一种小尺寸嵌装型3D打印成型缸粉末预热保温装置及方法

本发明涉及增材制造，具体而言，尤其涉及一种小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置及方法。

背景技术：

1、增材制造，通常称为3d打印，经过几十年的发展，已经演变成一种综合计算机、数控和新材料的先进制造技术，在全球先进制造领域崭露头角。该技术通过逐层堆积离散材料(如粉末)，利用计算机设计结构，并借助激光迅速将设计的原型转化为实体。目前的3d打印技术主要在大型打印仓中进行，适合尺寸较大零件的打印。对于科研等需要小零件的应用而言，大型打印仓相对比嵌装型小仓打印显得费时、费力，效率较低。为解决这一问题，一些方法采用在大型成型缸中嵌装小型打印仓的方式。然而，这些嵌装的小型打印仓缺乏保温和预热装置。保温的缺失可能导致在打印过程中热量的大量流失，而预热装置的不完善导致不能实现对于粉末的均匀加热和预热，达不到预定的预热温度，增加粉末在成型缸的加热时间，降低打印效率，可能导致粉末在成型过程中未完全熔化，产生不均匀的温度场，从而引发残余应力，增加后续热处理工艺的复杂性。

2、传统的底层预热技术依赖于粉末和零件之间的热传导，导致仅能通过底部加热单向预热。随着成形高度增加，预热温度逐渐下降，导致加工层粉末预热不足，可能导致零件在加工和冷却阶段出现变形、翘曲和开裂。为改善由于不均匀温度场引起的残余应力，通常采用对成型件进行后续热处理的方法。然而，在冷却过程中，零件内部可能发生应力释放，导致构建出现变形、开裂等问题，增加了生产次品和废品的风险。重要的是，变形、翘曲甚至开裂等问题通常在零件成形过程中就已经出现，由于缺乏对成形过程中内应力的控制，这种方法无法从根本上解决问题。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供一种小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置及方法。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，包括：保温装置和预热装置，所述保温装置包括第一保温装置和第二保温装置，所述预热装置包括第一预热装置和第二预热装置，所述第一保温装置设置于小粉末缸的外壁，所述第一预热装置设置在小粉末缸的内部；

4、所述第二保温装置设置于小成型缸的外壁，所述第二预热装置包括由缸壁预热系统和基板预热系统组成的双预热系统，所述缸壁预热系统设置在小成型缸的内部，所述基板预热系统安装在小成型缸的内部底侧。

