每平方英寸上的孔数目。

在一种优选的实施方式中，所述面板和底板中部通过支撑柱支撑。

在一种优选的实施方式中，所述缓释空腔中设有温度检测固定件，所述缓释空格装置通过温度检测固定件固定温度检测元件。

在一种优选的实施方式中，所述温度检测元件一端靠近面板下表面。

在一种优选的实施方式中，所述缓释空格装置、加热体、硅酸铝陶瓷纤维纸、耐高温活塞面板、活塞位于成型缸缸体内部。

在一种优选的实施方式中，所述支撑弹片的顶部设有导温片，所述导温片与所述支撑弹片为一体形成装置，所述导温片为对称分布形式。

在一种优选的实施方式中，所述加热体通过嵌合的方式连接所述支撑弹片，所述支撑弹片由铝合金材质制成。

申请人通过在活塞上表面设置耐高温活塞面板和硅酸铝陶瓷纤维纸，并将密封条力度均匀地塞到活塞四周凹槽内，使得加热体置于硅酸铝陶瓷纤维纸上，可将加热体加热的热量完全被硅酸铝陶瓷纤维纸和耐高温活塞面板隔绝，避免活塞受热损害，且申请人在耐高温活塞面板和加热体之间设置硅酸铝陶瓷纤维纸，可变加热体的导线直接和较硬的活塞面板接触，导致导线和加热体结构压破变形，甚至短路。

另一方面，申请人在发热体上方设置缓渗空格装置压装锁紧，并在缓释空格装置的内部缓释空腔中充满玻璃微珠，由于玻璃微珠之间存在空隙，故发热体的热量可随着空隙传入缓释空格装置上方，来保证缓释空格装置上方的层层粉材的温度均匀，来补偿增材制造中粉材的温度差，防止粉材，尤其是窗口温度敏感的粉材发生变形。另外，申请人通过设置温度检测元件，并使其头部紧贴着缓释装置的面板的下表面安装，用于检测缓渗空格装置的逼近顶部的温度，可通过软件后台控制加热体6的加热效率，来进一步控制温度梯度的稳定。

且申请人意外发现，当控制缓释空格装置中的玻璃微珠在合适大小，有利于粉材受热均匀，提高成型缸温场均匀性，当玻璃微珠太大时，缓释空腔中的空隙太大，温度可快速通过空隙传到粉材上，不利于温度的调节和稳定，而当玻璃微珠太小时，受热易发生粘结，空隙分布不均，从而导致受热不均一，造成粉材变形。

本发明第二个方面提供了如上所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用的应用，用于增材制造中粉材的温度差补偿。

实施例

实施例1

如图1～2所示，本实施例提供了一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，所述温场控制装置从上到下包括缓释空格装置7、加热体6、硅酸铝陶瓷纤维纸5和耐高温活塞面板4，所述耐高温活塞面板4下方装有活塞2，并通过活塞密封条3和活塞2密封；所述缓释空格装置7包括面板7-5、底板7-1和玻璃微珠7-4，所述面板7-5和底板7-1两端分别通过边框7-2密封，所述玻璃微珠7-4填充面板7-5、底板7-1、边框7-2形成的缓释空腔，所述玻璃微珠7-4的目数为5目，所述面板7-5和底板7-1中部通过支撑柱7-3支撑；所述缓释空腔中设有温度检测固定件7-6，所述缓释空格装置7通过温度检测固定件7-6固定温度检测元件8，所述温度检测元件8一端靠近面板7-5下表面，所述缓释空格装置7、加热体6、硅酸铝陶瓷纤维纸5、耐高温活塞面板4、活塞2位于成型缸缸体1内部。

实施例2

如图1～2所示，本实施例提供了一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，所述温场控制装置从上到下包括缓释空格装置7、加热体6、硅酸铝陶瓷纤维纸5和耐高温活塞面板4，所述耐高温活塞面板4下方装有活塞2，并通过活塞密封条3和活塞2密封；所述缓释空格装置7包括面板7-5、底板7-1和玻璃微珠7-4，所述面板7-5和底板7-1两端分别通过边框7-2密封，所述玻璃微珠7-4填充面板7-5、底板7-1、边框7-2形成的缓释空腔，所述玻璃微珠7-4的目数为8目，所述面板7-5和底板7-1中部通过支撑柱7-3支撑；所述缓释空腔中设有温度检测固定件7-6，所述缓释空格装置7通过温度检测固定件7-6固定温度检测元件8，所述温度检测元件8一端靠近面板7-5下表面，所述缓释空格装置7、加热体6、硅酸铝陶瓷纤维纸5、耐高温活塞面板4、活塞2位于成型缸缸体1内部。

