一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构及方法技术

本发明专利技术提供一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构及方法，封闭腔体内粉末均匀高温预热结构包括：固定座单元和高温辐射加热单元；高温辐射加热单元包括辐射加热壳体，高温辐射加热单元可左右移动；辐射加热壳体的左侧铰接安装左辐射加热部件，右侧铰接设置右辐射加热部件；所述左辐射加热部件和所述右辐射加热部件左右对称设置，可相对所述辐射加热壳体进行转动，进而调节辐射范围。优点为：1)可根据加热需要调节加热结构的高低位置、左右位置与功率，使用方便，适用范围广；2)可根据加热速率的要求进行加热单元结构的拆卸；3)加热控制简单，效率高；4)从金属粉末上方直接对金属粉末预热，预热均匀并且效率高。

A Preheating Structure and Method of Powder Uniform High Temperature in Closed Cavity

【技术实现步骤摘要】
一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构及方法
本专利技术属于3D打印烧结成形
，具体涉及一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构及方法。
技术介绍
3D打印技术，业内称为增材制造技术，较早的设备打印形式为激光选区烧结高分子粉末材料，作为一般的艺术模型及原型件。而随着材料科学的发展，出现新型高性能聚合物材料，为扩大高分子激光3D打印机的应用领域奠定了基础。高分子粉末激光烧结3D打印设备需要加热装置对表层粉末进行预热，如果需要打印成形的高分子材料玻璃化温度较高，并且保证打印过程中不发生成形翘曲现象，就务必使加热装置对粉末的预热温度接近材料的玻璃化温度，在粉末未发生烧结之前，预热温度越高，烧结温度场就越均匀，成形效果就越好。当粉末材料的玻璃化温度过高时，它对预热装置的热效率要求就越高，比如PEEK材料，熔点达到340℃，一般要求预热温度超过300℃，达到这一温度必须在短时间内完成，否则容易造成粉末烧损和过度粘结。这无疑给加热设备的结构提出了高的要求。现有技术中，多数采用基材底部加热的方法，即：通过铺粉装置在基材的上表面铺粉；然后，启动加热器件，预热基材，并通过基材的热量向上传递给粉末，从而预热基材上铺设的粉末，进而达到对粉末的预热效果。此种方式具有以下不足：将加热器件固定在基材下部，热量向上传导并预热基材和基材铺设的粉末，虽然在打印初期可以对基材和基材铺设的粉末进行预热，但随着打印高度的提升，即：随着粉末成型层数的不断提高，加热器件与粉末加工表面的距离不断加大，难以对加工表面的粉末进行有效的预热。因此，如何设计一种可以对粉末进行有效预热的加热设备，是高熔点聚合物激光3D打印设备的关键。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构及方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构，包括：固定座单元(100)和高温辐射加热单元(200)；所述固定座单元(100)固定悬挂于封闭腔体的顶部，包括固定座本体(101)，所述固定座本体(101)的中心开设激光出射孔(102)；所述固定座本体(101)具有四个支腿，每个所述支腿均为矩形齿条结构，分别为左前支腿(103)、左后支腿(104)、右前支腿(105)和右后支腿(106)；所述左前支腿(103)和所述左后支腿(104)上面可升降安装左滑道(107)；所述右前支腿(105)和所述右后支腿(106)上面可升降安装右滑道(108)；所述高温辐射加热单元(200)包括辐射加热壳体(201)，所述辐射加热壳体(201)的中心区域为与所述激光出射孔(102)连通的开孔(202)；所述辐射加热壳体(201)的顶部左侧安装左导轨(203)，右侧安装右导轨(204)；所述左导轨(203)与所述左滑道(107)滑动连接；所述右导轨(204)与所述右滑道(108)滑动连接，进而使所述高温辐射加热单元(200)可左右移动；所述辐射加热壳体(201)的左侧铰接安装左辐射加热部件，右侧铰接设置右辐射加热部件；所述左辐射加热部件和所述右辐射加热部件左右对称设置，可相对所述辐射加热壳体(201)进行转动，进而调节辐射范围；所述辐射加热壳体(201)的前侧和后侧各设置水平的第一红外辐射器(208)，所述第一红外辐射器(208)的下面安装第一红外反射板(209)；所述第一红外辐射器(208)向下发射红外线，并经所述第一红外反射板(209)反射后，从上方出射。优选的，所述左辐射加热部件和所述右辐射加热部件均包括：陶瓷隔热块(205)以及辐射加热腔；所述陶瓷隔热块(205)位于所述辐射加热腔的外部；所述辐射加热腔的内壁布置第二红外反射板(206)，所述辐射加热腔内等距安装多个第二红外辐射器(207)，所述第二红外辐射器(207)向位于其下方的打印基板上的粉末发射红外线。