[发明专利]一种大尺寸激光选区烧结分区域预热方法

说明书

技术领域

本发明涉及选择性激光烧结技术领域，尤其涉及一种大尺寸激光选区烧结分区域预热方法。

背景技术

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)是一种利用激光照射烧结粉成型的快速成型技术，在SLS加工中，粉末必须被加热到一定的温度，而预热和激光扫描是使得粉末加热到一定温度的两个必要措施。如果仅仅靠激光的扫描来使粉末的温度提高，达到吸收一定能量发生粘结的目的,那么，由于粉末颗粒之间的传热性能比较差，就会使得烧结的时间大大的延长，而且粉末颗粒之间由于剧烈的温度变化，导致粉末颗粒体积变化，进一步导致颗粒产生很大的移动从而造成粉床整体的密度分布极不均匀，继而造成过大的残余应力，最后影响零部件的几何精度和机械性能等等。残余应力引起的变形会经常出现在SLS制件中，其影响因素是多方面的，如激光功率、扫描方式、粉床体温度等等，其中粉床体温度是最重要的因素之一，特别是在使用热塑性材料进行烧结时，粉床体温度显得更加重要。而粉床体加热主要通过预热来实现。烧结过程中，要求在新的一层粉末铺好后，尽快将温度升到预热温度，所以，需要在SLS的加工过程中加入一个重要的环节——预热。预热效果的好坏的重要标准取决于粉床体的温度场的均匀性，均匀性越好，预热效果也就越好。如果预热效果好，将直接减少成型的时间，提高成型件的性能、精度。反之，预热效果很差的情况下甚至会导致烧结过程完全不能进行。

目前SLS设备中粉床体的预热主要通过红外加热灯管的辐射加热来实现，但对于多光源大尺寸激光选区烧结设备，其预热系统开发难度非常大，一方面光源数量的增加致使粉床体上方可安装红外加热灯管的空间缩小，另一方面粉床体尺寸太大致使其温度场均匀性很难保证。于是针对多光源大尺寸激光选区烧结设备的预热系统的开发变得越来越紧迫。

当前最先进的SLS设备的预热装置是按阵列方式在一个加热元件安装上一组石英辐射加热管及一组反光板，整个阵列划分多个区域，人为将被加热的区域划分为9个区域，实现对工作台的均匀加热。但是这种加热方法不能适应多光源大尺寸工作台面的均匀加热，因为在多光源环境下由于激光路径的制约难以在工作台中心区域安装辐射加热灯管，安放辐射加热灯管的集中区域在工作台四周边缘附近的侧面。这种方法在划分区域时中心区域过大难以实现对工作台面的均匀加热，而且这种分区域方法过于复杂，所需温度传感器过多，反射灯罩不易控制，实际应用中安装过于麻烦，不利于多光源大尺寸激光选区烧结设备的搭建。还有一种由华中科技大学提出的加热方法，其在粉床体上方设置多层加热层，每个加热层的高度由特别设置的拉升机械装置控制，通过这种机械装置控制各个加热层的高度进而控制粉床体的总体温度场，但这种预热方法控制较为复杂，机械装置的加入一方面增加了多光源大尺寸激光选区烧结设备搭建的难度，另一方面仅仅通过拉升机械装置改变加热层的高度进而控制粉床体的温度场也很难实现粉床体温度场高度均匀的目标。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大尺寸激光选区烧结分区域预热方法，可以提高工作台面粉床体预热温度场的均匀性，进而提高SLS工艺制件质量以及工作效率。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种大尺寸激光选区烧结分区域预热方法，包括以下步骤：

第一步，对于粉床体边长为1500-2500mm的加热面积的大尺寸粉床体预热，将粉床体上方依据不同高度区间划分为2-3个不同加热层，然后调整各加热层的高度，第一层加热层高度为200mm-500mm，第二层加热层高度为600-900mm,第三层加热层高度为1000mm-1500mm之间，每个加热层排布一个由4根以上的加热灯管构成的加热阵列；

第二步，粉床体根据加热层的数量自动划分为相应数量的环形加热主影响区域，环形主影响区域的叠加构成粉床体的全部加热区域，

在单个加热层加热下，粉床体形成一个不均匀的温度场，将粉床体区域中温度值介于峰值及峰值以下3度的区域称为该加热层在粉床体对应的加热主影响区域，不同高度的加热层对应不同的粉床体主影响区域；