【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高能束增材制造
,具体涉及一种立体式、分区式梯度温度场主动调控系统及其控制方法。本专利技术特别适用于高能束增材制造及其热处理,也适用于其他需要有温度梯度调控的加工型设备中。
技术介绍
相对于传统的去除-切削加工方法,增材制造技术是一种基于“离散-堆砌”原理“自下而上,逐层增加”由零件三维数据驱动直接制造所需零件的方法。在此基础上,金属增材制造技术是以高能束流(激光束、电子束、等离子或离子束)为热源,加热材料使之结合(烧结或熔化),直接制造零件的方法。在加工过程中由于经受多次快速重熔和高温热循环的影响,温度场、构件的尺寸精度处于不断变化。受零件形状、尺寸变化的影响,逐层制造的零件中往往容易因局部温度不均匀产生热应力从而导致零件的变形、收缩和翘曲,当构件的尺寸越大、形状越复杂时这一现象更加突出。为了改善形局部热输入造成的不均匀温度场而产生的残余应力,最常用的办法是对加工好的成形件进行后续热处理,其中经历的冷却-再升温过程将会造成时间、保护气体、热能等资源上不同的浪费,而这将直接增加研发周期以及研发成本。此外,冷却过程中可能出现应力释放导致加工好的构件出现变形、翘曲甚至开裂等情况,加大生产出次品、废品的风险。最重要的是,变形、翘曲甚至开裂等情况往往在加工过程中便已经出现,此种方法由于缺少对成形过程中的内应力控制,并不能从根本上解决问题。针对这一情况提出在加工前及加工过程中对成形区域进行预热处理,在材料的熔化-凝固过程中起到预热缓冷的作用,通过对温度场的调节减小甚至消除加工过程中的内应力。当前文献中的处 ...
【技术保护点】
一种用于高能束增材制造的温度场主动调控系统,其特征在于,该系统由温度场监控系统、加热系统和控制系统;所述温度场监控系统用于测量成形区域XOY平面及四周的温度场信息,将获得的温度场信息进行量化处理后反馈给控制系统,所述加热系统根据控制系统的指令对成型缸的底部和四周进行温度场的分区独立实时调节,以实现在加工过程中整个加工区域的温度场恒定,保证已加工区域与未加工区域处于一个合理的温度梯度,避免热应力导致构件翘曲、变形、开裂。
【技术特征摘要】
1.一种用于高能束增材制造的温度场主动调控系统,其特征在于,该
系统由温度场监控系统、加热系统和控制系统;所述温度场监控系统用于
测量成形区域XOY平面及四周的温度场信息,将获得的温度场信息进行量
化处理后反馈给控制系统,所述加热系统根据控制系统的指令对成型缸的
底部和四周进行温度场的分区独立实时调节,以实现在加工过程中整个加
工区域的温度场恒定,保证已加工区域与未加工区域处于一个合理的温度
梯度,避免热应力导致构件翘曲、变形、开裂。
2.根据权利要求1所述的用于高能束增材制造的温度场主动调控系统,
其特征在于,所述温度场监控系统包括红外相机和测温热电偶,所述加热
系统包括侧面加热系统、底面加热系统和冷却系统;
所述红外相机位于腔体内顶部,观测角度对准成型缸上表面,用于对
整个成形区域进行实时监控获取整个成形区域XOZ平面的温度场云图,并
提供给控制系统;所述测温热电偶均匀分布在成型缸的四周,用于对整个
成形区域进行实时监控获取加工整个成形区域XOZ及YOZ平面的温度点
阵分布图;
所述底面加热系统固定在升降活塞和基板之间,并保证底面加热系统
上表面水平,侧面加热系统分布在成型缸四周,侧面温度控制系统用于作
为主要的热源进行温度场的控制调节;
所述冷却系统由包裹在侧面加热系统外侧包裹的冷却层构成,其作用
在于加工完成后对成型缸的冷却及避免加工过程中腔体内部过热;
所述控制系统分别侧面加热系统和底面加热系统控制信号连接,控制系
统用于分别或同时控制温度场监控与反馈,底面加热系统的开启、关闭、
\t功率调节,以及底面加热系统的开启、关闭、功率调节。
3.根据权利要求2所述的用于高能束增材制造的温度场主动调控系
统,其特征在于,所述侧面加热系统由分布于成形缸的四周的四个侧面加
热子统构成;
单个侧面加热子系统由阵列分布的c×d个独立的侧面加热子模块构成;
每个侧面加热子模块与一个所述测温热电偶唯一对应。
4.根据权利要求2所述的用于高能束增材制造的温度场主动调控系统,
其特征在于,所述底面加热系统是由阵列分布的a×b个独立的底面加热子
模块构成,这些独立的加热子模块均在同一个水平面上整齐排列,并由控
制系统利用红外摄像机获得的温度场云图进行独立判断开启或者停止加
热。
5.根据权利要求3或4所述的用于高能束增材制造的温度场主动调控
系统,其特征在于,所述侧面加热子模块与底面加热子模块结构相同,均
由两层陶瓷板及夹在中间的加热功率可连续调节的加热元件构成。
6.根据权利要求2、3或4所述的用于高能束增材制造的温度场主动
调控系统,其特征在于,所述冷却层由石棉布及外侧的冷却管构成;工作
时由水冷机产生的冷却水自冷却水入口进入冷却管并自下而上逆时针作用
最后自冷却水出口排出腔体并回到冷水机强制制冷,如此循环达到冷却作
用。
7.根据权利要求2、3或4所述的用于高能束增材制造的温度场主动
调控系统,其特征在于,它...
【专利技术属性】
技术研发人员:王泽敏,李方志,曾晓雁,
申请(专利权)人:华中科技大学,
类型:发明
国别省市:湖北;42
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