專利名稱：一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加熱裝置，尤其涉及一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置。
背景技術：
選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)工藝是利用粉末材料在激光照射下燒結的原理，在計算機控制下層層堆積成型，是激光在快速成型(Rapid I^ototyping，簡稱RP)領域的典型應用，其具有選材范圍廣、精度高、材料利用率高、無需支撐等優勢。SLS加工過程是采用鋪粉輥將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，并加熱至恰好低于該粉末燒結點的某一溫度，控制系統控制激光束按照該層的截面輪廓在粉層上掃描，使粉末的溫度升至熔化點，進行燒結并與下面已成型的部分實現粘接。當一層截面燒結完后，工作臺下降一個層的厚度，鋪料輥又在上面鋪上一層均勻密實的粉末，進行新一層截面的燒結，直至完成整個模型。整個SLS設備是一臺熱機器，燒結材料具備較高的熱敏感度，溫度變化與控制是影響SLS成型質量的關鍵因素之一。現有最先進的SLS設備工作臺加熱裝置采用的為2區加熱元件，即一個水平的外加熱線圈和一個傾向中心集聚的內(中心)加熱線圈，兩個加熱線圈通過同一個可編程控制器(Programmable Logic Controllers，簡稱PLC)控制，對整個工作臺進行加熱。但由于只有內、外兩個加熱圈，此種加熱方式必然存在工作臺溫度分配不均的問題，材料受熱不均，燒結層會出現過熱點及過冷點，無法采取更為精準的方法對工作臺各區域進行加熱控制，最終影響SLS成型質量。如何解決工作臺溫度分配不均的問題SLS技術長期以來面臨的一個重要難題。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術缺陷，開發出一種新型的多區加熱裝置，用于SLS 系統加熱，使SLS工作臺各區域溫度均能得到有效調整與控制，燒結材料受熱均勻，保證優異的SLS成型質量。本發明提供的一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置是按陣列組合方式在一個加熱元件安裝架上安裝一組石英輻射加熱管及一組反光板，整個陣列組劃分為多個區域。陣列組區域劃分的數量為2個或2個以上，優選劃分為后區(V1)、前區(V2)、左區(V3)、右區 (V4)、左后區(V5)、左前區(V6)、右前區(V7)、右后區(V8)、中心區(V9)等9個區域。上述陣列組的各個區域中分別安裝了若干個石英輻射加熱管，各區域安裝的石英輻射加熱管數量可根據實際需要進行調整，如1個區域可以只安裝1個加熱管，也可以安裝 2個或2個以上加熱管。在實際使用中只需在原有安裝架基礎上進行安裝點的調整，以適應實際所需的加熱管的安裝即可，操作簡單易行；本發明摒棄了傳統的電阻絲加熱法，采用石英輻射加熱管對工作臺進行輻射加熱，具有加熱均勻穩定的優點。每個石英輻射加熱管配裝有一個弧形反光板，每個弧形反光板可以單獨調節角度，通過反光板角度的調節來調整反光板與石英輻射加熱管的相對位置，從而可使石英輻射加熱管對工作臺的特定區域進行輻射加熱，弧形反光板與石英輻射加熱管的組合可有效滿足不同的加熱需求、控制工作臺加熱效果。采用本發明提供的多區加熱裝置進行加熱的過程中，可采用紅外傳感器與紅外照相機兩種方式對工作臺溫度進行監測。當采用紅外傳感器為工作臺溫度監測器時，與現有SLS工作臺加熱監測手段相同，安裝在SLS設備上的紅外傳感器僅能對工作臺某一區域的平均溫度進行監測。在本發明所述的多區加熱裝置的各區域中，對紅外傳感器感知區溫度起主要影響作用的區域為主區，其余區域為從屬區。數據采集器將輸入的設定置與紅外傳感器探測的區域溫度平均值以一定頻率進行采集，信息反饋至PLC的PID環，PID環根據溫度設定值與探測值進行計算得到實際所需的占空比，該占空比即為主區加熱管實際輸入值，主區加熱回路為閉環控制系統。各從屬區加熱管的占空比在主區加熱管占空比的基礎上按比例進行調節設置，各從屬區加熱管對相應區域進行補充輻射加熱，使工作臺各區域溫度趨向一致，各從屬區為開環控制系統。使用紅外傳感器為體系溫度監測方式，優勢在于操作簡便，成本較低。當采用紅外照相機為工作臺溫度監測器時，安裝在SLS設備上的紅外照相機對整個工作臺溫度進行實時監測。工作臺劃分為多個區域，每個區域分別與所述多區加熱裝置的各個區域相對應，各石英輻射加熱管對相應的區域工作臺進行輻射加熱。每個加熱回路都由一個單獨的PID環控制，每個PID環根據PLC系統輸入的設定溫度值及紅外照相機探測的對應區域平均溫度值，計算每個區域的實際占空比，各區加熱回路是獨立的完整的閉環控制系統。使用紅外照相機為體系溫度監測方式，對溫度的控制更為精確有效，而設備成本較高。采用本發明所提供的多區加熱裝置對SLS系統工作臺進行加熱，工作臺各區域受熱均勻，可將SLS燒結材料穩定加熱至燒結溫度，避免了局部過熱或過冷現象，保證了優異的SLS成型質量。整個加熱裝置結構合理、操作簡便，使現有SLS設備的加熱體系更趨完善， 進一步提高了 SLS技術水平。本發明涉及的紅外輻射加熱管、反光板、紅外傳感器、紅外照相機、PID控制等原理及各元件的連接組裝為本領域公知的知識和技術，本發明創新性提出了 SLS設備工作臺加熱裝置中加熱管的陳列式組合，在此基礎上可根據工作臺平面大小、溫度高低等具體情況與不同需求對陣列組區域劃分方式及各加熱元件的形狀、相對位置、數量等進行靈活的調整變換，根據本發明公開的內容達到本發明目的的技術方案均屬于本發明的范圍。
