增材生产方法中的感应加热系统的调控技术方案

本发明专利技术涉及一种调控在增材生产方法中在构件1中感生的加热功率的方法。加热功率由感应加热系统感生。根据本发明专利技术的调控方法基于如下构思：间接确定至今为止未知的在构件1中实际感生的加热功率。这通过如下方式实现：从投入到感应加热系统中的电功率(即感应发电机11的电功率)中扣除基本上由散发给冷却液和其余环境的废热构成的功率损耗。如果可能，计算功率损耗；替选地，也可以估计所述功率损耗。也可以估计所述功率损耗。也可以估计所述功率损耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材生产方法中的感应加热系统的调控


[0001]本专利技术涉及调控增材生产方法中的感应加热系统。本专利技术尤其涉及调控在构件中感生的加热功率。本专利技术还涉及一种用于感应加热系统的调控单元，所述调控单元构成用于执行这种方法。

技术介绍

[0002]为了改进增材生产方法中的材料特性，例如改进借助于选择性激光熔化的增材生产方法中的材料特性，可以使用附加的加热单元，其能够实现更好地控制材料的加热和冷却。感应加热系统良好地适合于此，因为热量仅引入已经加工的区域中并且不作用于未加工的粉末。然而，感应加热系统仅局部地起作用，即限于感应线圈的电导体周围的范围，由此需要感应线圈朝向分别待加热的部位的机械位移。
[0003]加热系统的电特性、尤其其电感及其欧姆电阻在此不仅取决于位置(阻抗由于不同的线路长度的变化)，而且取决于线圈下方的构件(构件中的涡流)。由此，不仅感应发电机可以提供的最大可能的功率发生变化，而且感应加热的效率发生变化。温度的调控不能考虑这些不同的加热速率，从而必须以比真正可能的更保守的参数运行。
[0004]在现今使用的和研发中的感应加热系统中，在构件中实际存在的加热功率是未知的。基于构件中的实际加热功率来调控由感应发电机预设的电功率因此是不可能的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是改进所述内容。尤其应研发用于调控在构件中感生的加热功率的调控方法。
[0006]本专利技术如在独立权利要求中公开的那样解决所述目的。从属权利要求描述本专利技术的特别有利的实施方式。/>[0007]因此，提出一种调控在增材生产方法中在构件中感生的加热功率的方法。加热功率由感应加热系统感生。感应加热系统具有感应发电机和感应线圈。感应线圈通过馈电线与感应发电机连接。馈电线借助于冷却液冷却。
[0008]调控方法包括以下步骤：确定在构件中实际感生的加热功率；将实际加热功率与目标值进行比较；在实际加热功率与目标值的偏差大于预设的阈值的情况下：改变由感应发电机预设的电功率，使得在实际加热功率与目标值之间的偏差小于预设的阈值。
[0009]在此，确定在构件中实际感生的加热功率包括以下子步骤：检测由感应发电机预设的电功率；减去作为废热散发给馈电线的冷却液的热功率；减去由馈电线散发给除了冷却液之外的其余环境的热功率。
[0010]因此，根据本专利技术的调控方法基于如下构思：间接确定至今为止未知的在构件中实际感生的加热功率。这通过如下方式实现：从投入到感应加热系统中的电功率(即感应发电机的电功率)中扣除基本上由散发给冷却液和其余环境的废热构成的功率损耗。如果可能，计算功率损耗；作为替代，也可以估计所述功率损耗。
[0011]通常可以相对简单地读取和评估由感应发电机预设的电功率。
[0012]例如可以经由冷却液穿过冷却管路的穿流率以及流入和流出的温度差来计算作为废热散发给馈电线的冷却液的热功率：温度差可以换算成由冷却液接收的废热；从穿流率可以推断出散发的热功率。
[0013]即使在感应加热系统中通常馈电线的所有可触及的区域是液体冷却的，然而根据本专利技术不能避免也存在如下区域，在所述区域中，经由环境、尤其经由空气散发废热。所述废热可以有利地经由在对应部位处安装的温度传感器来估计。
[0014]如果感应加热系统具有其他组件，废热散发给所述其他组件，则在确定在构件中实际感生的加热功率时也应考虑所述其他组件。通常，例如在感应发电机和由感应线圈与一个或多个电容器形成的谐振回路之间插入变压器。变压器具有将感应发电机的相对高的电压转换成与此相比低的电压的功能，由此伴随在变压器的输出端处的电流强度的升高。这具有以下优点：在变压器的输出端处，在感应加热系统的所谓工作回路中施加相对低的(有效)交流电压，但是存在高的电流强度。流过感应线圈的高的电流强度是重要的，以便实现在构件中通过感应线圈感生的高的加热功率。
