本發(fā)明涉及選擇性激光燒結(jié)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)分區(qū)域預(yù)熱方法。

背景技術(shù)：
選擇性激光燒結(jié)(SelectiveLaserSintering，簡稱SLS)是一種利用激光照射燒結(jié)粉成型的快速成型技術(shù)，在SLS加工中，粉末必須被加熱到一定的溫度，而預(yù)熱和激光掃描是使得粉末加熱到一定溫度的兩個(gè)必要措施。如果僅僅靠激光的掃描來使粉末的溫度提高，達(dá)到吸收一定能量發(fā)生粘結(jié)的目的,那么，由于粉末顆粒之間的傳熱性能比較差，就會使得燒結(jié)的時(shí)間大大的延長，而且粉末顆粒之間由于劇烈的溫度變化，導(dǎo)致粉末顆粒體積變化，進(jìn)一步導(dǎo)致顆粒產(chǎn)生很大的移動(dòng)從而造成粉床整體的密度分布極不均勻，繼而造成過大的殘余應(yīng)力，最后影響零部件的幾何精度和機(jī)械性能等等。殘余應(yīng)力引起的變形會經(jīng)常出現(xiàn)在SLS制件中，其影響因素是多方面的，如激光功率、掃描方式、粉床體溫度等等，其中粉床體溫度是最重要的因素之一，特別是在使用熱塑性材料進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，粉床體溫度顯得更加重要。而粉床體加熱主要通過預(yù)熱來實(shí)現(xiàn)。燒結(jié)過程中，要求在新的一層粉末鋪好后，盡快將溫度升到預(yù)熱溫度，所以，需要在SLS的加工過程中加入一個(gè)重要的環(huán)節(jié)——預(yù)熱。預(yù)熱效果的好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)取決于粉床體的溫度場的均勻性，均勻性越好，預(yù)熱效果也就越好。如果預(yù)熱效果好，將直接減少成型的時(shí)間，提高成型件的性能、精度。反之，預(yù)熱效果很差的情況下甚至?xí)?dǎo)致燒結(jié)過程完全不能進(jìn)行。目前SLS設(shè)備中粉床體的預(yù)熱主要通過紅外加熱燈管的輻射加熱來實(shí)現(xiàn)，但對于多光源大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，其預(yù)熱系統(tǒng)開發(fā)難度非常大，一方面光源數(shù)量的增加致使粉床體上方可安裝紅外加熱燈管的空間縮小，另一方面粉床體尺寸太大致使其溫度場均勻性很難保證。于是針對多光源大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備的預(yù)熱系統(tǒng)的開發(fā)變得越來越緊迫。當(dāng)前最先進(jìn)的SLS設(shè)備的預(yù)熱裝置是按陣列方式在一個(gè)加熱元件安裝上一組石英輻射加熱管及一組反光板，整個(gè)陣列劃分多個(gè)區(qū)域，人為將被加熱的區(qū)域劃分為9個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對工作臺的均勻加熱。但是這種加熱方法不能適應(yīng)多光源大尺寸工作臺面的均勻加熱，因?yàn)樵诙喙庠喘h(huán)境下由于激光路徑的制約難以在工作臺中心區(qū)域安裝輻射加熱燈管，安放輻射加熱燈管的集中區(qū)域在工作臺四周邊緣附近的側(cè)面。這種方法在劃分區(qū)域時(shí)中心區(qū)域過大難以實(shí)現(xiàn)對工作臺面的均勻加熱，而且這種分區(qū)域方法過于復(fù)雜，所需溫度傳感器過多，反射燈罩不易控制，實(shí)際應(yīng)用中安裝過于麻煩，不利于多光源大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備的搭建。還有一種由華中科技大學(xué)提出的加熱方法，其在粉床體上方設(shè)置多層加熱層，每個(gè)加熱層的高度由特別設(shè)置的拉升機(jī)械裝置控制，通過這種機(jī)械裝置控制各個(gè)加熱層的高度進(jìn)而控制粉床體的總體溫度場，但這種預(yù)熱方法控制較為復(fù)雜，機(jī)械裝置的加入一方面增加了多光源大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備搭建的難度，另一方面僅僅通過拉升機(jī)械裝置改變加熱層的高度進(jìn)而控制粉床體的溫度場也很難實(shí)現(xiàn)粉床體溫度場高度均勻的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)分區(qū)域預(yù)熱方法，可以提高工作臺面粉床體預(yù)