一種選擇性激光燒結(jié)sls鋪粉預(yù)熱裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，包括立柱、絲桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，上支架、下支架，高度調(diào)節(jié)板、紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置、多個(gè)四棱錐空心殼體、以及控制系統(tǒng)；每個(gè)四棱錐空心殼體和內(nèi)部的加熱棒、內(nèi)壁的反光板組成一個(gè)獨(dú)立預(yù)熱裝置，多個(gè)獨(dú)立預(yù)熱裝置將成形區(qū)分成多個(gè)可獨(dú)立預(yù)熱的小區(qū)域，獨(dú)立預(yù)熱裝置直接由控制系統(tǒng)控制，互不干涉，當(dāng)所鋪粉末不同區(qū)域溫度不同時(shí)，可以調(diào)整獨(dú)立預(yù)熱裝置對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行不同溫度的預(yù)熱，從而實(shí)現(xiàn)所鋪粉末整體均勻預(yù)熱，每個(gè)獨(dú)立預(yù)熱裝置在立體空間內(nèi)方向可調(diào)，能夠根據(jù)成形件的大小調(diào)整預(yù)熱區(qū)域，增加預(yù)熱效率，節(jié)約能源，本裝置可有效提高成形件精度及組織性能，對(duì)SLS成形技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于3D打印增材制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝 置。 技術(shù)背景
[0002] 3D打印快速成形技術(shù)是一種以三維CAD模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或樹(shù)脂等可 黏合材料，通過(guò)逐層疊加的原理，制造復(fù)雜零件。該過(guò)程不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就 可以制備出任意形狀的復(fù)雜零件。其主要特點(diǎn)有:CD設(shè)計(jì)制造一體化，由三維模型直接進(jìn)行 打印成形，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造的一體化。③高度柔性，該技術(shù)不受零件形狀和 結(jié)構(gòu)的約束，使復(fù)雜模型直接制造成為產(chǎn)品模型。③縮短新產(chǎn)品的研制周期，降低研發(fā)成 本。可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)換成真實(shí)的產(chǎn)品模型，從而可以對(duì)正處于設(shè) 計(jì)階段的產(chǎn)品做出快速評(píng)價(jià)、修改及功能試驗(yàn)，這樣既有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，又降 低了經(jīng)濟(jì)損耗。因此，3D打印快速成形技術(shù)發(fā)展對(duì)推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義 選擇性激光燒結(jié)（SLS)技術(shù)屬于3D打印技術(shù)的一種，其工藝成形過(guò)程是:利用三維CAD 軟件設(shè)計(jì)出所需零件的三維模型，將模型導(dǎo)入到成形設(shè)備。隨后進(jìn)行鋪粉并刮平，用激光器 在鋪平的粉末上進(jìn)行燒結(jié)成形，當(dāng)一層成形面燒結(jié)完成后，繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程，燒結(jié)切片層 不停疊加，直到得到三維實(shí)體零件。SLS成形過(guò)程中所鋪粉末預(yù)熱是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，如果所 鋪粉末不預(yù)熱或預(yù)熱不均勻，成形件性能和精度將會(huì)下降，甚至不能燒結(jié)成形。對(duì)所鋪粉末 加熱有兩個(gè)熱源，一是成形件本身對(duì)所鋪粉末的預(yù)熱，由于不斷被激光燒結(jié)疊加成形，成形 件內(nèi)部溫度較高。成形件截面尺寸不同，其內(nèi)部溫度分布也不同，因此對(duì)不同部位所鋪粉末 預(yù)熱也不同。二是加熱裝置對(duì)粉末進(jìn)行預(yù)熱，為了使所鋪粉末預(yù)熱均勻，同時(shí)也是為了使成 形件內(nèi)部溫度分布均勻，防止成形件翹曲變形，需要用加熱裝置對(duì)所鋪粉末及成形件進(jìn)行 預(yù)熱，使所鋪粉末和成形件內(nèi)部溫度均勻分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，該裝置由多 個(gè)獨(dú)立預(yù)熱裝置組成，可以對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行不同溫度的預(yù)熱，也可以根據(jù)成形件的大小調(diào) 整預(yù)熱區(qū)域。
[0004] 本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是： 一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，包括立柱、絲桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，上支架、下支架，高 度調(diào)節(jié)板、紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置、四棱錐空心殼體、加熱棒、反光板以及控制系統(tǒng);所述上支架的 兩側(cè)套接在水平固定的兩根絲桿上，絲杠兩端分別由立柱支撐，絲桿一端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 