一种增材制造用基板的温度控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于增材制造相关技术领域，其公开了一种增材制造用基板的温度控制装置及控制方法，装置包括温控板、温度检测系统以及温度控制系统，其中：温控板设于基板下方，包括多个分区，每一分区内均设置有中空的金属螺旋线圈；温度监测系统包括红外热像仪、热电偶和多路测温仪。温度控制系统包括控制柜、水冷机、交流电源以及分区通道阀，控制柜基于热传递规律和温度监测结果，对基板分区进行电磁加热升温或冷却水水冷降温。本申请可以实现增材制造用基板不同区域的及时准确的温度调控，从而调控基板的温度分布，进而控制基板的应力和变形，防止在增材制造过程中基板发生开裂和大变形。防止在增材制造过程中基板发生开裂和大变形。防止在增材制造过程中基板发生开裂和大变形。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用基板的温度控制装置及控制方法


[0001]本专利技术属于增材制造相关
，更具体地，涉及一种增材制造用基板的温度控制装置及控制方法。

技术介绍

[0002]金属增材制造技术一般运用高能束(激光、电子束或电弧)进行局部金属丝材/粉材熔化沉积。一方面，金属零件经历周期性急冷急热、熔化、凝固和固体相变，材料空间和时间上的不均匀膨胀和收缩导致成形件和基板复杂的热应力和变形，可能致使成形件和基板开裂或大变形。另一方面，金属增材制造过程中，因为基板的温度直接影响成形件的熔池的铺展和凝固，所以需要进行层间温度控制，传统层间控温为自然冷却，等待时间过长，将降低增材制造效率。
[0003]为了抑制成形件和基板的残余应力峰值和变形，除了要辅以先进的实时温度检测技术，优化增材熔积路径，还需为增材制造技术开发基板及成形件温度控制的辅助手段，抑制基板及成形件残余应力和变形。为了实现高效准确的基板温度调控，需要对基板和成形件进行高效准确的主动温度调控。传统的基板温度调控方法均为单一的预热和冷却，不能灵活调控基板温度，或采用传统的电阻加热进行基板预热，具有热损失大、环境温度恶劣、使用寿命短等缺点，或未考虑热传递的时效性，不能准确调控基板温度。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种增材制造用基板的温度控制装置及控制方法，可以实现增材制造不同区域的及时准确的温度调控，从而调控基板的温度分布，进而控制基板的应力和变形，防止在增材制造过程中基板发生开裂和大变形。
>[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种增材制造用基板的温度控制装置，所述装置包括温控板、温度检测系统以及温度控制系统，其中：所述温控板设于基板下方，包括多个分区，每一分区内均设置有中空的金属螺旋线圈；
[0006]所述温度控制系统包括控制柜、水冷机、交流电源以及分区通道阀，所述水冷机用于向中空的所述金属螺旋线圈内部输入冷却水以实现冷却降温，所述交流电源用于向所述金属螺旋线圈输入交流电以实现对基板的电磁加热，所述控制柜通过分区通道阀控制水冷机和交流电源向每一分区的输入及输出量；
[0007]温度检测系统，包括红外热像仪、热电偶和多路测温仪，所述红外热像仪用于监测在增材过程中成形件的温度，所述多路测温仪通过设于所述基板和温控板之间的热电偶监测所述基板和温控板的温度，所述温度控制系统根据所述红外热像仪和多路测温仪监测的温度实现对水冷机和交流电源的控制。。
[0008]可选地，所述温度控制系统还包括热传递模型和温度调控时效性模型，其中，所述热传递模型用于表征不同传递距离下的温度变化曲线，所述温度调控时效性模型用于表征所述温控板的加热效率和冷却效率，所述温度控制系统根据所述热传递模型和温度调控时
效性模型对所述基板进行提前进行温度补偿。
[0009]可选地，每一所述分区包括耐高温绝缘高导热性材料制备的外壳，所述金属螺旋线圈设于所述外壳内部。
[0010]可选地，所述金属螺旋线圈整体成矩形或圆形绕圈形式。
[0011]可选地，所述金属螺旋管的材料为铜，所述交流电为低频交流电。
[0012]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种增材制造用基板的温度控制装置的控制方法，所述方法包括：S1：通过连续移动热源获得不同传递距离下的温度变化曲线，进而建立目标零件的热传递模型；S2：根据温控板对基板的加热速度和冷却速度获取温控板的温度调控时效性模型；S3：增材制造过程中，温度检测系统通过热电偶获取基板和温控板的温度，通过红外热像仪获得增材制造成形件表面的温度，温度控制系统基于所述热传递模型和温度调控时效性模型对对应分区进行加热或冷却。
