增材制造用粉末混合加热装置及使用方法与流程

本发明涉及增材制造，特别涉及一种增材制造用粉末混合加热装置。本发明还涉及一种该增材制造用粉末混合加热装置的使用方法。

背景技术：

1、在激光增材制造过程中，金属粉末会经历熔化、凝固、汽化、固态箱变等一系列复杂的强非平衡物态变化过程，并且高温度梯度、高冷却速率以及循环加热-冷却效应，由于沉积物中固有的微观结构缺陷造成沉积物的强度和延展性不足，极易导致打印件内部产生大的残余应力、裂纹、孔洞等工艺缺陷，显著增加零部件在服役过程中疲劳失效破坏的风险。

2、现有技术中，经过多次试验和测试，通过改变喷涂系统、气体参数(压力、温度和种类)、粉末供给速率、喷嘴扫描策略以及试样制备等方面进行调整，但仍无法满足实际工业应用中的需求。

3、当前的电子束选区熔化技术中有预热过程，对粉末床的预热和熔化成形通常采用电子束聚焦扫描发射装置。由于预热扫描过程需要大功率散焦状态下的电子束流，因此粉末床的电子束预热和熔化沉积独立进行，当粉末床被大功率散焦状态下的电子束预热到一定温度时，电子枪切换到中小功率聚焦状态进行熔化沉积成形，待新的粉末层铺设后，电子枪再切换到大功率散焦状态进行预热扫描，熔池反复直到完成零件的成型。

4、如此设置，在熔化成形零件时没有对粉末床的预热，粉末床会出现降温，温度出现波动，进而引起制件的热应力，同时也迫使提高粉末床的预热温度，保证粉末床的温度高于设定的最低成形温度，从而延长了预热过程的时间，降低成型效率。

5、由上面的分析可知，在现有的粉末床熔融增材制造技术和共知常识中，对粉末床进行加热或预热效果较差。具体的方法有采用预热、熔化沉积分别进行的串联式方式；或者只对聚焦激光焦点或熔池附近区域进行跟随式加热的方式；或者在加热效率较低的激光束或加热效果不确定的微波加热方式，以及简单的加热区域控制方式等。都无法对粉末床整体进行高效、可靠、可控的预热或加热。并且加热的均匀性较差，加热能量束(如电子束)的布置对能量束的束斑调制提出的特殊要求，以及过度预热对制件成形质量的影响。

6、此外，还有将粉末加热的过程通过单独的加热设备进行，在加热后的的粉末向粉末床输送使容易造成温度降低的情况。不仅增加了消耗能源和增加设备而不利于控制投入的成本，还降低增材制造的生产效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种增材制造用粉末混合加热装置，以能够对粉末进行预热，无需使用电子枪预热后再熔化的重复工艺，提高增材制造的生产效率。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种增材制造用粉末混合加热装置，包括真空成形室，设于所述真空成形室内的工作台，设于所述工作台上的粉末供给装置和粉末储存装置，设于所述真空成形室上方的电子束发射装置，以及沿所述工作台高度上下移动的粉末床；

4、所述粉末床包括上端开口的床体，以及上下滑动连接在所述床体上的工作板，所述床体内设有第一加热部，所述第一加热部用于加热所述工作板，所述工作板内设有冷却部，所述冷却部用于冷却位于所述工作板上方的成型制件；

5、所述工作台上还设有枢转连接的上模体，所述上模体内具有第二加热部，所述第二加热部用于加热铺设在所述工作板上的粉末。

6、进一步的，所述粉末床下方设有用于驱动其自身上下移动的第一驱动部，所述第一驱动部的动力输出端连接在所述粉末床下方，所述工作台上成型有容置所述粉末床的通槽。

7、进一步的，所述工作台上设有若干矩形阵列布置的导柱，所述第一驱动部的动力输出端上连接有定位板，所述定位板上设有与所述导柱一一对应设置的直线轴承。

8、进一步的，所述床体包括底板，以及围构在所述底板四周的围板；

9、所述第一加热部包括成型于所述底板内的第一加热管路，且所述底板的厚度方向上，至少设有一层所述第一加热管路；

10、四个所述围板上设有连通的第二加热管路。

11、进一步的，所述第一加热管路为沿所述底板的厚度方向间隔设置的两组，且上下两组的所述第一加热管路布置方向垂直交叉设置；

12、所述底板的底部分别设有两组所述第一加热管路的加热进口和加热出口，所述加热进口和所述加热出口与外部加热设备连通。

13、进一步的，所述冷却部包括成型于所述工作板内的冷却管路，所述冷却管路呈曲折形平铺设置，所述工作板底部设有所述冷却管路的冷却进口和冷却出口，所述冷却进口和所述冷却出口与外部冷却设备连通。