熱溫度場的均勻性，進(jìn)而提高SLS工藝制件質(zhì)量以及工作效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)分區(qū)域預(yù)熱方法，包括以下步驟：第一步，對于粉床體邊長為1500-2500mm的加熱面積的大尺寸粉床體預(yù)熱，將粉床體上方依據(jù)不同高度區(qū)間劃分為2-3個(gè)不同加熱層，然后調(diào)整各加熱層的高度，第一層加熱層高度為200mm-500mm，第二層加熱層高度為600-900mm,第三層加熱層高度為1000mm-1500mm之間，每個(gè)加熱層排布一個(gè)由4根以上的加熱燈管構(gòu)成的加熱陣列；第二步，粉床體根據(jù)加熱層的數(shù)量自動(dòng)劃分為相應(yīng)數(shù)量的環(huán)形加熱主影響區(qū)域，環(huán)形主影響區(qū)域的疊加構(gòu)成粉床體的全部加熱區(qū)域，在單個(gè)加熱層加熱下，粉床體形成一個(gè)不均勻的溫度場，將粉床體區(qū)域中溫度值介于峰值及峰值以下3度的區(qū)域稱為該加熱層在粉床體對應(yīng)的加熱主影響區(qū)域，不同高度的加熱層對應(yīng)不同的粉床體主影響區(qū)域；第三步，在進(jìn)行加熱過程中，采用紅外攝像機(jī)對整個(gè)粉床體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，每個(gè)加熱層的加熱陣列由各自獨(dú)立的PID路閉環(huán)控制,每個(gè)加熱層對粉床體加熱的主影響區(qū)溫度值通過相應(yīng)的紅外測溫傳感器采集，信息反饋至PID環(huán)，PID環(huán)根據(jù)溫控儀溫度設(shè)定值與紅外探頭測定值的比較進(jìn)而控制加熱層加熱陣列中加熱燈管的功率，從而使各個(gè)加熱層對應(yīng)的加熱主影響區(qū)溫度場在溫度設(shè)定值0-5度內(nèi)波動(dòng)，通過控制各個(gè)加熱層對應(yīng)的粉床體加熱主影響區(qū)溫度場的均勻性，進(jìn)而控制并提高了整個(gè)粉床體溫度場的均勻性。所述的加熱陣列為按照陣列方式排列若干紅外加熱管，每個(gè)加熱層中燈管陣列的形狀以及加熱燈管的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，粉床體上方200mm-500mm高度的加熱層由于加熱距離短，安裝4個(gè)燈管排布成加熱陣列，粉床體上方1000mm-1500mm高度的加熱層由于加熱距離較長，安裝8個(gè)燈管排布成疊層的雙加熱陣列。本發(fā)明的有益效果為：傳統(tǒng)的九區(qū)加熱方法由于其燈管排列方式的分散性很容易阻礙多光源激光選區(qū)設(shè)備的激光線路，且控制傳感器使用數(shù)量太多致使控制過于繁雜，反射罩的加入也造成了燈管調(diào)控操作的不便利，所以不適用與多光源大尺寸的激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備，本發(fā)明方法克服了傳統(tǒng)的多區(qū)加熱方式在多光源大區(qū)域激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備應(yīng)用的缺點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)規(guī)律采用多層加熱管對粉床體進(jìn)行分區(qū)域加熱，具有操作方便，加熱均勻穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明方法進(jìn)行加熱，可以巧妙的避開激光的掃描路線，保證了工件制作過程中激光掃描路徑的實(shí)現(xiàn)，且由于各個(gè)加熱層的加熱陣列由各自獨(dú)立的PID環(huán)控制，每個(gè)加熱層的加熱區(qū)域有一定的重疊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對粉床體加熱過程中的相互補(bǔ)償，避免了局部過熱或者過冷的現(xiàn)象，保證粉床體加熱溫度場均勻，這種加熱方法也摒棄了傳統(tǒng)的加熱反射罩的使用，便于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的搭建，分層預(yù)熱方案實(shí)際上也減少了傳感器的使用數(shù)量，充分利用自然規(guī)律使加熱裝置結(jié)構(gòu)簡單合理，操作也更加簡單，有效的解決了大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備粉床體的加熱均勻性問題，進(jìn)一步提高了激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)水平。