5、进一步地，所述第一预热装置包括多个第二加热环，所述多个第二加热环沿小粉末缸的内壁高度方向进行均匀分布，所述多个第二加热环在打印过程中逐个由上而下开启。

6、进一步地，所述第一保温装置包括第二保温陶瓷，所述第二保温陶瓷安装于小粉末缸的圆周外壁。

7、进一步地，所述第二加热环内设有第二控温装置，用于控制第二加热环的开关。

8、进一步地，所述缸壁预热系统包括多个第一加热环，所述多个第一加热环沿小成型缸的内壁高度方向进行均匀分布，所述多个第一加热环在打印过程中逐个由上而下开启。

9、进一步地，所述第二保温装置包括第一保温陶瓷，所述第一保温陶瓷安装于小成型缸的的圆周外壁。

10、进一步地，所述第一加热环内设有第一控温装置，用于控制第一加热环的开关。

11、进一步地，所述基板预热系统包括加热基板，所述加热基板置于小成型缸内部底侧设置的第一支撑板上，所述第一支撑板与加热基板之间设有第一隔热板。

12、进一步地，所述小粉末缸的内部底侧设有第二支撑板，所述第二支撑板上设有第二隔热板。

13、本发明还提供了一种小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置的工作方法，包括如下步骤：

14、步骤1：将小型打印装置及小型打印装置机架嵌装进大成型仓；

15、步骤2：开启小粉末缸中的第二加热环的开关，进行粉末预热；

16、步骤3：此时，第二保温陶瓷开启保温作用，防止热量流失；

17、步骤4：在进行传输粉末的过程中，第二支撑板上移，第一圆柱刮刀右移动，将小粉末缸中的粉末输送到小成型缸中，多余的粉末进入落料装置中进行回收；

18、步骤5：随着小粉末缸中第二支撑板的上移，第二加热环由下向上依次关闭；

19、步骤6：粉末进入小成型缸中后，加热基板和第二加热环组成的双预热系统开启；

20、步骤7：激光器射出激光，经过扩束镜到达第一扫描振镜、第二扫描振镜，将激光束传送到粉末上，实现对于粉末的打印成型；

21、步骤8：随着打印的进行，第一支撑板不断下降，第二加热环由上到下依次开启，第一保温陶瓷进行保温隔热。

22、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

23、1、本发明的粉末预热保温装置，面向使用小尺寸嵌装型打印仓进行科研等小型零件打印预热、保温，有效实现对于粉末预热和保温，以确保打印材料在预定的温度下被均匀地熔化和沉积，减少了粉末在小成形缸的加热时间，可以大幅度降低零件的热应力和热变形，提高打印成形的零件的精度和表面质量。热量流失性小，保温效果好，预热均匀，预热效果好。

24、2、本发明在小成型缸和小粉末缸的外壁采用保温陶瓷进行保温隔热，减少热量的流失。

25、3、通过多个第二加热环对小粉末缸内的粉末进行预热，通过多个第一加热环和加热基板，实现对小成型缸的侧面和底部的双重预热。

26、基于上述理由本发明可在3d打印等领域广泛推广。

技术特征：

1.一种小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，包括：保温装置和预热装置，所述保温装置包括第一保温装置和第二保温装置，所述预热装置包括第一预热装置和第二预热装置，所述第一保温装置设置于小粉末缸(16)的外壁，所述第一预热装置设置在小粉末缸(16)的内部；

2.根据权利要求1所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，所述第一预热装置包括多个第二加热环(6b)，所述多个第二加热环(6b)沿小粉末缸(16)的内壁高度方向进行均匀分布，所述多个第二加热环(6b)在打印过程中逐个由上而下开启。

3.根据权利要求2所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，所述第一保温装置包括第二保温陶瓷(5b)，所述第二保温陶瓷(5b)安装于小粉末缸(16)的圆周外壁。

4.根据权利要求2所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，所述第二加热环(6b)内设有第二控温装置，用于控制第二加热环(6b)的开关。

5.根据权利要求1所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，所述缸壁预热系统包括多个第一加热环(6a)，所述多个第一加热环(6a)沿小成型缸(17)的内壁高度方向进行均匀分布，所述多个第一加热环(6a)在打印过程中逐个由上而下开启。

6.根据权利要求5所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，所述第二保温装置包括第一保温陶瓷(5a)，所述第一保温陶瓷(5a)安装于小成型缸(17)的的圆周外壁。

7.根据权利要求5所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，所述第一加热环(6a)内设有第一控温装置，用于控制第一加热环(6a)的开关。

8.根据权利要求1所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，所述基板预热系统包括加热基板(8)，所述加热基板(8)置于小成型缸(17)内部底侧设置的第一支撑板(7a)上，所述第一支撑板(7a)与加热基板(8)之间设有第一隔热板(7b)。

9.根据权利要求1所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置，其特征在于，所述小粉末缸(16)的内部底侧设有第二支撑板(7c)，所述第二支撑板(7c)上设有第二隔热板(14)。

10.一种如权利要求1-9任意一项权利要求所述的小尺寸嵌装型3d打印成型缸粉末预热保温装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供一种小尺寸嵌装型3D打印成型缸粉末预热保温装置及方法。装置包括保温装置和预热装置，所述保温装置包括第一保温装置和第二保温装置，所述预热装置包括第一预热装置和第二预热装置，所述第一保温装置设置于小粉末缸的外壁，所述第一预热装置设置在小粉末缸的内部；所述第二保温装置设置于小成型缸的外壁，所述第二预热装置包括由缸壁预热系统和基板预热系统组成的双预热系统，所述缸壁预热系统设置在小成型缸的内部，所述基板预热系统安装在小成型缸的内部底侧。本发明热量流失性小，保温效果好，预热均匀，预热效果好。技术研发人员：陈伟,张嘉鑫,李潇雨受保护的技术使用者：燕山大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26