[实用新型]三维层叠造型装置及其温度控制系统

说明书

本申请涉及一种三维层叠造型装置及其温度控制系统。其中，该温度控制系统应用于具有层叠造型部、预热单元和激光扫描单元的三维层叠造型装置，温度控制系统包括：温度检测装置、高通滤波器、低通滤波器、第一负反馈闭环控制器、第二负反馈闭环控制器；温度检测装置与高通滤波器电性连接，高通滤波器与第一负反馈闭环控制器电性连接；温度检测装置还与低通滤波器电性连接，低通滤波器与第二负反馈闭环控制器电性连接。通过本申请，解决了三维层叠造型装置的预热温度和熔融结合温度的控制失稳的问题，提高了三维层叠造型装置的预热温度和熔融结合温度的控制稳定性。

技术领域

本申请涉及三维打印领域，特别是涉及温度控制系统和三维层叠造型装置。

背景技术

近年来，以逐层累积方式为核心的增材制造/3D打印技术，逐步受到制造领域的关注。由于成型自由度高、无需模具、数模一次直接成形等优势，3D打印技术不仅被视作传统制造技术的必要补充，也承载了制造业对未来技术的期待。在众多3D打印设备中，基于选择性激光熔融成型(Selective Laser Melting，简称为SLM)和选择性激光烧结成型((Selective Laser Sintering，简称为SLS)三维层叠造型装置，通过激光束选择性照射粉末床上粉末薄层特定区域，并使之熔融结合为高精度片状整体。由于SLM/SLS的打印过程无需复杂支撑结构，且成形精度高、表面质量好，已被广泛用于复杂结构金属部件、高分子零件的快速制造。根据熔融结合成形原理，为得到细节清晰、尺寸精准的三维实体零件，精确控制粉末层的熔融结合区域显得尤为关键。

现有基于SLM/SLS的三维层叠造型装置普遍采用激光束，作为向层叠造型部(例如粉末床)选定区域的粉末层定向施加能量的手段。为了提高立体成形效率，激光束需以较高线速度快速扫描覆盖每一层粉末层的熔融结合区域，这极大限制了激光束向粉末层施加的能量总量与作用时间，并且大功率激光器还会大幅增加基于SLM/SLS的三维层叠造型装置的设备成本。降低粉末层熔融结合对激光束的能量需求已成为提升三维层叠造型装置的设备性能的主要方向之一。通过将粉末床上粉末层整体预热到略低于熔融结合的临界温度，使得激光束仅需向选定区域的粉末施加少量能量，即可实现被照射区域的粉末熔融结合，从而达到在相同扫描速度下降低激光器功率需求，或在相同激光器功率下实现更高扫描速度的目的。

为了避免粉末层预热过度、发生变质结块问题，基于SLM/SLS的三维层叠造型装置必须对粉末层预热温度实施测量与闭环控制，即通过动态调节电加热功率维持预热温度稳定。为了避免连续激光扫描的能量持续累积，导致熔融结合区域发生过热，基于SLM/SLS的三维层叠造型装置还需要粉末熔融结合温度实施测量与闭环控制，即通过动态调节激光束功率维持熔融结合温度稳定。然而在三维层叠造型装置的过程中，预热作用与激光束照射加热是同时作用于粉末层的，直接将两种热源共同作用所产生的粉末层温度，反馈至上述两个闭环控制回路，则激光束扫描引发的粉末层温度波动会向预热控制回路注入高频扰动，而预热控制回路对激光束高频扰动做出的动态响应，亦会在激光功率控制回路产生低频振荡，进而诱发预热温度与熔融结合温度控制的失稳，直接影响打印质量，甚至造成打印失败的严重后果。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种温度控制系统和三维层叠造型装置，以至少解决相关技术中的三维层叠造型装置的预热温度和熔融结合温度的控制失稳的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种温度控制系统，应用于具有层叠造型部、预热单元和激光扫描单元的三维层叠造型装置，所述温度控制系统包括：温度检测装置、高通滤波器、低通滤波器、第一负反馈闭环控制器、第二负反馈闭环控制器；所述温度检测装置与所述高通滤波器电性连接，所述高通滤波器与所述第一负反馈闭环控制器电性连接；所述温度检测装置还与所述低通滤波器电性连接，所述低通滤波器与所述第二负反馈闭环控制器电性连接；

其中，所述温度检测装置能够检测所述层叠造型部表面的温度分布；所述第一负反馈闭环控制器输出的控制量用于控制所述预热单元的加热功率；所述第二负反馈闭环控制器输出的控制量用于控制所述激光扫描单元的激光发射功率或激光扫描速度。