[发明专利]一种用于激光选区熔化送粉的粉末预热装置及其应用

说明书

本发明属于先进快速制造技术领域，并公开了一种用于激光选区熔化送粉的粉末预热装置，包括储粉漏斗、真空泵、保护气储气罐、电源装置和中央控制器，所述真空泵和所述保护气储气罐分别通过第一连接管道和第二连接管道与所述储粉漏斗连接；所述储粉漏斗的底部出口处设置有第三电磁阀；所述储粉漏斗的外侧壁包裹有隔热层；围绕所述储粉漏斗的外壁设置有感应线圈；所述储粉漏斗上设置有用于检测储粉漏斗内金属粉末温度的温度传感器和用于检测储粉漏斗内压力的压力传感器。本发明结构简单，操作方便，在实现金属粉末预热的同时能提高金属粉末的利用率。

技术领域

本发明属于先进快速制造技术领域，更具体地，涉及一种用于激光选区熔化送粉的粉末预热装置及其应用。

背景技术

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术是集计算机辅助设计、数控技术、增材制造于一体的先进制造技术。SLM利用高能激光直接熔化金属粉末来逐层成形制件，所以特别适合加工形状复杂的零件，尤其是具有复杂内腔结构和具有个性化需求的零件。

然而，在SLM成形过程中，金属粉末材料在高能激光的作用下瞬间熔化、冷却和凝固，其冷却速度可达10³-10⁵K/s，使制件内部产生较大的残余应力，进而造成孔隙、裂纹等缺陷，降低成形件的质量。目前，消除SLM成形件残余应力的方法主要有基板预热和成形后退火。其中，对于基板预热，当成形件达到一定的厚度时，成形件的上部不能得到充分预热，影响预热效果。而对于成形后退火处理，尽管这种方法对于消除残余应力效果好，但对成形件的尺寸影响较大。

已有研究表明，对金属粉末材料进行预热也可有效降低或消除制件的内应力。对金属粉末进行预热，一是可起到烘干的作用，提高金属粉末的流动性；二是增强了金属材料对激光的吸收率，提高了激光利用率；三是缩小了金属粉末材料加工前后的温差，降低了热应力；四是已成形件被经过预热的金属粉末包裹，在一定程度上减缓了冷却速度，降低了残余应力，减小了裂纹孔隙的形成倾向。

专利CN103100713A，CN104289711A和CN105014071A等提出了不同的粉材预热方法。其中，CN104289711A是通过安装于工作腔内的预热系统以辐射照射的方式预热粉材，这种方法不能使粉缸下部的金属粉末得到充分预热，而且温度在粉缸上部金属粉末中的分布也是不均匀的，预热效果不理想。CN103100713A和CN105014071A都是在粉缸周向设置加热装置，对粉材进行预热。然而，这种方法缺点在于，一方面，当预热温度较高时，金属粉末中的有害气体如水蒸气会污染整个成形腔中的保护气氛；另一方面，在粉缸周向设置加热装置，使得整个工作缸体体积冗大，内部结构复杂维修困难。此外，这种基于粉缸的下送粉方式在成形零件时对金属粉末的利用率低，所以每次成形前要准备比加工件体积多多倍的金属粉末。而且，在成形过程中对金属粉末进行补充时，还需打开舱门，过程较为繁杂，成形件的质量也会受到影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于激光选区熔化送粉的粉末预热装置及其应用，采用储粉漏斗来输送金属粉末可以解决现有技术中金属粉末利用率低的问题，同时其可对漏斗中的金属粉末进行可控加热，使金属粉末受热均匀，降低SLM成形件中的残余应力，避免成形过程中由于较大残余应力而出现的变形、翘曲和无法加工等问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于激光选区熔化送粉的粉末预热装置，其特征在于，包括储粉漏斗、真空泵、保护气储气罐、电源装置和中央控制器，其中，

所述真空泵和所述保护气储气罐分别通过第一连接管道和第二连接管道与所述储粉漏斗连接，并且所述第一连接管道和第二连接管道上分别设置有第一电磁阀和第二电磁阀；

所述储粉漏斗的底部出口处设置有第三电磁阀，以用于控制所述储粉漏斗的出粉量；

所述储粉漏斗的外侧壁包裹有隔热层，以用于保持所述储粉漏斗内金属粉末的温度；