CN209969566U - 一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，包括缸体，所述缸体的缸壁设有上下分布的多个第一加热机构，所述缸体内设有可沿缸体侧壁上下运动的成型平台机构，成型平台机构用于承接金属粉末，作为工件的成型平台，所述成型平台机构底部与第二加热机构连接，第一加热机构及第二加热机构能够共同对加热过程创造均匀的温度场环境，本实用新型的装置能有效为激光熔化增材制造过程进行温度控制，保证了工件加工质量。

Description

一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置

技术领域

本实用新型涉及选区激光熔化增材制造技术领域，具体涉及一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置。

背景技术

选区激光熔化增材制造技术在航空航天、高铁、汽车、电力、生物医学等行业和国家战略性产业具有广阔的应用前景、可大大减少加工工序，缩短加工周期，是制造下一代飞机、喷气发动机、武器装备等的必要技术，可实现叶轮、复杂整体结构件、汽车模具等高性能零部件制造模式的彻底变革。尽管目前选区激光熔化增材制造技术取得了可喜的成就，但批量化工程应用存在诸多技术难题和工艺瓶颈，比如温度模块化控制技术与装备等。

发明人发现，目前，金属材料在激光增材制造过程中热传递遍历逐点、逐道、逐层堆积加工始末，温度场演变对于工件的形貌尺寸、显微组织有直接的影响，进而影响工件的力学性能；同时具有能量集中输入、快速加热冷却等特点，使得工件内部存在巨大的温度梯度，进而产生热应力，当热应力达到材料的极限时，工件将产生裂纹甚至发生断裂。目前的激光增材制造设备无法为加工过程进行温度控制，导致工件加工质量较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，可以使激光熔化增材制造过程中，获得均匀温度场合保温环境，加热效率高，方便控制金属粉末的温度分布。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，包括缸体，所述缸体的缸壁设有上下分布的多个第一加热机构，所述缸体内设有可沿缸体侧壁上下运动的成型平台机构，成型平台机构用于承接金属粉末，作为工件的成型平台，所述成型平台机构底部与第二加热机构连接，第一加热机构及第二加热机构能够共同对加热过程进行温度控制。

进一步的，所述第一加热机构采用加热棒，所述加热棒安装在缸体缸壁设置的安装孔内部。

进一步的，所述缸体外周设置有上下分布的多个第一支撑板，第一支撑板与缸体轴线垂直设置，所述第一支撑板与缸体缸壁的外侧面贴紧接触，相邻的第一支撑板之间固定连接有竖向支撑机构，竖向支撑机构与缸体固定连接。

进一步的，所述竖向支撑机构包括设置在相邻第一支撑板之间的第二支撑板及第三支撑板，第二支撑板及第三支撑板与缸体轴线平行设置，所述第二支撑板设置在第一支撑板的四个角位置处，与缸体的缸壁存在设定距离，所述第三支撑板紧贴缸体相对的两个缸壁外侧面设置并且与缸体的缸壁固定连接。

进一步的，所述缸体的缸壁上安装有第一温度传感器，所述第一温度传感器设置在相邻的两个第一加热机构之间的位置。

进一步的，所述成型平台机构包括与缸体内部空间截面形状相匹配的活塞板，活塞板侧面开设密封槽，所述密封槽内设有压条，压条外侧设有密封圈，所述压条能够将密封圈与缸体的缸壁内侧面压紧，所述密封圈用于密封活塞板与缸体缸壁之间的空隙，所述压条及密封圈上方设有压板，所述压板与活塞板固定连接，所述压板用于将压条和密封圈压紧在密封槽内。

进一步的，所述活塞板设置有凸台，所述凸台上端面与压板上端面平齐，使凸台与压板上端面形成用于承接金属粉末使工件成型的平面。

进一步的，所述第二加热机构包括加热底座，所述加热底座与成型平台机构固定连接且加热底座顶端面与成型平台机构底端面贴紧接触，所述加热底座设置有多个安装槽，所述安装槽内安装有加热丝，所述加热丝上方设置有导热板，所述导热板与加热底座固定连接且与成型平台机构底端面贴紧接触。

进一步的，所述安装槽内安装有第二温度传感器，所述第二温度传感器的触头贴紧成型平台机构的底端面。

进一步的，所述加热底座的底端面固定有隔热泡沫层。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的装置，缸壁设有多个上下分布的第一加热机构，其内部的成型平台机构与第二加热机构连接，第一加热机构及第二加热机构能够配合使用，实现对于金属粉末的预热，加热过程中的保温以及加热完成后的缓慢冷却，可以使加热过程获得均匀的温度场，从而降低在激光选区熔化过程中，局部温度过高或过低造成的对加热工件材料性能的影响，可以有效防止金属粉末直接激光选区熔化加热因热应力产生变形或开裂。

2.本实用新型的装置，具有多个第一加热机构，第二加热机构具有多个加热丝，多个第一加热机构可以逐步依次工作，有效降低加热保温过程中的能耗，而且由于第一加热机构及加热丝具有多个，部分损坏后其他加热元件仍可以正常工作，可以有效避免第一加热机构及加热丝的损坏导致加热工件气孔、裂纹等缺陷。