本發(fā)明方法利用加熱燈管自身的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，創(chuàng)新的提出了通過構(gòu)造不同高度的加熱層以及多種加熱層中的加熱燈管的排布和加熱燈管的功率實(shí)現(xiàn)對大尺寸粉床體的分區(qū)域加熱，在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)粉床體的尺寸大小、預(yù)熱溫度場范圍要求、激光的數(shù)量等具體情況，進(jìn)而對多加熱層的數(shù)量、各個(gè)加熱層的高度、以及每個(gè)加熱層的紅外燈管的排布進(jìn)行靈活調(diào)整。從而可以改善大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備工藝。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例的原理示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的加熱控制原理示意圖。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但發(fā)明的實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1一種大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)分區(qū)域預(yù)熱方法，包括以下步驟：第一步，對于粉床體邊長為2000mm的加熱面積的大尺寸粉床體預(yù)熱，將粉床體5上方依據(jù)不同高度區(qū)間劃分為3個(gè)不同加熱層，然后調(diào)整各加熱層的高度，如附圖所示，第一層加熱層1高度為400mm，第二層加熱層2高度為800mm,第三層加熱層3高度為1200mm，每個(gè)加熱層排布一個(gè)由4根加熱燈管4構(gòu)成的正方形加熱陣列；第二步，粉床體根據(jù)3個(gè)加熱層自動(dòng)劃分為3個(gè)的環(huán)形加熱主影響區(qū)域，分別為第一層加熱層1在粉床體5中對應(yīng)的第一環(huán)形主影響區(qū)域6，第二層加熱層2在粉床體5中對應(yīng)的第二環(huán)形主影響區(qū)域7，第三層加熱層3在粉床體5中對應(yīng)的第三環(huán)形主影響區(qū)域8，環(huán)形主影響區(qū)域的疊加構(gòu)成粉床體的全部加熱區(qū)域；第三步，在進(jìn)行加熱過程中，采用紅外攝像機(jī)對整個(gè)粉床體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如圖2所示，每個(gè)加熱層的加熱陣列由各自獨(dú)立的PID路閉環(huán)控制,每個(gè)加熱層對粉床體加熱的主影響區(qū)溫度值通過相應(yīng)的紅外測溫傳感器采集，信息反饋至PID環(huán)，PID環(huán)根據(jù)溫控儀溫度設(shè)定值與紅外探頭測定值的比較進(jìn)而控制加熱層加熱陣列中加熱燈管的功率，從而使各個(gè)加熱層對應(yīng)的加熱主影響區(qū)溫度場在溫度設(shè)定值0-5度內(nèi)波動(dòng)，通過控制各個(gè)加熱層對應(yīng)的粉床體加熱主影響區(qū)溫度場的均勻性，進(jìn)而控制并提高了整個(gè)粉床體溫度場的均勻性。本實(shí)施例的有益效果：本實(shí)施例采取的3層預(yù)熱方案，一方面減少了加熱傳感器的使用數(shù)量，充分利用自然規(guī)律使加熱裝置結(jié)構(gòu)簡單合理，操作也更加簡單，另一方面有效的解決了大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備粉床體的加熱均勻性問題，使粉床體區(qū)域預(yù)熱溫度范圍控制在5度以內(nèi)，從而進(jìn)一步提高了激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)水平。