一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统及方法技术方案

一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统及方法，系统包括激光选区熔化成形室内的粉床，粉床上方设有金属电磁感应线圈，金属电磁感应线圈和中频或高频加热电源连接，中频或高频加热电源通过控制线路和中央控制器连接，金属电磁感应线圈固定于非金属耐高温支架上，非金属耐高温支架连接在三维移动支架上，三维移动支架固定在激光选区熔化成形室内，金属电磁感应线圈的上方设有红外测温仪，粉床设有与其配合的移动铺粉装置，三维移动支架、红外测温仪、移动铺粉装置均通过控制线路连接在中央控制器上，方法可以实现对粉床表面的在线加热从而降低成形区域温度梯度，当加热温度足够高时可以在SLM成形过程中对制作件实现在线退火。

Electromagnetic induction laser selective melting powder bed on-line heating system and method

An electromagnetic induction of selective laser melting powder bed heating system and method, system including powder bed selective laser melting chamber, metal electromagnetic induction coil is provided with a metal powder bed, electromagnetic induction coil and middle or high frequency heating power supply connection, intermediate or high frequency heating through the control circuit and the central controller is connected with the electromagnetic induction coil, metal fixed in the non high temperature resistant metal bracket, non high temperature resistant metal bracket is connected to the three-dimensional moving bracket, three-dimensional moving bracket is fixed on the selective laser melting chamber, the infrared thermometer is arranged above the metal electromagnetic induction coil, a moving bed powder matched with the powder spreading device, three-dimensional moving bracket, infrared thermometer, mobile shop fly through the control circuit devices are connected to the central controller. The method can realize on-line heating of the powder bed surface Thus, the temperature gradient of the forming region is reduced, and when the heating temperature is high enough, the component can be annealed online in the SLM forming process.

