激光选区融化设备的光路系统的冷却装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光选区融化设备的光路系统的冷却装置及方法，该冷却装置包括光路系统

【技术实现步骤摘要】
激光选区融化设备的光路系统的冷却装置及方法


[0001]本专利技术涉及激光选区融化设备的冷却装置
，尤其涉及一种激光选区融化设备的光路系统的冷却装置及方法
。

技术介绍

[0002]激光选区熔化技术
(Selective laser melting
，
SLM)
是现代金属增材制造技术的典型代表，也是未来增材加工制造发展的主要方向之一
。
激光选区熔化技术由于其成型精度优良
、
成型零件致密度高
、
可直接成型复杂形状
、
可成型材料广泛等已被广泛应用于航空航天
、
科研教育
、
医疗
、
工业模具
、
汽车等领域
。
该技术主要通过激光束被聚焦到成型平面上并由扫描振镜控制以一定速率和路径进行运动，将扫描区域的金属粉末快速熔化并凝固而形成实体，通过逐层累积的方式最终实现复杂三维结构的加工
。
[0003]通常，激光选区熔化设备主要由几大核心部分组成：光路系统
、
铺粉成型系统
、
气体循环净化系统
、
计算机控制系统以及其他辅助器件等组成
。
其中，光路系统作为激光选区熔化设备最核心的组成部分，光路系统主要由激光器
、
扩束镜
、
扫描振镜
、
透镜等组成
。
在激光选区熔化成型过程中，光学系统通过激光器发出激光束并经过柔性光纤传输后，通过扩束镜以扩展激光束直径，以减少作用于扫描振镜的激光能量密度，最后通过透镜消除枕形畸变以得到光束质量高
、
聚焦光斑精确的激光束
。
该激光束被聚焦于成型表面，并在振镜运动控制卡与计算机控制系统的协同控制下，以设定速度与预定路径进行加热熔化金属粉末并快速凝固形成实体
。
[0004]其中，光路系统是激光选区熔化设备最重要的部件，价格昂贵，其工作性能决定了激光选区熔化成型效果的好坏，因此光路系统的工作可靠性显得尤为重要
。
但是，激光选区熔化设备的光路系统在进行激光打印工作时，由于相关光路部件在工作时发射激光光束或者是中转处理激光光束，这些相关的光路部件在工作时容易产生热量，因此会导致光路系统内部集聚较多热量而导致温度升高
。
而光路系统的温度若长期处于高温状态，光路系统内的器件极易老化受损甚至失效，因此如何做好激光选区熔化设备的光路系统的有效冷却以保证其工作可靠性成为了一个亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种激光选区融化设备的光路系统的冷却装置及方法，能够对激光选区熔化设备的光路系统进行有效冷却以保证其工作可靠性
。
[0006]本专利技术提供一种激光选区融化设备的光路系统的冷却装置，其包括：光路系统
、
冷却组件
、
液温传感器
、
温度传感器组及控制器；所述冷却组件包括导热板及冷却液循环散热系统；所述导热板，其设于所述光路系统的下方并贴紧所述光路系统，其为中空结构且其内部具有至少两个隔开的流动区域；至少两个所述流动区域一一对应分布于所述光路系统的至少两类不同冷却要求的光路部分的下方；所述导热板设有与至少两个所述流动区域一一对应连通的至少两个入液口和至
少两个出液口；至少两个所述入液口与所述冷却液循环散热系统的进液端连通，且均设有电动阀门；至少两个所述出液口与所述冷却液循环散热系统的回液端连通；所述液温传感器用于检测所述冷却液循环散热系统的进液端的入液温度，所述温度传感器组用于检测至少两类所述光路部分的温度分布信息；所述控制器，与所述液温传感器
、
所述温度传感器组
、
各所述电动阀门和所述冷却液循环散热系统连接，并用于：获取目标参数，所述目标参数包括：所述光路系统当前的发热功率
、
所述入液温度
、
不同所述光路部分的目标冷却温度
、
冷却液的比热容；根据所述目标参数，确定所述冷却液循环散热系统当前的循环流量；根据不同所述光路部分的目标冷却温度和所述温度传感器组当前采集到的所述温度分布信息，确定每个所述电动阀门的开闭频率和每次打开时长；所有所述电动阀门不同时关闭，且所有所述电动阀门每个时刻的通液量之和等于所述循环流量
。
[0007]作为上述方案的改进，所述导热板包括为中空结构的导热板体及散热层；所述散热层分布于所述导热板的远离所述光路系统的一侧的外表面上
。
[0008]作为上述方案的改进，所述散热层的靠近所述导热板的一侧面与所述导热板贴紧，所述散热层的远离所述导热板的一侧面为起伏面结构
。
[0009]作为上述方案的改进，所述光路系统的待冷却部位的底部与所述导热板的顶面之间通过填充的导热介质导热连接
。
[0010]作为上述方案的改进，所述冷却组件还包括隔热板；所述隔热板设于所述导热板的底部并位于激光选区融化设备的成型腔体的正上方
。
[0011]作为上述方案的改进，所述冷却液循环散热系统包括水泵
、
冷却液循环管路
