一种用于激光3D增材制造的加热装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一种用于激光3D增材制造的加热装置，在激光3D增材制造膜层过程中对基体材料进行加热，具备：支撑架、和安装于所述支撑架以调节所述基体材料与激光系统间的距离的调节装置；所述支撑架内设有：与所述基体材料直接接触的导热板；置于所述导热板下方、且内置有用于发热的加热丝的耐火材料板；以及置于所述耐火材料板下方的隔热层。根据本发明专利技术，可实现增材与基体材料之间的无缺陷紧密结合，改善系统的安全性，并有利于样品的激光成型。

A heating device for laser 3D addition manufacturing

The invention relates to a heating device for laser 3D augmentation manufacturing, in which the substrate material is heated in the process of laser 3D augmentation manufacturing film, and has a support frame and an adjusting device installed on the support frame to adjust the distance between the substrate material and the laser system; the support frame is provided with the support frame and the substrate material. A heat conducting plate in direct contact; a refractory plate under the heat conducting plate with a heating wire built in; and a heat insulating layer under the refractory plate. According to the invention, the flawless close combination between the additive and the base material can be realized, the safety of the system can be improved, and the laser forming of the sample can be facilitated.

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光3D增材制造的加热装置
本专利技术涉及3D打印领域，具体涉及激光3D增材制造
，尤其涉及一种用于激光3D增材制造的加热装置。
技术介绍
传统的数控制造技术是通过各种机械加工的方法（如切割、磨抛、刨削、腐蚀、焊接等）去除原材料的多余部分，获得所需要的形状、尺寸和结构，从而最终制备出零部件产品。然而，增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗称3D打印技术，是一种与传统材料加工方法截然相反的增材制造技术，以三维数字模型设计为基础，经过软件分层离散和数控成型系统，将陶瓷粉末、树脂、金属粉末等材料进行分层加工、堆积粘结，最后叠加成型，制造出三维实体。3D打印技术相对于传统制造方法来说更加节省原材料，进行复杂结构的快速制造，缩短研发周期，更加适合个性化产品的生产，目前已经广泛应用于生物医学、组织工程、汽车部件、航空航天、微纳器件等领域。激光增材制造是较为常用的3D打印技术之一，在激光3D增材制造过程中，激光对粉体进行加热，使粉体熔融或者烧结成为三维实体，或者应用激光增材制造技术在基体材料上形成致密膜层。在此过程中激光对粉体的加热温度非常之高，通常要到达粉体的熔点附近，低的上百摄氏度，高的达到上千摄氏度。而通常条件下基体材料的温度为室温20℃左右。根据公式（1）：……（1）。其中，σc为热应力，αc与αs分别为增材与基材的热膨胀系数，Ec和Es分别为增材与基材的弹性模量，tc与ts分别为增材与基材的厚度，ΔT为增材与基材之间的温差，从公式（1）为可以看出当增材与基体材料之间的温度差ΔT较大时，热应力σc就较大，所产生的后果就是导致样品表面开裂。例如专利文献1中公开的增材制造装置就可能出现上述问题。现有技术文献：专利文献：专利文献1：中国专利公开CN105939835A。
技术实现思路
专利技术要解决的问题：针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于激光3D增材制造的加热装置，其通过对基体材料进行加热来减少基体材料与增材之间的温度差，实现增材与基体材料之间的无缺陷紧密结合。解决问题的手段：为了解决上述技术问题，本专利技术的一种用于激光3D增材制造的加热装置，在激光3D增材制造膜层过程中对基体材料进行加热，具备：支撑架、和安装于所述支撑架以调节所述基体材料与激光系统间的距离的调节装置；所述支撑架内设有：与所述基体材料直接接触的导热板；置于所述导热板下方、且内置有用于发热的加热丝的耐火材料板；以及置于所述耐火材料板下方的隔热层。根据本专利技术，通过增设加热装置，对基体材料进行能长效稳定且大幅度的加热来减少基体材料与增材之间的温度差，从而实现增材与基体材料之间的无缺陷紧密结合。通过设置耐火材料板和隔热层可改善系统的安全性。整个装置升降可调节，激光焦点可变大变小，有利于样品的激光成型。又，在本专利技术中，也可以是，所述调节装置为升降螺母，安装于所述支撑架的四边。又，在本专利技术中，也可以是，所述支撑架由不锈钢材料、铝合金材料、纯金属材料中的一种或几种材料结合制成。