供稿人:黃小康 發(fā)布日期：2017-06-12
選區(qū)激光燒結是一種最早建立起來并且廣泛應用的增材制造技術之一[1]，其是一種基于離散堆積成形思想的增材制造技術，它通過激光產生的熱量快速熔化粉末材料，然后通過一層一層的粉末不斷的鋪平和掃描，層層疊加，最終完成零件的加工制造[2]。目前在航空航天、汽車等領域對大型復雜結構零部件的快速成型面臨著迫切需求，而大型的激光選區(qū)燒結裝備與工藝面臨著諸多難題，其中很重要的一項就是大尺寸預熱系統(tǒng)的均勻性控制。
西安交通大學田小永團隊受國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）支持，研發(fā)多材料（覆膜砂、PS粉和尼龍粉）大尺寸（2m×2m）多光源大型激光燒結成型裝備，大尺寸預熱系統(tǒng)作為研制大型SLS設備的核心技術，能否達到預熱系統(tǒng)的技術指標決定著研發(fā)大型激光燒結成型設備的成敗。
研究表明，隨著加熱層距離粉床高度的增加，粉床高溫區(qū)域逐漸由粉床邊緣向中心移動，由此提出通過構建多層加熱層將大面積粉床劃分為多個預熱區(qū)域，通過分區(qū)域預熱控制實現(xiàn)大面積粉床的均勻預熱，如圖1所示，根據(jù)加熱層距離粉床的高度不同，將加熱層劃分為高層加熱層與低層加熱層，不同高度加熱層對于粉床的高溫影響區(qū)域是不同的，高層加熱層對于粉床的高溫影響區(qū)域在粉床中心，低層加熱層對于粉床的高溫影響區(qū)域在粉床邊緣，熱像儀捕捉粉床全區(qū)域溫度場實時數(shù)據(jù)，同時溫度采集模塊提取不同高度加熱層對應的粉床高溫影響區(qū)域的最高溫度值并且傳送給信號轉換模塊，信號轉換模塊將接受的溫度數(shù)值信號轉換為溫度控制模塊可以識別的電流信號，溫度控制模塊通過多個獨立PID控制，設定預熱目標溫度值，分別控制各個加熱層的輸入電壓，進而將各層加熱層對應的粉床高溫區(qū)域的溫度場穩(wěn)定在同一溫度設定值附近。由此實現(xiàn)大尺寸粉床的均勻預熱。
圖1 分區(qū)域預熱控制原理圖[3]
圖2所示，通過采用分區(qū)域預熱策略，粉床溫差為5.1℃，效用較為明顯，滿足了尼龍12材料激光選區(qū)燒結的工藝要求。
圖2 粉床溫度場分布云圖[3]