【技术实现步骤摘要】
一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统及方法
本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统及方法。
技术介绍
由于激光选区熔化技术(SLM)在制备高性能高精度的复杂零件方面具有突出的优势，已经成为目前增材制造技术研究领域的热点之一。激光选区熔化技术核心特点是逐层加工，从而实现零件的自由成形，可以按照零件的使用需求，从而实现零件的控形控性制造。在激光选区熔化金属成形中，高能量激光束对金属粉末扫描的加工，会带来打印材料经历急剧升温熔化与骤冷凝固的过程，这种在固-液-固相变过程中温度的剧烈变化是引起残余应力增大，是导致零件打印翘曲、开裂、变形的主要原因之一。通过电磁线圈或电阻丝等对成形平台底部进行加热(一般＜400℃)或对金属粉末进行预热(温度较低)，可以在一定程度上缓解零件内部的内应力积累，抑制表面裂纹，减少成形缺陷，改善翘曲变形的问题。采用成形平台底部加热的方法可以较好地实现均匀温度场，从而减小整个成形区域温度梯度，但是存在着在成形高度方向温度受限的问题。随着成形零件高度的增加，加工平面与加热装置的距离变远，从而造成成形平面加热效果变差。采用金属粉末预热的方法虽然也可以在一定程度起到降低成形温度梯度，减小应力的作用，但其存在着加热温度受限及能量浪费的问题，也不能完全解决SLM成形中翘曲变形问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统及方法，可以实现对粉床表面的在线加热，从而降低成形区域温度梯度，当加热温度足够高时，可以在SLM成形过程中对制作件实现在线退火，同时降低了激光体能量密度需求，从而可以提高了工作效率。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，包括激光选区熔化成形室10内的粉床1，粉床1上方设有金属电磁感应线圈3，金属电磁感应线圈3和中频或高频加热电源6连接，中频或高频加热电源6通过控制线路和中央控制器8连接，金属电磁感应线圈3固定于非金属耐高温支架2上，非金属耐高温支架2连接在三维移动支架5上，三维移动支架5固定在激光选区熔化成形室10内，金属电磁感应线圈3的上方设有红外测温仪7，粉床1设有与其配合的移动铺粉装置9，三维移动支架5、红外测温仪7、移动铺粉装置9均通过控制线路连接在中央控制器8上。所述的金属电磁感应线圈3的线圈上安装有耐高温绝缘保护层4，耐高温绝缘保护层4是任何一种能够防护激光扫描及防止短路的材料、涂层或镀膜。所述的金属电磁感应线圈3是能满足从粉床1上方加热粉床1、被加工材料或被打印工件，让激光从线圈之间间隙穿过，进行扫描打印的任何一种形状或尺寸的金属线圈。所述的金属电磁感应线圈3的线圈截面为圆形或矩形。所述的金属电磁感应线圈3的外结构形状包括回字形电磁感应线圈11、S形电磁感应线圈12、涡旋形电磁感应线圈13、螺旋形电磁感应线圈14、圆形电磁感应线圈15和方形电磁感应线圈16。所述的三维移动支架5在激光选区熔化成形室10内，实现金属电磁感应线圈3在X、Y、Z三个方向的移动。所述的红外测温仪7是透过金属电磁感应线圈3之间间隙测量粉床1或被打印工件温度。所述的移动铺粉装置9采用能够满足在电磁感应交变磁场及高温环境下完成铺粉工作的材料或机构形式。基于上述一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统的加热方法，包括以下步骤：第一步：在激光选区熔化设备开机后，并完成加工准备工作，通过中央控制器8控制三维移动支架5悬停在粉床1上方高于移动铺粉装置9的位置，同时中央控制器8控制移动铺粉装置9完成一次铺粉工作；第二步：根据加工需求，用软件将粉床1按照金属电磁感应线圈3的形状和尺寸以及激光的扫描范围划分为两类区域，第一类区域为：当金属电磁感应线圈3与粉床1调整至相应加热位置，且能保证均匀加热时，激光穿过金属电磁感应线圈3线圈之间间隙进行扫描加工的区域，此种区域称为A区域；第二类区域为：在粉床1上除了A区域以外的所有待加工区域，此种区域称为B区域；第三步：通过中央控制器8控制三维移动支架5带动金属电磁感应线圈3进行下降及左右平移动作，使得金属电磁感应线圈3与粉床1保持相应的加热距离，且金属电磁感应线圈3与软件划分的粉床1的两个区域相对应，即：保证金属电磁感应线圈3所处的位置使得激光穿过其线圈之间间隙加工粉床1的A区域，使得粉床1的B区域被遮挡；第四步：通过中央控制器8开启中频或高频加热电源6，粉床1、被加工材料或被打印工件在交变磁场中生热，温度上升；通过红外测温仪7检测目标温度，并将检测数据反馈给中央控制器8，中央控制器8通过调节中频或高频加热电源6将粉床1、被加工材料或被打印工件加热至目标温度；第五步：通过中央控制器8开启设备激光，首先加工粉床1的A区域，待A区域被加工完后，中央控制器8控制三维移动支架5带动非金属耐高温支架2将金属电磁感应线圈3在粉床1在水平面内移动，使得激光能够穿过金属电磁感应线圈3线圈之间的间隙扫描到粉床1上的一部分B区域，该部分B区域转换为激光可以扫描加工的A区域，然后中央控制器8开启激光穿过金属电磁感应线圈3线圈之间间隙完成扫描加工，同理，通过中央控制器8在水平面内不断移动金属电磁感应线圈3，使得激光逐步将粉床1上所有待加工区域全部扫描完成；第六步：通过中央控制器8控制三维移动支架5带动非金属耐高温支架2将金属电磁感应线圈3上升一定高度，中央控制器8控制移动铺粉装置9在金属电磁感应线圈3下方完成一次铺粉工作；第七步：重复第四、五、六步，直至整个打印加工过程完成；第八步：待激光选区熔化成形室10及被打印工件温度降低至室温后，关闭保护装置及设备电源。至此整个加工过程结束。本专利技术的有益效果为：(1)采用金属电磁感应线圈3在成形平台上方在线加热粉床1，保证了SLM成形过程中粉床1的持续加热。(2)通过软件控制金属电磁感应线圈3在粉床1上方水平二维移动，使得激光束可以透过金属电磁感应线圈3之间的间隙逐次加工完粉床1上的代加工区域，使得激光加工与金属电磁感应线圈3在线加热粉床1的过程互不干涉。(3)当金属电磁感应线圈3对粉床1的加热温度达到一定温度时，可以实现SLM成形中对制作件的在线退火。(4)SLM成形过程中粉床1温度的提升有助于降低粉末熔化对激光束体能量密度的需求，从而可以提高激光扫描速度或扫描层厚或扫描间距等，从而提高了工作效率。(5)三维移动支架5通过带动非金属耐高温支架2，实现了金属电磁感应加热圈3的三维移动，确保使其可以完成对整个打印动作平台1的加热。(6)非金属耐高温支架2既可实现支撑连接作用，又可以将金属电磁感应线圈3固定在其上，从而完成金属电磁感应线圈3线圈间距的调整。(7)耐高温绝缘保护层4可以在一定程度上防止激光误扫描金属电磁感应线圈3，同时又可以起到绝缘保护作用。(8)根据实际需要，金属电磁感应线圈3的线圈截面可以根据需要选择圆形或矩形，其外结构形状可以是以下六种：回字形电磁感应线圈11、S形电磁感应线圈12、涡旋形电磁感应线圈13、螺旋形电磁感应线圈14、圆形电磁感应线圈15、矩形电磁感应线圈16。(9)采用电磁感应涡流生热的加热方式，不仅适用于常用的金属材料，同样适用于导电或导磁的非金属材料、高分子材料、复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，包括激光选区熔化成形室(10)内的粉床(1)，其特征在于：粉床(1)上方设有金属电磁感应线圈(3)，金属电磁感应线圈(3)和中频或高频加热电源(6)连接，中频或高频加热电源(6)通过控制线路和中央控制器(8)连接，金属电磁感应线圈(3)固定于非金属耐高温支架(2)上，非金属耐高温支架(2)连接在三维移动支架(5)上，三维移动支架(5)固定在激光选区熔化成形室(10)内，金属电磁感应线圈(3)的上方设有红外测温仪(7)，粉床(1)设有与其配合的移动铺粉装置(9)，三维移动支架(5)、红外测温仪(7)、移动铺粉装置(9)均通过控制线路连接在中央控制器(8)上。