又，在本专利技术中，也可以是，所述导热板由微晶玻璃材料或者超低膨胀石英玻璃材料等热膨胀系数较小的材料制成。又，在本专利技术中，也可以是，所述加热丝由镍铬合金电加热丝制成。又，在本专利技术中，也可以是，所述耐火材料板由莫来石材料或者氧化铝材料中的一种或几种材料结合制成。又，在本专利技术中，也可以是，所述隔热层由岩棉板材料或者玻璃棉板中的一种或几种材料结合制成。又，在本专利技术中，也可以是，所述升降螺母由不锈钢材料、铝合金材料、纯金属材料中的一种或几种材料结合制成。又，在本专利技术中，也可以是，所述加热装置的加热温度能控制为室温至300℃±5℃的范围内的任一温度，升温速率为15℃/min以下，加热时间为四小时以上。加热装置的温度控制由外接PLC程序控制，程序可自由设置。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本专利技术的上述内容及其它目的、特征和优点。附图说明图1是根据本专利技术一实施形态的用于激光3D增材制造的加热装置的立体图；图2是图1所示的激光3D增材制造的加热装置的结构示意图；图3是图1所示的激光3D增材制造的加热装置的耐火材料板的结构示意图；图4是图1所示的激光3D增材制造的加热装置的加热丝的结构示意图；图5是使用了本专利技术的加热装置的激光3D增材制造设备的整体结构示意图；符号说明：1导热板；2加热丝；3耐火材料板；4隔热层；5支撑架；6升降螺母；7激光系统；8工作平台；9底座；D加热装置。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在各图中相同或相应的附图标记表示同一部件，并省略重复说明。本专利技术的用于激光3D增材制造的加热装置D，通过对基体材料进行加热来减少基体材料与增材之间的温度差，实现增材与基体材料之间的无缺陷紧密结合。图1是根据本专利技术一实施形态的用于激光3D增材制造的加热装置D的立体图，图2是图1所示的激光3D增材制造的加热装置D的结构示意图，图3是图1所示的激光3D增材制造的加热装置D的耐火材料板3的结构示意图，图4是图1所示的激光3D增材制造的加热装置D的加热丝2的结构示意图。具体地，如图1至图5所示，本专利技术一实施形态的用于激光3D增材制造的加热装置D，在激光3D增材制造膜层过程中对基体材料进行加热，具备：支撑架5、和安装于支撑架5的四边并调节基体材料与激光系统7间的距离的调节装置升降螺母6。支撑架5内依次设有：与基体材料直接接触的导热板1；置于导热板1下方、且内置有用于发热的加热丝2的耐火材料板3；以及置于耐火材料板3下方的隔热层4。本实施形态中，激光3D增材制造的加热装置D通常放置于激光3D增材制造设备的工作平台8之上。并通过旋转位于四角的升降螺母6来进行调节激光3D增材制造的加热装置D的高度，从而调节激光3D增材制造设备的激光系统7到基体材料的距离，以使其刚好在焦距上。加热装置D与其他装置相独立，不需要时可以将其放到其他位置。因此，根据本专利技术的加热装置D取用灵活，安装方便，适应性好，实用度较高。其中，本实施形态中，支撑架5可由不锈钢材料、铝合金材料、纯金属材料中的一种或几种材料结合制成。导热板1设于支撑架5的表面，可由微晶玻璃材料或者ULE（Ultra-LowThermalExpansionQuartzGlass；超低膨胀石英玻璃）材料等热膨胀系数较小的材料制成。加热丝2可由镍铬合金电加热丝制成。耐火材料板3可由莫来石材料或者氧化铝材料中的一种或几种材料结合制成。隔热层4设于支撑架5的底层，可由岩棉板材料或者玻璃棉板中的一种或几种材料结合制成。升降螺母6可由不锈钢材料、铝合金材料、纯金属材料中的一种或几种材料结合制成。但材质不限于此，只要形成后的构件能起到类似功能即可。另，加热装置D的加热温度能控制为室温至300℃±5℃的范围内的任一温度，升温速率为15℃/min以下，加热时间为四小时以上。但不限于，可根据具体需求来改变。例如更换加热丝或改变加热丝的配置形式等。根据本专利技术，通过增设加热装置D，对基体材料进行能长效稳定且大幅度的加热来减少基体材料与增材之间的温度差，从而实现增材与基体材料之间的无缺陷紧密结合。通过设置耐火材料板3和隔热层4可改善系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光3D增材制造的加热装置，在激光3D增材制造膜层过程中对基体材料进行加热，具备：支撑架、和安装于所述支撑架以调节基体材料与激光系统间的距离的调节装置；所述支撑架内设有：与所述基体材料直接接触的导热板；置于所述导热板下方、且内置有用于发热的加热丝的耐火材料板；以及置于所述耐火材料板下方的隔热层。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光3D增材制造的加热装置，在激光3D增材制造膜层过程中对基体材料进行加热，具备：支撑架、和安装于所述支撑架以调节基体材料与激光系统间的距离的调节装置；所述支撑架内设有：与所述基体材料直接接触的导热板；置于所述导热板下方、且内置有用于发热的加热丝的耐火材料板；以及置于所述耐火材料板下方的隔热层。2.根据权利要求1所述的用于激光3D增材制造的加热装置，其特征在于，所述调节装置为升降螺母，安装于所述支撑架的四边。3.根据权利要求1所述的用于激光3D增材制造的加热装置，其特征在于，所述支撑架由不锈钢材料、铝合金材料、纯金属材料中的一种或几种材料结合制成。4.根据权利要求1所述的用于激光3D增材制造的加热装置，其特征在于，所述导热板由热膨胀系数较小的材料制成，优选为微晶玻璃材料或者超低膨胀石英玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，黄政仁，管晶，孙安乐，杨勇，蒋金弟，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31