优选的，所述左辐射加热部件和所述右辐射加热部件的辐射调节范围为±25℃。优选的，所述第二红外辐射器(207)的间距为15mm～25mm。优选的，所述高温辐射加热单元(200)的底面距离打印基板的距离为150mm～250mm。本专利技术还提供一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构的预热方法，包括以下步骤：步骤1，将封闭腔体内粉末均匀高温预热结构悬挂于3D打印工作腔的中心正上方；其中，固定座单元(100)与3D打印工作腔的顶部锁紧固定；步骤2，初始时，沿矩形齿条结构调节高温辐射加热单元(200)的高度，调节到设定高度值；根据基材表面预铺设金属粉末的面积范围，调节左辐射加热部件和右辐射加热部件的辐射角度，使左辐射加热部件和右辐射加热部件的辐射热量均匀作用于金属粉末；步骤3，然后，向基材表面铺设金属粉末，根据金属粉末性质设定加热温度，从而控制各个第一红外辐射器(208)和第二红外辐射器(207)的发射功率；第一红外辐射器(208)和第二红外辐射器(207)对金属粉末进行预热；具体的，第一红外辐射器(208)和第二红外辐射器(207)发射的红外线并不直接作用于金属粉末；对于第一红外辐射器(208)，其发射的红外线直接作用于第一红外反射板(209)，并经第一红外反射板(209)向上反射；但由于第一红外反射板(209)被加热，从而向金属粉末传递热量而预热金属粉末；同样的，对于各个第二红外辐射器(207)，其发射的红外线直接作用于第二红外反射板(206)，并经第二红外反射板(206)，向上反射；但由于第二红外反射板(206)被加热，从而向金属粉末传递热量而预热金属粉末；并且，在高温辐射加热单元(200)预热金属粉末的过程中，推动高温辐射加热单元(200)沿固定座单元(100)的滑道左右匀速滑动，进而均匀预热金属粉末；步骤4，当预热时间达到设定时间后，进行3D打印成形；当本层打印结束，再次进行铺粉后，沿矩形齿条结构调节高温辐射加热单元(200)的高度，使其上升，从而使高温辐射加热单元(200)距离最上层铺粉的距离保持不变，并循环执行腔体内粉末均匀高温预热过程。本专利技术提供的一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构及方法具有以下优点：1)可根据加热需要调节加热结构的高低位置、左右位置与功率，使用方便，适用范围广；2)可根据加热速率的要求进行加热单元结构的拆卸；3)加热控制简单，效率高；4)从金属粉末上方直接对金属粉末预热，预热均匀并且效率高。附图说明图1为本专利技术提供的封闭腔体内粉末均匀高温预热结构的分解状态图；图2为本专利技术提供的封闭腔体内粉末均匀高温预热结构的剖面图；图3为本专利技术提供的第二红外辐射器的布置方式俯视图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构，属于高分子粉末3D打印烧结成形领域，主要解决密闭环境当中的局部迅速高温加热问题，并且，加热高度和位置灵活可调，使用方便。参考图1-图3，封闭腔体内粉末均匀高温预热结构包括：固定座单元100和高温辐射加热单元200；固定座单元100固定悬挂于封闭腔体的顶部，包括固定座本体101，固定座本体101的中心开设激光出射孔102；固定座本体101具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构，其特征在于，包括：固定座单元(100)和高温辐射加热单元(200)；所述固定座单元(100)固定悬挂于封闭腔体的顶部，包括固定座本体(101)，所述固定座本体(101)的中心开设激光出射孔(102)；所述固定座本体(101)具有四个支腿，每个所述支腿均为矩形齿条结构，分别为左前支腿(103)、左后支腿(104)、右前支腿(105)和右后支腿(106)；所述左前支腿(103)和所述左后支腿(104)上面可升降安装左滑道(107)；所述右前支腿(105)和所述右后支腿(106)上面可升降安装右滑道(108)；所述高温辐射加热单元(200)包括辐射加热壳体(201)，所述辐射加热壳体(201)的中心区域为与所述激光出射孔(102)连通的开孔(202)；所述辐射加热壳体(201)的顶部左侧安装左导轨(203)，右侧安装右导轨(204)；所述左导轨(203)与所述左滑道(107)滑动连接；所述右导轨(204)与所述右滑道(108)滑动连接，进而使所述高温辐射加热单元(200)可左右移动；所述辐射加热壳体(201)的左侧铰接安装左辐射加热部件，右侧铰接设置右辐射加热部件；所述左辐射加热部件和所述右辐射加热部件左右对称设置，可相对所述辐射加热壳体(201)进行转动，进而调节辐射范围；所述辐射加热壳体(201)的前侧和后侧各设置水平的第一红外辐射器(208)，所述第一红外辐射器(208)的下面安装第一红外反射板(209)；所述第一红外辐射器(208)向下发射红外线，并经所述第一红外反射板(209)反射后，从上方出射。...