【技术特征摘要】
1.一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，包括激光选区熔化成形室(10)内的粉床(1)，其特征在于：粉床(1)上方设有金属电磁感应线圈(3)，金属电磁感应线圈(3)和中频或高频加热电源(6)连接，中频或高频加热电源(6)通过控制线路和中央控制器(8)连接，金属电磁感应线圈(3)固定于非金属耐高温支架(2)上，非金属耐高温支架(2)连接在三维移动支架(5)上，三维移动支架(5)固定在激光选区熔化成形室(10)内，金属电磁感应线圈(3)的上方设有红外测温仪(7)，粉床(1)设有与其配合的移动铺粉装置(9)，三维移动支架(5)、红外测温仪(7)、移动铺粉装置(9)均通过控制线路连接在中央控制器(8)上。2.根据权利要求1所述的一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，其特征在于：所述的金属电磁感应线圈(3)的线圈上安装有耐高温绝缘保护层(4)，耐高温绝缘保护层(4)是任何一种能够防护激光扫描及防止短路的材料、涂层或镀膜。3.根据权利要求1所述的一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，其特征在于：所述的金属电磁感应线圈(3)是能满足从粉床(1)上方加热粉床(1)、被加工材料或被打印工件，让激光从线圈之间间隙穿过，进行扫描打印的任何一种形状或尺寸的金属线圈。4.根据权利要求1所述的一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，其特征在于：所述的金属电磁感应线圈(3)的线圈截面为圆形或矩形。5.根据权利要求1所述的一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，其特征在于：所述的金属电磁感应线圈(3)外结构形状包括回字形电磁感应线圈(11)、S形电磁感应线圈(12)、涡旋形电磁感应线圈(13)、螺旋形电磁感应线圈(14)、圆形电磁感应线圈(15)和方形电磁感应线圈(16)。6.根据权利要求1所述的一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，其特征在于：所述的三维移动支架(5)在激光选区熔化成形室(10)内实现金属电磁感应线圈(3)在X、Y、Z三个方向的移动。7.根据权利要求1所述的一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，其特征在于：所述的红外测温仪(7)是透过金属电磁感应线圈(3)之间间隙测量粉床(1)或被打印工件温度。8.根据权利要求1所述的一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统，其特征在于：所述的移动铺粉装置(9)采用能够满足在电磁感应交变磁场及高温环境下完成铺粉工作的材料或机构形式。9.根据权利要求1所述的一种电磁感应激光选区熔化粉床在线加热系统的加热方法，其特征在于，包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涤尘，杨东，曹毅，张博，
申请(专利权)人：西安交通大学，陕西恒通智能机器有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61