[0015]这种变压器总是也产生欧姆损耗、即废热。所述欧姆损耗可以用冷却系统引走，所述冷却系统也冷却馈电线直至感应线圈。那么，所述热损耗已经通过考虑作为废热散发给馈电线的冷却液的热功率被考虑。然而，如果变压器具有自身的冷却系统，则在确定在构件中实际感生的加热功率时还应考虑在这种情况下散发的热功率。
[0016]感应加热系统尤其具有位移单元，所述位移单元能够实现感应线圈相对于构件的位移。位移单元例如包括一个或多个轨道，滑座可以在所述一个或多个轨道上运动。在导轨与滑座之间的电接触例如通过滑动触点实现。由轨道和滑座构成的这种系统可以在两个彼此垂直的方向上设置，使得感应线圈在面之上的位移是可行的。
[0017]有利地，用于执行调控方法的步骤的总时间为至多1s(秒)、优选至多200ms(毫秒)。总时间在此包括用于确定在构件中实际感生的加热功率的时间，即，检测由感应发电机预设的电功率、减去作为废热散发给馈电线的冷却液的热功率、以及减去由馈电线散发给其余环境的热功率。接下来将实际加热功率与目标值进行比较，所述比较然而通常不允许占用显著的时间。必要时需要的调整、即感应发电机的功率的改变也快速实现。直至在构件中实际感生的功率达到所期望的值，通常持续略微更长时间；所述时间不包括在所给出的1s的时间段中。
[0018]期望快速确定感生的加热功率，因为于是可以获得关于在构件中实际感生的热量的位置相关的信息，而不必损害、尤其延缓感应线圈的位移或增材生产方法本身。
[0019]此外还有利的是：在另一步骤中，将取决于感应线圈相对于构件的位置在构件中实际感生的加热功率存储在存储单元。
[0020]除了改进的反应调控之外，功率数据的位置相关的存储也能够实现加热的直接预控制，用于尽可能快的加热速率。
[0021]数据被位置相关地存储，并且可以对于待加工的下一层作为输入变量包括到调控中。由于感应加热不仅作用于当前层，而且具有在毫米范围内的频率相关的进入深度，所以可以将前一层的数据用于调控下一层。如果考虑感应加热的进入深度内的多个层的数据(例如通过深度加权地取平均值)，则实现进一步的改进。在此，在其中应尽可能实施所述计
算的狭窄的时间段在实践中是挑战。
[0022]在批量生产构件的情况下，数据也可以被存储并且附加地能够实现感应加热系统的调控的离线优化。
[0023]最后，本专利技术不仅包括调控方法本身，而且包括用于感应加热系统的调控单元，所述调控单元设计用于执行所述方法。
附图说明
[0024]在下文中，根据附图图解说明本专利技术。附图示例性和示意性地示出所选择的实施方式，而不限制所要求的保护范围。
[0025]附图示出：
[0026]图1示出具有感应加热装置的用于增材生产构件的设备；以及
[0027]图2示出增材生产方法中的感应加热系统的调控方法的流程图。
具体实施方式
[0028]附图1(也称为图1)示出具有感应加热装置的用于增材生产构件1的设备。所述设备包括：平台，所述平台设为用于在其上逐层地涂覆粉末状或线状金属材料；以及初级加热装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于调控感应加热系统的在增材生产方法中在构件(1)中感生的加热功率的方法，其中所述感应加热系统具有感应发电机(11)和感应线圈(40)，并且所述感应线圈(40)通过借助于冷却液冷却的馈电线(50)与所述感应发电机(11)连接，所述调控方法包括如下步骤：
‑
确定在所述构件(1)中实际感生的加热功率(200)，
‑
将实际加热功率(200)与目标值(210)进行比较(160)，以及
‑
在所述实际加热功率(200)与所述目标值(210)的偏差大于预设的阈值的情况下，改变(180)由所述感应发电机(11)预设的电功率，使得在所述实际加热功率(200)与所述目标值(210)之间的偏差小于预设的阈值，其中确定在所述构件(1)中实际感生的加热功率(200)包括以下子步骤：
‑
检测(100)由所述感应发电机(11)预设的电功率，
‑
减去(120)作为废热散发给所述馈电线(50)的冷却液的热功率，以及
‑
减去(140)由所述馈电线(50)散发给其余环境的热功率。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述感应加热系统还具有变压器(12)，并且所述变压器(12)接收由所述感应发电机(11)产生的电压作为输入交流电压并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯，
申请(专利权)人：西门子能源全球有限两合公司，
类型：发明
国别省市：