3.本实用新型的装置，缸体外周设有多个横向支撑板，相邻横向支撑板之间设有竖向支撑机构，可以实现增加散热面积的同时，提高缸体的稳定性，减少由于热应力以及金属粉末的堆积造成缸体缸壁的变形。

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申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本实用新型实施例1整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例1内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例1成型平台机构示意图；

图4为本实用新型实施例1第二加热机构示意图；

其中，1.左部缸壁，2.右部缸壁，3.前部缸壁，4.后部缸壁，5. 单头不锈钢加热棒，6.第一温度传感器，7.第一支撑板，8.第二支撑板，9.第三支撑板，10.活塞板，11.压条，12.密封圈，13.压板，14. 凸台，15.加热底座，16.安装基板，17.加热丝，18.导热板，19.第二温度传感器，20.隔热泡沫层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的激光增材制造设备无法对加热过程的温度进行控制，导致工件产生裂纹甚至发生断裂，针对上述问题，本申请提出了一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-4所示，一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，包括缸体、缸体的缸壁上设有上下分布的多个第一加热机构，缸体内部设有可沿其轴线上下运动的成型平台机构，所述成型平台机构底面连接有第二加热机构。

所述缸体由四块缸壁构成，包括左部缸壁1、右部缸壁2、前部缸壁3及后部缸壁4，四个缸壁上设置有多个上下分布的6个安装孔，其一侧端部设有螺纹结构，所述第一加热机构通过安装孔安装在缸壁内部，所述第一加热机构采用单头不锈钢加热棒5，单头不锈钢加热棒与通过螺纹结构与安装孔螺纹连接，相邻缸壁的安装孔的开孔高度存在一定差值，即相邻缸壁的安装孔轴线错开分布，相对的缸壁的安装孔可以开设在同一高度，次用此种设置方式可以防止加热棒末端端子及导线的互相干扰。

所述前部缸壁及后部缸壁上安装有多个第一温度传感器6，所述第一温度传感器设置在相邻的单头不锈钢加热棒之间的位置，用于检测前部缸壁和后部缸壁的温度。

四个所述的缸壁外周设有三个上下分布的第一支撑板7，三个第一支撑板紧贴缸壁的外侧面，第一支撑板与缸体的轴线垂直设置，相邻的第一支撑板之间固定连接有竖向支撑机构，所述竖向支撑机构与缸壁固定连接。

所述竖向支撑机构包括固定在相邻第一支撑板之间的第二支撑板8及第三支撑板9，所述第二支撑板及第三支撑板与缸体的轴线平行设置，所述第二支撑板设置在第一支撑板的四个角位置处，其上下两端与第一支撑板焊接固定，第二支撑板与缸体的缸壁存在设定距离，所述第三支撑板为T型结构，设置在左部缸壁及右部缸壁的外侧，且与左部缸壁及右部缸壁的外侧面贴紧，所述第三支撑板的上下两端与第一支撑板焊接固定，左部缸壁外侧的第三支撑板用于与左部缸壁贴紧的部分通过螺栓与左部缸壁固定连接，右部缸壁外侧的第三支撑板用于与右部缸壁贴紧的部分通过螺栓与右部缸壁固定连接。

通过设置第一支撑板、第二支撑板及第三支撑板，可以增加缸体的散热面积，同时可以增强缸体的稳定性，减少由于热应力以及金属粉末的堆积和挤压造成的缸壁变形。

所述缸体内部设有可沿缸体轴线上下运动的成型平台机构，所述成型平台机构包括活塞板10，所述活塞板的形状及尺寸与缸体内部空间截面形状及尺寸相匹配，所述活塞板的四个侧面开设密封槽，所述密封槽内安装有压条11，所述压条的外侧设有密封圈12，所述压条能够将密封圈压在缸体的缸壁内侧面上，密封圈用于密封活塞板与缸体内侧面之间的间隙，所述压条采用镍基高温合金，在较高温度下具有较好的抗氧化性、抗蠕变性和持久强度，所述密封圈采用耐高温橡胶材质，具有紧固压条和防止金属粉末渗透落入第二加热机构的作用。

每个活塞侧面密封槽内的压条和密封圈的上方设有压板13，压板设置在活塞板的边缘位置处，所述压板通过铆钉与活塞板固定连接，压板能够将压条和密封圈压紧在密封槽内，防止压条和密封圈从密封槽内脱离。

所述活塞板中部设有凸台14，所述凸台的形状与四块压板形状的空间的形状相匹配，凸台的侧面与压板的内侧端面紧密接触，且凸台的顶面与压板的顶面相平齐，四块压板与凸台共同形成用于承接金属粉末的平面，使工件成型。