【技术特征摘要】
1.一种封闭腔体内粉末均匀高温预热结构，其特征在于，包括：固定座单元(100)和高温辐射加热单元(200)；所述固定座单元(100)固定悬挂于封闭腔体的顶部，包括固定座本体(101)，所述固定座本体(101)的中心开设激光出射孔(102)；所述固定座本体(101)具有四个支腿，每个所述支腿均为矩形齿条结构，分别为左前支腿(103)、左后支腿(104)、右前支腿(105)和右后支腿(106)；所述左前支腿(103)和所述左后支腿(104)上面可升降安装左滑道(107)；所述右前支腿(105)和所述右后支腿(106)上面可升降安装右滑道(108)；所述高温辐射加热单元(200)包括辐射加热壳体(201)，所述辐射加热壳体(201)的中心区域为与所述激光出射孔(102)连通的开孔(202)；所述辐射加热壳体(201)的顶部左侧安装左导轨(203)，右侧安装右导轨(204)；所述左导轨(203)与所述左滑道(107)滑动连接；所述右导轨(204)与所述右滑道(108)滑动连接，进而使所述高温辐射加热单元(200)可左右移动；所述辐射加热壳体(201)的左侧铰接安装左辐射加热部件，右侧铰接设置右辐射加热部件；所述左辐射加热部件和所述右辐射加热部件左右对称设置，可相对所述辐射加热壳体(201)进行转动，进而调节辐射范围；所述辐射加热壳体(201)的前侧和后侧各设置水平的第一红外辐射器(208)，所述第一红外辐射器(208)的下面安装第一红外反射板(209)；所述第一红外辐射器(208)向下发射红外线，并经所述第一红外反射板(209)反射后，从上方出射。2.根据权利要求1所述的封闭腔体内粉末均匀高温预热结构，其特征在于，所述左辐射加热部件和所述右辐射加热部件均包括：陶瓷隔热块(205)以及辐射加热腔；所述陶瓷隔热块(205)位于所述辐射加热腔的外部；所述辐射加热腔的内壁布置第二红外反射板(206)，所述辐射加热腔内等距安装多个第二红外辐射器(207)，所述第二红外辐射器(207)向位于其下方的打印基板上的粉末发射红外线。3.根据权利要求2所述的封闭腔体内粉末均匀高温预热结构，其特征在于，所述左辐射加热部件和所述右辐射加热部件的辐射调节范...

【专利技术属性】
技术研发人员：林慧敏，胡丽刚，杨平，齐达，王昌龄，宋施墨，
申请(专利权)人：哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23