圖1為一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置的陣列布局2為石英輻射加熱管與弧形反光板組合加熱示意3為紅外傳感器監測溫度的多區加熱裝置工作原理4為紅外照相機監測溫度的多區加熱裝置工作原理圖
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步論述。實施例1如圖1所示，1為石英輻射加熱管，2為弧形反光板，3為加熱元件安裝架。
如圖2所示，1為石英輻射加熱管，2為弧形反光板，4為工作臺平面。按陣列組合方式在加熱元件安裝架上安裝了石英輻射加熱管及弧形反光板。其中 V1區并行安裝了 2個石英輻射加熱管，每個加熱管外側配裝1個可自由調節角度的弧形反光板，\、V3、V4區石英輻射加熱管與反光板的安裝方式與V1區相同；V5、V6、V7、V8區采用相同的安裝方式，2個石英加熱管呈90°角分別安裝在四個角區，每個加熱管外側配裝1個可自由調節角度的弧形反光板；V9區處于工作臺四周最內側，每個側邊居中安裝1個石英加熱管，每個加熱管外側配裝1個可自由調節角度的弧形反光板，調節好各弧形反光板的角度。如圖2所示采用紅外傳感器溫度監測方式，通過PLC系統輸入占空比與工作臺溫度設定值，數據采集器將輸入的設定置與紅外傳感器探測的區域溫度平均值以50ms的頻率進行采集，PLC的PID環根據設定值與探測值進行計算得到主區占空比，經D/A轉換，控制主區石英輻射加熱管輸出功率，主區為閉環控制系統；同時設置V2 V98個從屬區占空比與主區占空比的比率，各占空比轉換器將計算得到各從屬區占空比，經D/A轉換，控制各從屬區石英輻射加熱管輸出功率，各從屬區為開環控制系統。工作臺溫度均勻穩定加熱至趨于設定值。實施例2如圖1所示，1為石英輻射加熱管，2為弧形反光板，3為加熱元件安裝架。如圖2所示，1為石英輻射加熱管，2為弧形反光板，4為工作臺平面。按陣列組合方式在加熱元件安裝架上安裝了石英輻射加熱管及弧形反光板。其中 V1區并行安裝了 2個石英輻射加熱管，每個加熱管外側配裝1個可自由調節角度的弧形反光板，\、V3、V4區石英輻射加熱管與反光板的安裝方式與V1區相同；V5、V6、V7、V8區采用相同的安裝方式，2個石英加熱管呈90°角分別安裝在四個角區，每個加熱管外側配裝1個可自由調節角度的弧形反光板；V9區處于工作臺四周最內側，每個側邊居中安裝1個石英加熱管，每個加熱管外側配裝1個可自由調節角度的弧形反光板，調節好各弧形反光板的角度。如圖3所示采用紅外照相機溫度監測方式，通過PLC系統輸入工作臺溫度設定值， 紅外照相機實時監測工作臺各區域平均溫度，各區PID環根據PLC系統輸入的設定溫度值及紅外照相機探測的相應區域平均溫度值，計算每個區域的實際占空比，經D/A轉換，控制各區石英輻射加熱管輸出功率，各區為獨立完整的閉環控制系統。工作臺溫度均勻穩定加熱至趨于設定值。
權利要求
1.一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置，其特征在于所述多區加熱裝置是按陣列組合方式在一個加熱元件安裝架上安裝一組石英輻射加熱管及一組反光板，整個陣列組劃分為多個區域。
2.根據權利要求1所述的一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置，其中陣列組區域劃分的數量為2個或2個以上，優選劃分為后區(V1)、前區(V2)、左區(V3)、右區(V4)、左后區 (V5)、左前區(V6)、右前區(V7)、右后區(V8)、中心區(V9)等9個區域。
3.根據權利要求1所述的一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置，其中陣列組的每個區域分別安裝了 1個或1個以上石英輻射加熱管，每個石英輻射加熱管配裝一個反光板。
4.根據權利要求1或3所述的一種選擇性激光燒結用多區加熱裝置，其中反光板為弧形反光板。
全文摘要
本發明提供了一種選擇性激光燒結用(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)多區加熱裝置，該多區加熱裝置按陣列組合方式在一個加熱元件安裝架上安裝一組石英輻射加熱管及一組弧形反光板，整個陣列組劃分為多個區域。本發明用于SLS系統加熱，使工作臺各區域溫度均能得到有效調整與控制，燒結材料受熱均勻，保證了優異的SLS成型質量。
文檔編號B22F3/105GK102335741SQ20101023938
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者許小曙 申請人:湖南美納科技有限公司