、
半导体制冷器
、
热交换器及散热器；所述冷却液循环管路的进液端与至少两个所述入液口连通，所述冷却液循环管路的回液端与至少两个所述出液口连通；所述冷却液循环管路的换热端与所述热交换器的入口连通，所述冷却液循环管路的冷却液供给端与所述热交换器的出口连通；所述水泵设于所述冷却液循环管路中，所述控制器与所述水泵连接，所述控制器还用于：根据所述循环流量控制所述水泵的工作；所述热交换器与所述半导体制冷器的制冷端接触，所述半导体制冷器的散热端接触有所述散热器；所述控制器，与所述半导体制冷器连接，还用于：根据所述液温传感器检测到的所述入液温度，控制所述半导体制冷器进行制冷工作，以使得所述冷却液循环散热系统的进液端的入液温度达到预设冷却温度
。
[0012]作为上述方案的改进，所述控制器用于执行所述根据不同所述光路部分的目标冷却温度和所述温度传感器组当前采集到的所述温度分布信息，确定每个所述电动阀门的开闭频率和每次打开时长时，具体用于：对所述温度传感器组当前采集到的所述温度分布信息进行温度数据划分，得到与至少两类所述光路部分一一对应的至少两组温度数据；选择每组所述温度数据中的最大值；
计算每组所述温度数据中的最大值与对应的所述光路部分的目标冷却温度的差值，得到对应的所述光路部分的温度差值；计算各所述光路部分的温度差值之间的比值，得到各所述光路部分之间的温差比值；根据各所述光路部分之间的温差比值，确定每个所述电动阀门的开闭频率和每次打开时长
。
[0013]作为上述方案的改进，所述光路系统当前的发热功率是根据所述光路系统当前的工作功率来确定的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种激光选区融化设备的光路系统的冷却装置，包括光路系统
、
冷却组件
、
液温传感器及控制器，其特征在于，还包括温度传感器组；所述冷却组件包括导热板及冷却液循环散热系统；所述导热板，其设于所述光路系统的下方并贴紧所述光路系统，其为中空结构且其内部具有至少两个隔开的流动区域；至少两个所述流动区域一一对应分布于所述光路系统的至少两类不同冷却要求的光路部分的下方；所述导热板设有与至少两个所述流动区域一一对应连通的至少两个入液口和至少两个出液口；至少两个所述入液口与所述冷却液循环散热系统的进液端连通，且均设有电动阀门；至少两个所述出液口与所述冷却液循环散热系统的回液端连通；所述液温传感器用于检测所述冷却液循环散热系统的进液端的入液温度，所述温度传感器组用于检测至少两类所述光路部分的温度分布信息；所述控制器，与所述液温传感器
、
所述温度传感器组
、
各所述电动阀门和所述冷却液循环散热系统连接，并用于：获取目标参数，所述目标参数包括：所述光路系统当前的发热功率
、
所述入液温度
、
不同所述光路部分的目标冷却温度
、
冷却液的比热容；根据所述目标参数，确定所述冷却液循环散热系统当前的循环流量；根据不同所述光路部分的目标冷却温度和所述温度传感器组当前采集到的所述温度分布信息，确定每个所述电动阀门的开闭频率和每次打开时长；所有所述电动阀门不同时关闭，且所有所述电动阀门每个时刻的通液量之和等于所述循环流量
。2.
根据权利要求1所述的激光选区融化设备的光路系统的冷却装置，其特征在于，所述导热板包括为中空结构的导热板体及散热层；所述散热层分布于所述导热板的远离所述光路系统的一侧的外表面上
。3.
根据权利要求2所述的激光选区融化设备的光路系统的冷却装置，其特征在于，所述散热层的靠近所述导热板的一侧面与所述导热板贴紧，所述散热层的远离所述导热板的一侧面为起伏面结构
。4.
根据权利要求1所述的激光选区融化设备的光路系统的冷却装置，其特征在于，所述光路系统的待冷却部位的底部与所述导热板的顶面之间通过填充的导热介质导热连接
。5.
根据权利要求1所述的激光选区融化设备的光路系统的冷却装置，其特征在于，所述冷却组件还包括隔热板；所述隔热板设于所述导热板的底部并位于激光选区融化设备的成型腔体的正上方
。6.
根据权利要求1所述的激光选区融化设备的光路系统的冷却装置，其特征在于，所述冷却液循环散热系统包括水泵
、
冷却液循环管路
、
半导体制冷器
、
热交换器及散热器；所述冷却液循环管路的进液端与至少两个所述入液口连通，所述冷却液循环管路的回液端与至少两个所述出液口连通；所述冷却液循环管路的换热端与所述热交换器的入口连通，所述冷却液循环管路的冷却液供给端与所述热交换器的出口连通；所述水泵设于所述冷却液循环管路中，所述控制器与所述水泵连接，所述控制器还用于：根据所述循环流量控制所述水泵的工作；所述热交换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹亚桐，张树哲，张小波，吕忠利，
申请(专利权)人：山东创瑞激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：