實(shí)施例2一種大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)分區(qū)域預(yù)熱方法，包括以下步驟：第一步，對于粉床體邊長為1500mm的加熱面積的大尺寸粉床體預(yù)熱，將粉床體上方依據(jù)不同高度區(qū)間劃分為2個(gè)不同加熱層，然后調(diào)整各加熱層的高度，第一層加熱層高度為500mm，第二層加熱層高度為1200mm,每個(gè)加熱層排布一個(gè)由4根加熱燈管4構(gòu)成的正方形加熱陣列；第二步，粉床體根據(jù)2個(gè)加熱層自動(dòng)劃分為2個(gè)的環(huán)形加熱主影響區(qū)域，分別為第一層加熱層在粉床體對應(yīng)的第一環(huán)形主影響區(qū)域，第二層加熱層在粉床體中對應(yīng)的第二環(huán)形主影響區(qū)域，環(huán)形主影響區(qū)域的疊加構(gòu)成粉床體的全部加熱區(qū)域；第三步，在進(jìn)行加熱過程中，采用紅外攝像機(jī)對整個(gè)粉床體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，每個(gè)加熱層的加熱陣列由各自獨(dú)立的PID路閉環(huán)控制,每個(gè)加熱層對粉床體加熱的主影響區(qū)溫度值通過相應(yīng)的紅外測溫傳感器采集，信息反饋至PID環(huán)，PID環(huán)根據(jù)溫控儀溫度設(shè)定值與紅外探頭測定值的比較進(jìn)而控制加熱層加熱陣列中加熱燈管的功率，從而使各個(gè)加熱層對應(yīng)的加熱主影響區(qū)溫度場在溫度設(shè)定值0-5度內(nèi)波動(dòng)，通過控制各個(gè)加熱層對應(yīng)的粉床體加熱主影響區(qū)溫度場的均勻性，進(jìn)而控制并提高了整個(gè)粉床體溫度場的均勻性。本實(shí)施例的有益效果：本實(shí)施例采取的2層預(yù)熱方案，一方面減少了加熱傳感器的使用數(shù)量，充分利用自然規(guī)律使加熱裝置結(jié)構(gòu)簡單合理，操作也更加簡單，另一方面有效的解決了大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備粉床體的加熱均勻性問題，使粉床體區(qū)域預(yù)熱溫度范圍控制在5度以內(nèi)，從而進(jìn)一步提高了激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)水平。實(shí)施例3一種大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)分區(qū)域預(yù)熱方法，包括以下步驟：第一步，對于粉床體邊長為2500mm的加熱面積的大尺寸粉床體預(yù)熱，將粉床體上方依據(jù)不同高度區(qū)間劃分為3個(gè)不同加熱層，然后調(diào)整各加熱層的高度，第一層加熱層高度為500mm，第二層加熱層高度為1000mm,第三層加熱層高度為1500mm，第一層加熱層、第二層加熱層排布一個(gè)由4根加熱燈管4構(gòu)成的正方形加熱陣列，第三層加熱層排布一個(gè)由8個(gè)燈管排布成疊層的雙加熱陣列；第二步，粉床體根據(jù)3個(gè)加熱層自動(dòng)劃分為3個(gè)的環(huán)形加熱主影響區(qū)域，分別為第一層加熱層在粉床體中對應(yīng)的第一環(huán)形主影響區(qū)域，第二層加熱層在粉床體中對應(yīng)的第二環(huán)形主影響區(qū)域，第三層加熱層在粉床體中對應(yīng)的第三環(huán)形主影響區(qū)域，環(huán)形主影響區(qū)域的疊加構(gòu)成粉床體的全部加熱區(qū)域；第三步，在進(jìn)行加熱過程中，采用紅外攝像機(jī)對整個(gè)粉床體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，每個(gè)加熱層的加熱陣列由各自獨(dú)立的PID路閉環(huán)控制,每個(gè)加熱層對粉床體加熱的主影響區(qū)溫度值通過相應(yīng)的紅外測溫傳感器采集，信息反饋至PID環(huán)，PID環(huán)根據(jù)溫控儀溫度設(shè)定值與紅外探頭測定值的比較進(jìn)而控制加熱層加熱陣列中加熱燈管的功率，從而使各個(gè)加熱層對應(yīng)的加熱主影響區(qū)溫度場在溫度設(shè)定值0-5度內(nèi)波動(dòng)，通過控制各個(gè)加熱層對應(yīng)的粉床體加熱主影響區(qū)溫度場的均勻性，進(jìn)而控制并提高了整個(gè)粉床體溫度場的均勻性。本實(shí)施例的有益效果：本實(shí)施例采取的3層預(yù)熱方案，一方面減少了加熱傳感器的使用數(shù)量，充分利用自然規(guī)律使加熱裝置結(jié)構(gòu)簡單合理，操作也更加簡單，另一方面有效的解決了大尺寸激光選區(qū)燒結(jié)設(shè)備粉床體的加熱均勻性問題，使粉床體區(qū)域預(yù)熱溫度范圍控制在5度以內(nèi)，從而進(jìn)一步提高了激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)水平。