14、进一步的，所述定位板上设有第二驱动部，所述第二驱动部的动力输出端连接有支撑板，所述支撑板与所述工作板之间通过支柱连接；

15、四个所述支柱分别设于所述工作板四个角部，所述支柱贯穿所述底板。

16、进一步的，所述工作台上成型有设于所述通槽远离所述粉末供给装置一端的凹槽，所述凹槽内设有用于连接所述上模体的轴承座，两个所述轴承座之间枢转连接有转轴，所述上模体套设在所述转轴上；

17、所述转轴一端还设有用于驱动其旋转的第三驱动部，所述第三驱动部驱使所述上模体翻转，所述上模体抵接在所述工作台上平面呈工作状态，所述上模体远离所述工作台呈非工作状态。

18、进一步的，所述上模体上设有清洁部，所述工作台设有滑杆以及第四驱动部；

19、所述第四驱动部动力输出端连接在所述滑杆上，所述清洁部包括滚动连接在所述上模体上的辊轮，连接在所述辊轮两侧的安装杆，所述安装杆一端沿所述上模体长度方向滑动，另一端沿所述滑杆的长度方向滑动；

20、所述第四驱动部驱使所述滑杆相对所述工作台枢转，所述辊轮随所述滑杆滑动，并沿所述上模体滑动；

21、所述辊轮设于所述上模体与所述工作台的抵接面。

22、相对于现有技术，本发明具有以下优势：

23、本发明所述的增材制造用粉末混合加热装置，通过设置在床体内的第一加热部，并通过设置枢转连接在工作台上的上模体，上模体内设有第二加热部，使得工作板上的粉末上下两面在熔化前进行加热，无需使用电子枪预热后再熔化的重复工艺，提高增材制造的生产效率。并通过面加热的方式对平铺的粉末进行加热，提高粉末的加热效果，保证增材制造的成型件性能。并还通过在工作板上设置冷却部，当融化完成后，冷却部利于对成型制件冷却，提高脱模速度和效果。还通过设置的冷却部和第一加热部，对粉末进行温度调整，避免粉末过热或过冷现象而影响制件的成形质量。

24、本发明的另一目的在于提出一种增材制造用粉末混合加热装置的使用方法，

25、采用如上所述的增材制造用粉末混合加热装置，包括如下步骤，

26、步骤一，在所述粉末储存装置内放置待用的金属粉末，驱使所述粉末床上平面与所述工作台平齐，所述工作板下降一定距离，用所述粉末供给装置在工作板上表面铺一层粉末；

27、步骤二，在所述第一加热管路和所述第二加热管路内通入加热介质；

28、步骤三，驱使所述工作板底部抵接在所述粉末床底壁上加热一段时间，再将所述上模体翻转至于所述工作台抵接，驱使所述工作板上平面抵接在所述上模体下平面加热一段时间；

29、步骤四，驱使所述上模体相对所述工作台枢转并远离所述工作台；

30、步骤五，使用所述电子束发射装置发射沉积模式电子束，所述沉积模式电子束对所述工作板上的粉末进行熔化扫描，将当前层的零件截面内的粉末熔化、烧结、沉积形成所述当前层零件截面；

31、步骤六，在所述当前层零件截面沉积成形结束后，所述电子束发射装置停止发射熔化沉积模式电子束，驱使所述工作板下降一个层厚的距离；

32、步骤七，重复步骤三至步骤六，直到完成三维零件所有截面的沉积成形。。

33、本发明所述的增材制造用粉末混合加热装置的使用方法，能够减少传统技术中使用电子束对粉末进行预热的工步，减少工序，还无需加入专用的粉末预热设备，有效满足增材制造的质量需求，提高生产效率。