用于驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)上支架水平移動(dòng)，上支架和下支架通過(guò)高度調(diào)節(jié)板連接，由螺栓固 定，高度調(diào)節(jié)板可以調(diào)節(jié)下支架與鋪粉面的距離，上支架內(nèi)側(cè)安裝紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置，對(duì)所鋪 粉末進(jìn)行測(cè)溫，下支架的下部設(shè)置多個(gè)在立體空間內(nèi)方向可調(diào)的四棱錐空心殼體，四棱錐 空心殼體內(nèi)部安裝多層加熱棒，內(nèi)壁上還設(shè)置有反光板，對(duì)加熱棒輻射的熱量進(jìn)行反射，提 升加熱效率;單個(gè)的四棱錐空心殼體及安裝在殼體內(nèi)部的加熱棒、反光板構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的 預(yù)熱裝置，每個(gè)預(yù)熱裝置和紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置均與控制系統(tǒng)相連，根據(jù)紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置反饋 的信息，控制每個(gè)四棱錐空心殼體的朝向及其內(nèi)部加熱棒的溫度，實(shí)現(xiàn)所鋪粉末預(yù)熱溫度 的整體均勻性； 所述上支架、下支架及高度調(diào)節(jié)板均采用鋁合金材質(zhì)； 所述四棱錐空心殼體采用鋁合金或不銹鋼材質(zhì)，通過(guò)鑄造或沖壓成型； 所述下支架與四棱錐空心殼體連接部分為球形凹槽和球形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述球形凹槽和 球形凸臺(tái)大小匹配，球形凸臺(tái)可以在球形凹槽中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四棱錐空心殼體在立體空 間向各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整加熱方向和加熱面積； 所述四棱錐空心殼體內(nèi)部加熱棒采用硅碳棒、陶瓷管內(nèi)部安裝電阻絲或者加熱石英 管;所述反光板為平直結(jié)構(gòu)； 所述高度調(diào)節(jié)板內(nèi)部為直槽口結(jié)構(gòu)。
[0005] 本發(fā)明的有益效果為： 本裝置由多個(gè)獨(dú)立的預(yù)熱裝置組成，將成形區(qū)分成多個(gè)可獨(dú)立預(yù)熱的小區(qū)域，可以調(diào) 整獨(dú)立預(yù)熱裝置對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行不同溫度的預(yù)熱，從而實(shí)現(xiàn)成形粉末整體均勻預(yù)熱；每個(gè) 獨(dú)立預(yù)熱裝置在立體空間內(nèi)方向可調(diào)，能夠根據(jù)成形件的大小調(diào)整預(yù)熱區(qū)域，增加了預(yù)熱 效率，節(jié)約了能源;本裝置可有效提高成形件精度及組織性能，對(duì)SLS成形技術(shù)的發(fā)展具有 重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是本裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本裝置中高度調(diào)節(jié)板的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本裝置中下支架和四棱錐空心殼體的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本裝置中四棱錐空心殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本裝置中下支架與四棱錐空心殼體的連接部分示意圖； 圖6是本裝置中一個(gè)獨(dú)立預(yù)熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中：1、立柱，2、絲桿，3、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，4、上支架，5、下支架，6、高度調(diào)節(jié)板，7、紅外線(xiàn)測(cè)溫 裝置，8、四棱錐空心殼體，9、加熱棒，10、反光板，11、控制系統(tǒng)，12、球形凹槽，13、球形凸臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0007] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明： 一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，[11 ]所示，包括立柱1、絲桿2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)3，上 支架4、下支架5,高度調(diào)節(jié)板6、紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置7、四棱錐空心殼體8、加熱棒9、反光板10以 及控制系統(tǒng)11;其中，上支架4、下支架5和高度調(diào)節(jié)板6均采用鋁合金材質(zhì)，以減輕整個(gè)裝置 的重量;上支架4的兩側(cè)套接在水平固定的兩根絲桿2上，絲桿2兩端分別由立柱1支撐，絲桿 2-端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)3，驅(qū)動(dòng)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)絲桿2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)上支架4在絲桿2上水 平移動(dòng)，上支架4和下支架5通過(guò)高度調(diào)節(jié)板6連接，上下均由螺栓固定，高度調(diào)節(jié)板6如圖2 