实施例3

如图1～2所示，本实施例提供了一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，所述温场控制装置从上到下包括缓释空格装置7、加热体6、硅酸铝陶瓷纤维纸5和耐高温活塞面板4，所述耐高温活塞面板4下方装有活塞2，并通过活塞密封条3和活塞2密封；所述缓释空格装置7包括面板7-5、底板7-1和玻璃微珠7-4，所述面板7-5和底板7-1两端分别通过边框7-2密封，所述玻璃微珠7-4填充面板7-5、底板7-1、边框7-2形成的缓释空腔，所述玻璃微珠7-4的目数为7目，所述面板7-5和底板7-1中部通过支撑柱7-3支撑；所述缓释空腔中设有温度检测固定件7-6，所述缓释空格装置7通过温度检测固定件7-6固定温度检测元件8，所述温度检测元件8一端靠近面板7-5下表面，所述缓释空格装置7、加热体6、硅酸铝陶瓷纤维纸5、耐高温活塞面板4、活塞2位于成型缸缸体1内部。

实施例4

本实施例提供了一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，所述温场控制装置从上到下包括缓释空格装置、加热体、硅酸铝陶瓷纤维纸和耐高温活塞面板，所述耐高温活塞面板下方装有活塞，并通过活塞密封条和活塞密封；所述缓释空格装置包括面板、底板和玻璃微珠，所述面板和底板两端分别通过边框密封，所述玻璃微珠填充面板、底板、边框形成的缓释空腔，所述玻璃微珠的目数为7目；所述缓释空腔中设有温度检测固定件，所述缓释空格装置通过温度检测固定件固定温度检测元件，所述温度检测元件一端靠近面板下表面，所述缓释空格装置、加热体、硅酸铝陶瓷纤维纸、耐高温活塞面板、活塞位于成型缸缸体内部，并且在加热体散发热量的同时会通过铝合金材质的支撑弹片与多个导温片把热量均匀的传输至面板和活塞，增加了此装置成型的精准度。

提供了示例性实施例，使得本发明将是详尽的，并且将向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节(例如，具体组合物、部件、装置和方法的示例)，以提供对本发明的实施例的详尽了解。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，具体细节无需被采用，示例性实施例可以以许多不同的形式来体现，且两者都不应被解释为限制本发明的范围。在一些示例性实施例中，并未对已知工艺、已知装置结构以及已知技术进行详细的描述。

Claims (10)

1.一种3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，其特征在于，包括缓释空格装置、加热体、耐高温活塞面板和支撑弹片，所述缓释空格装置的内部设有所述支撑弹片，所述支撑弹片的外部设有玻璃微珠，所述缓释空格装置的下方设有耐高温活塞面板，所述加热体贯穿所述支撑弹片的内部。

2.根据权利要求1所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，其特征在于，所述缓释空格装置包括面板、底板和玻璃微珠，所述面板和底板两端分别通过边框密封，所述玻璃微珠填充面板、底板、边框形成的缓释空腔。

3.根据权利要求2所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，其特征在于，所述玻璃微珠的目数为5～8目。

4.根据权利要求2所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，其特征在于，所述面板和底板中部通过支撑柱支撑。

5.根据权利要求2所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，其特征在于，所述缓释空腔中设有温度检测固定件，所述缓释空格装置通过温度检测固定件固定温度检测元件。

6.根据权利要求5所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，其特征在于，所述温度检测元件一端靠近面板下表面。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用，其特征在于，所述缓释空格装置、加热体、硅酸铝陶瓷纤维纸、耐高温活塞面板、活塞位于成型缸缸体内部。

8.一种根据权利要求1～7任意一项所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用的应用，其特征在于，用于增材制造中粉材的温度差补偿。

9.一种根据权利要求1任意一项所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用的应用，其特征在于，所述支撑弹片的顶部设有导温片，所述导温片与所述支撑弹片为一体形成装置，所述导温片为对称分布形式。

10.一种根据权利要求1任意一项所述的3D打印粉材成型的温场空格缓渗装置及其应用的应用，其特征在于，所述加热体通过嵌合的方式连接所述支撑弹片，所述支撑弹片由铝合金材质制成。

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