[发明专利]一种用于高温激光选区烧结的光学热力防护及冷却系统

权利要求书

1.一种用于高温激光选区烧结的光学热力防护及冷却系统，其特征在于，该光学热力防护及冷却系统整体布置于激光选区烧结设备的成形腔体上部，并且沿着高度方向由下至上划分为依次层叠的第一防护层(1)、第二防护层(2)和第三防护层(3)，其中：

该第一防护层(1)呈现风冷结构层的形式且铺设在所述成形腔体的上部，并包括位于左右两侧的冷气进口(11)和冷气出口(16)、位于上下两侧的上透视窗(13)和下透视窗(14)，以及在中部区域封闭包围形成的空腔(15)；其中冷气经由所述冷气进口(11)进入后由进气栅格(12)的多层扰流板分隔成为多层层流冷气，然后通入所述空腔(15)以执行多层换热与隔热；换热后的层流气体继续通过排气栅格(17)由所述冷气出口(16)排出；此外，所述上透视窗和下透视窗共同构成一个激光透视路径，并用于激光光束贯穿到达位于所述成形腔体下部的成形台面(41)；

该第二防护层(2)呈现水冷结构层的形式且继续铺设在所述第一防护层的上部，并包括水冷基板(21)和水冷温度传感器(22)；其中所述水冷基板(21)具有内置随形冷却流道(211)，并且它从冷水进口(21)曲线折叠延伸至冷水出口(213)，由此借助于流经于其的冷却介质来起到降温功能；所述水冷温度传感器(22)则用于对所述水冷基板的上方环境温度进行监测，并提供监测反馈数据以实时调节循环冷却介质的流入温度值；

该第三防护层(3)呈现风冷结构层的形式且继续铺设在所述第二防护层的上部，并包括从内到外设置的双风道也即内风道(351)和外风道(352)；其中所述内风道(351)将安装在水平面板上的激光光学模块的所有部件均置于其中，并且借助于通过进气口进入的冷气来执行风冷冷却；所述外风道则用于将所述内风道置于其中，由此与外部其他热源进行隔热。

2.如权利要求1所述的一种用于高温激光选区烧结的光学热力防护及冷却系统，其特征在于，对于所述第一防护层而言，它的所述空腔(15)下部还设置有一个石墨板(18)，并通过该石墨板沿着板平面方向执行传热、而在垂直于板平面的方向上几乎不传热的传热各向异性来进一步提高热力防护效果。

3.如权利要求1或2所述的一种用于高温激光选区烧结的光学热力防护及冷却系统，其特征在于，对于所述第二防护层而言，它的所述水冷基板(21)下部还设置有一个碳纤维支撑垫(23)，由此在起到支撑和密封作用的同时，还起到进一步隔热的效果。

4.如权利要求3所述的一种用于高温激光选区烧结的光学热力防护及冷却系统，其特征在于，所述水冷基板的材质为高导热钢，并且由金属增材制造方法制得。

5.如权利要求1或2所述的一种用于高温激光选区烧结的光学热力防护及冷却系统，其特征在于，对于所述第三防护层而言，它还包括风冷温度传感器(33)，该风冷温度传感器靠近所述激光光学模块的激光器而放置，并用于对此激光器的温度执行实时监测。

6.如权利要求1或2所述的一种用于高温激光选区烧结的光学热力防护及冷却系统，其特征在于，上述光学热力防护及冷却系统运用于F-theta透镜聚焦方式的二维振镜激光扫描系统，或者动态聚焦方式的三维振镜激光扫描系统。

7.如权利要求1或2所述的一种用于高温激光选区烧结的光学热力防护及冷却系统，其特征在于，该光学热力防护及冷却系统还配备有绝热组合板一起工作；所述绝热组合板布置于振镜式激光扫描系统、送粉腔体和成形腔体之间，并用于对三者之间实现彼此的有效隔热；该绝热组合板由用于对Y-Z轴平面方向进行隔热的第一组合板和用于对X-Y轴平面方向进行隔热的第二组合板组合而成，其中Y轴方向被定义为水平纵向方向，Z轴被定义为竖直方向；此外，第一、第二组合板沿着厚度方向均包含多层彼此间隔的石墨板和绝热材料层以形成多夹层结构，并且当组合板沿着X-Y轴平面布置时，这些石墨板与所述送粉腔台面保持平行，而当组合板沿着Y-Z轴平面布置时，这些石墨板与所述送粉腔台面保持垂直。