所述第二加热机构包括加热底座15，所述加热底座通过螺栓与活塞板底面连接，且加热底座的顶面与活塞板的底面紧密接触，所述加热底座设置有八个安装槽，每个安装槽内设有四块安装基板16，安装基板与安装槽的底面垂直固定连接，所述安装基板端部依次连接，内部形成空间，所述安装基板形成的空间内设置有加热丝17，所述加热丝为S型结构，其两端安装在同一块安装基板上，所述安装基板的顶端面固定有导热板18，所述导热板的顶端面与活塞板的底端面贴紧，所述导热板采用紫铜材料，具有良好的导热性。

所述安装槽的侧部槽面上安装有第二温度传感器19，所述第二温度传感器的触头与活塞板的底面接触，用于检测活塞板的温度。

所述加热底座的底面固定有隔热泡沫层20，防止热量的流失，提高能源的使用效率，所述隔热泡沫层与加热底座之间设置石棉布或陶瓷纤维布，增加隔热保温性能，所述加热底座及隔热泡沫层上开设相应的通孔，用于第二温度传感器导线的引出。

所述第一温度传感器、第二温度传感器、单头不锈钢加热棒、电热丝均与控制器连接，第一温度传感器及第二温度传感器采集的温度信息能够传送给控制器，控制器控制单头不锈钢加热棒及电热丝的工作。

实施例2：

本实施例公开了一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置的工作方法：

预先使电热丝通电使其产生热量，热经由导热板传递给活塞板，并通过活塞板传递给四块压板；紧贴在活塞板的第二温度传感器在电热丝通电一刻启动，实时反馈活塞板的温度，并通过控制器调节电热丝的温度，使其达到预定的加热温度。

达到预定温度后，开始铺粉进行选区激光熔化制造，由于铺粉的深度逐渐增加，靠近活塞板和压板的部分温度高，铺粉层表面温度低，当活塞板下降至与相应的单头不锈钢加热棒高度或第一温度传感器相同时，缸壁上相应的的单头不锈钢加热棒通电加热，第一温度传感器启动工作，热量由缸壁实时传递给金属粉末，所述加热棒及第一温度传感器自上至下依次启动工作，以便于节约能量。

当金属粉末进行选区激光熔化增材制造的整个过程完成时，单头不锈钢加热棒和电热丝缓慢降低温度，这样形成保温过程，继而进一步提高产品的性能。第一温度传感器和第二温度传感器在单头不锈钢加热棒和电热丝停止工作后关闭。

在加热保温过程中，可以将隔热棉等材料安装在缸体四周以保证操作人员的安全。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，包括缸体，所述缸体的缸壁设有上下分布的多个第一加热机构，所述缸体内设有可沿缸体侧壁上下运动的成型平台机构，成型平台机构用于承接金属粉末，作为工件的成型平台，所述成型平台机构底部与第二加热机构连接，第一加热机构及第二加热机构能够共同对加热过程创造均匀的温度场环境。

2.如权利要求1所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述第一加热机构采用加热棒，所述加热棒安装在缸体缸壁设置的安装孔内部。

3.如权利要求1所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述缸体外周设置有上下分布的多个第一支撑板，第一支撑板与缸体轴线垂直设置，所述第一支撑板与缸体缸壁的外侧面贴紧接触，相邻的第一支撑板之间固定连接有竖向支撑机构，竖向支撑机构与缸体固定连接。

4.如权利要求3所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述竖向支撑机构包括设置在相邻第一支撑板之间的第二支撑板及第三支撑板，第二支撑板及第三支撑板与缸体轴线平行设置，所述第二支撑板设置在第一支撑板的四个角位置处，与缸体的缸壁存在设定距离，所述第三支撑板紧贴缸体相对的两个缸壁外侧面设置并且与缸体的缸壁固定连接。

5.如权利要求1所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述缸体的缸壁上安装有第一温度传感器，所述第一温度传感器设置在相邻的两个第一加热机构之间的位置。

6.如权利要求1所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述成型平台机构包括与缸体内部空间截面形状相匹配的活塞板，活塞板侧面开设密封槽，所述密封槽内设有压条，压条外侧设有密封圈，所述压条能够将密封圈与缸体的缸壁内侧面压紧，所述密封圈用于密封活塞板与缸体缸壁之间的空隙，所述压条及密封圈上方设有压板，所述压板与活塞板固定连接，所述压板用于将压条和密封圈压紧在密封槽内。

7.如权利要求6所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述活塞板设置有凸台，所述凸台上端面与压板上端面平齐，使凸台与压板上端面形成用于承接金属粉末使工件成型的平面。

8.如权利要求1所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述第二加热机构包括加热底座，所述加热底座与成型平台机构固定连接且加热底座顶端面与成型平台机构底端面贴紧接触，所述加热底座设置有多个安装槽，所述安装槽内安装有加热丝，所述加热丝上方设置有导热板，所述导热板与加热底座固定连接且与成型平台机构底端面贴紧接触。

9.如权利要求8所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述安装槽内安装有第二温度传感器，所述第二温度传感器的触头贴紧成型平台机构的底端面。

10.如权利要求8所述的一种用于选区激光熔化增材制造的加热保温装置，其特征在于，所述加热底座的底端面固定有隔热泡沫层。

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