所示，內(nèi)部為直槽口結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)固定上支架4和下支架5的螺栓位置，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)下支架5 與鋪粉面的距離;上支架4內(nèi)側(cè)安裝紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置7，對(duì)所鋪粉末進(jìn)行測(cè)溫，下支架5的下 部設(shè)置多個(gè)在立體空間內(nèi)方向可調(diào)的四棱錐空心殼體8如圖3所示，四棱錐空心殼體采用鋁 合金或不銹鋼材質(zhì)，通過(guò)鑄造或沖壓成型；四棱錐空心殼體8內(nèi)部如圖4所示，安裝多層加熱 棒9，每層由四個(gè)加熱棒組成方形，加熱棒9可以是硅碳棒或者陶瓷管內(nèi)部安裝電阻絲、加熱 石英管；四棱錐空心殼體8的內(nèi)壁上還設(shè)置有反光板10,反光板10為平直結(jié)構(gòu)，對(duì)加熱棒9輻 射的熱量進(jìn)行反射，提升加熱效率;下支架5與四棱錐空心殼體8的連接部分如圖5所示，呈 球形凹槽12和球形凸臺(tái)13結(jié)構(gòu)，由于球形凹槽12和球形凸臺(tái)13大小匹配，球形凸臺(tái)13可以 在球形凹槽12中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四棱錐空心殼體8在立體空間向各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整加 熱方向和加熱面積;單個(gè)的四棱錐空心殼體8及安裝在殼體內(nèi)部的加熱棒9、反光板10構(gòu)成 一個(gè)獨(dú)立的預(yù)熱裝置如圖6所示，每個(gè)預(yù)熱裝置和紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置7均與控制系統(tǒng)11相連， 根據(jù)紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置7反饋的溫度信息，控制每個(gè)四棱錐空心殼體8的朝向及其內(nèi)部加熱棒 9的溫度，實(shí)現(xiàn)所鋪粉末預(yù)熱溫度的整體均勻性。
[0008]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，其特征在于:包括立柱、絲桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，上 支架、下支架，高度調(diào)節(jié)板、紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置、四棱錐空心殼體、加熱棒、反光板以及控制系 統(tǒng);所述上支架的兩側(cè)套接在水平固定的兩根絲桿上，絲杠兩端分別由立柱支撐，絲桿一端 設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)上支架水平移動(dòng)，上支架和下支架通過(guò)高度調(diào)節(jié) 板連接，由螺栓固定，高度調(diào)節(jié)板可以調(diào)節(jié)下支架與鋪粉面的距離，上支架內(nèi)側(cè)安裝紅外線(xiàn) 測(cè)溫裝置，對(duì)所鋪粉末進(jìn)行測(cè)溫，下支架的下部設(shè)置多個(gè)在立體空間內(nèi)方向可調(diào)的四棱錐 空心殼體，四棱錐空心殼體內(nèi)部安裝多層加熱棒，內(nèi)壁上還設(shè)置有反光板，對(duì)加熱棒輻射的 熱量進(jìn)行反射;單個(gè)的四棱錐空心殼體及安裝在殼體內(nèi)部的加熱棒、反光板構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立 的預(yù)熱裝置，每個(gè)預(yù)熱裝置和紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置均與控制系統(tǒng)相連，根據(jù)紅外線(xiàn)測(cè)溫裝置反 饋的信息，控制每個(gè)四棱錐空心殼體的朝向及其內(nèi)部加熱棒的溫度，實(shí)現(xiàn)所鋪粉末預(yù)熱均 勻。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，其特征在于:所述上 支架、下支架及高度調(diào)節(jié)板均采用鋁合金材質(zhì)，所述高度調(diào)節(jié)板內(nèi)部為直槽口結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，其特征在于:所述四 棱錐空心殼體采用鋁合金或不銹鋼材質(zhì)，通過(guò)鑄造或沖壓成型。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，其特征在于:所述下 支架與四棱錐空心殼體的連接部分分別為球形凹槽和球形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述球形凹槽和球形 凸臺(tái)大小匹配，球形凸臺(tái)可以在球形凹槽中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四棱錐空心殼體在立體空間向 各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整加熱方向和加熱面積。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性激光燒結(jié)SLS鋪粉預(yù)熱裝置，其特征在于:所述四 棱錐空心殼體內(nèi)部加熱棒為硅碳棒或陶瓷管內(nèi)部安裝電阻絲、加熱石英管;所述反光板為 平直結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B22F3/105GK106001575SQ201610588024
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日
【發(fā)明人】白培康, 趙占勇, 王建宏, 李玉新, 劉斌, 劉增祿
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)