[0013]优选地，所述步骤S3中基于所述热传递模型和温度调控时效性模型对对应分区进行加热或冷却具体为：所述控制柜通过控制分区通道阀的控制所述水冷机的水流量或所述交流电的电流大小实现对对应分区不同程度的加热或冷却。
[0014]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的增材制造用基板的温度控制装置及控制方法具有如下有益效果：
[0015]1.相比与传统的单一加热和冷却方法，本申请将冷却和加热功能集中于中空螺旋线圈，可以根据不同的需求实现加热或冷却，同时从采用电磁加热相比于传统的电阻加热，电磁加热更加快速，效率更高，从而调控基板的温度分布，进而控制基板的应力和变形，防止在增材制造过程中基板发生开裂和大变形。
[0016]2.本申请在进行制造前已获得热传递模型和温度调控时效性模型，可以根据打印进程进行提取预热或预冷，进而实现打印区域的及时冷却或加热，相比于传统的直接加热及冷却装置，本申请中通过考虑热传递规律和温度板调控时效性可以在基板分区温度调控中实现预温度补偿，温度控制更加及时精准。
[0017]3.相比于传统的整体加热及冷却装置，本专利技术中通过内部分区布置螺旋铜线圈可以实现分区温度控制，更加灵活高效。
附图说明
[0018]图1本申请实施例的增材制造用基板的温度控制装置的工作框架图；
[0019]图2本申请实施例的增材制造用基板的温度控制装置的连接关系示意图；
[0020]图3本申请实施例的温控板的示意图；
[0021]图4本申请实施例的温控板的工作示意图。
[0022]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0023]1‑
基板；2
‑
热电偶；3
‑
温控板；4
‑
隔热层；5
‑
分区通道阀；6
‑
工作台；7
‑
红外热像仪；8
‑
多路测温仪；9
‑
控制柜；l0
‑
冷水机；11
‑
交流电。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并
不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]请参阅图1及图2，本专利技术提供了一种增材制造用基板的温度控制装置，所述装置包括温控板、温度检测系统以及温度控制系统。
[0026]温控板设于基板的下方，包括多个分区(如图3所示)，各个分区紧密相邻且相互独立，每一分区内均设置有中空的金属螺旋线圈，优选为铜制的金属螺旋线圈。金属螺旋线圈的整体呈矩形或圆形螺旋。金属螺旋线圈绕制的密度和直径等可以根据实际需要进行设置。每一分区的外壳均由耐高温绝缘高导热性的材料制备而成，所述金属螺旋线圈设于所述外壳内部。
[0027]分区的划分可以由增材零件目标大小及路径规划划分得到，每一个温控分区内都有一个温度调控线圈，线圈大小和形状根据温控分区大小及形状进行调整。温控板厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用基板的温度控制装置，其特征在于，所述装置包括温控板、温度检测系统以及温度控制系统，其中：所述温控板设于基板下方，包括多个分区，每一分区内均设置有中空的金属螺旋线圈；所述温度控制系统包括控制柜、水冷机、交流电源以及分区通道阀，所述水冷机用于向中空的所述金属螺旋线圈内部输入冷却水以实现冷却降温，所述交流电源用于向所述金属螺旋线圈输入交流电以实现对基板的电磁加热，所述控制柜通过分区通道阀控制水冷机和交流电源向每一分区的输入及输出量；温度检测系统，包括红外热像仪、热电偶和多路测温仪，所述红外热像仪用于监测在增材过程中成形件的温度，所述多路测温仪通过设于所述基板和温控板之间的热电偶监测所述基板和温控板的温度，所述温度控制系统根据所述红外热像仪和多路测温仪监测的温度实现对水冷机和交流电源的控制。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度控制系统还包括热传递模型和温度调控时效性模型，其中，所述热传递模型用于表征不同传递距离下的温度变化曲线，所述温度调控时效性模型用于表征所述温控板的加热效率和冷却效率，所述温度控制系统根据所述热传递模型和温度调控时效性模型对所述基板进行提前进行温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旭山，张海鸥，符友恒，王凯，李润声，张开诚，陈曦，张全文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：