本發明屬于先進快速制造技術領域，更具體地，涉及一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置及其應用。
背景技術：
激光選區熔化(Selective laser melting,SLM)技術是集計算機輔助設計、數控技術、增材制造于一體的先進制造技術。SLM利用高能激光直接熔化金屬粉末來逐層成形制件，所以特別適合加工形狀復雜的零件，尤其是具有復雜內腔結構和具有個性化需求的零件。
然而，在SLM成形過程中，金屬粉末材料在高能激光的作用下瞬間熔化、冷卻和凝固，其冷卻速度可達103-105K/s，使制件內部產生較大的殘余應力，進而造成孔隙、裂紋等缺陷，降低成形件的質量。目前，消除SLM成形件殘余應力的方法主要有基板預熱和成形后退火。其中，對于基板預熱，當成形件達到一定的厚度時，成形件的上部不能得到充分預熱，影響預熱效果。而對于成形后退火處理，盡管這種方法對于消除殘余應力效果好，但對成形件的尺寸影響較大。
已有研究表明，對金屬粉末材料進行預熱也可有效降低或消除制件的內應力。對金屬粉末進行預熱，一是可起到烘干的作用，提高金屬粉末的流動性；二是增強了金屬材料對激光的吸收率，提高了激光利用率；三是縮小了金屬粉末材料加工前后的溫差，降低了熱應力；四是已成形件被經過預熱的金屬粉末包裹，在一定程度上減緩了冷卻速度，降低了殘余應力，減小了裂紋孔隙的形成傾向。
專利CN103100713A，CN104289711A和CN105014071A等提出了不同的粉材預熱方法。其中，CN104289711A是通過安裝于工作腔內的預熱系統以輻射照射的方式預熱粉材，這種方法不能使粉缸下部的金屬粉末得到充分預熱，而且溫度在粉缸上部金屬粉末中的分布也是不均勻的，預熱效果不理想。CN103100713A和CN105014071A都是在粉缸周向設置加熱裝置，對粉材進行預熱。然而，這種方法缺點在于，一方面，當預熱溫度較高時，金屬粉末中的有害氣體如水蒸氣會污染整個成形腔中的保護氣氛；另一方面，在粉缸周向設置加熱裝置，使得整個工作缸體體積冗大，內部結構復雜維修困難。此外，這種基于粉缸的下送粉方式在成形零件時對金屬粉末的利用率低，所以每次成形前要準備比加工件體積多多倍的金屬粉末。而且，在成形過程中對金屬粉末進行補充時，還需打開艙門，過程較為繁雜，成形件的質量也會受到影響。
技術實現要素：
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置及其應用，采用儲粉漏斗來輸送金屬粉末可以解決現有技術中金屬粉末利用率低的問題，同時其可對漏斗中的金屬粉末進行可控加熱，使金屬粉末受熱均勻，降低SLM成形件中的殘余應力，避免成形過程中由于較大殘余應力而出現的變形、翹曲和無法加工等問題。
為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置，其特征在于，包括儲粉漏斗、真空泵、保護氣儲氣罐、電源裝置和中央控制器，其中，
所述真空泵和所述保護氣儲氣罐分別通過第一連接管道和第二連接管道與所述儲粉漏斗連接，并且所述第一連接管道和第二連接管道上分別設置有第一電磁閥和第二電磁閥；
所述儲粉漏斗的底部出口處設置有第三電磁閥，以用于控制所述儲粉漏斗的出粉量；
所述儲粉漏斗的外側壁包裹有隔熱層，以用于保持所述儲粉漏斗內金屬粉末的溫度；
圍繞所述儲粉漏斗的外壁設置有感應線圈，所述感應線圈與所述電源裝置連接；
所述儲粉漏斗上設置有用于檢測儲粉漏斗內金屬粉末溫度的溫度傳感器和用于檢測儲粉漏斗內壓力的壓力傳感器；
所述中央控制器分別與所述溫度傳感器、電源裝置、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、溫度傳感器和壓力傳感器連接。
優選地，所述儲粉漏斗與蓋板之間設置有密封墊圈。
優選地，所述電源裝置為高頻電源或中頻電源。
優選地，所述儲粉漏斗的頂部設置有蓋板。
按照本發明的另一個方面，還提供了所述的粉末預熱裝置預熱及輸送金屬粉末的方法，其特征在于，包括以下步驟：
(a)開啟激光選區熔化成形設備，啟動中央控制器；
(b)通過中央控制器對第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥發出閉合信號使它們均關閉，然后向儲粉漏斗內添加成形所需金屬粉末，并將金屬粉末密封在所述儲粉漏斗內；
(c)中央控制器打開第一電磁閥，啟動真空泵對儲粉漏斗抽真空，通過壓力傳感器得到儲粉漏斗內的真空值，當真空值達到-102kPa～-95kPa Pa時關閉第一電磁閥，然后開啟第二電磁閥并啟動保護氣儲氣罐，向儲粉漏斗內充保護氣，當壓力傳感器檢測到儲粉漏斗內壓力值達到達到標準大氣壓時，關閉第二電磁閥和保護氣儲氣罐；
(d)中央控制器開啟電源裝置，電源裝置收到啟動信號后產生電流，電流流經感應線圈，感應線圈在電流作用下產生交變磁場，儲粉漏斗內的金屬粉末在交變磁場的作用下產生交變電流，金屬粉末內產生磁場，渦流損耗以及磁滯損耗使金屬粉末發熱，以此方式，對金屬粉末進行加熱；
(e)溫度傳感器對儲粉漏斗內金屬粉末的溫度進行實時監測，并反饋給中央控制器，中央控制器根據接收的溫度信息來調節電源裝置產生的電流的大小，以實現儲粉漏斗內金屬粉末溫度的恒定；
(f)當儲粉漏斗內金屬粉末溫度達到設定要求后，中央控制器控制第三電磁閥的開閉，以實現儲粉漏斗內金屬粉末的輸送。
總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
(1)采用儲粉漏斗送粉，可按每次鋪粉所需量進行輸送，大大減少了整個激光選區熔化工藝過程中金屬粉末的使用量，使激光選區熔化工藝過程更加節約金屬粉末，另外，當儲粉漏斗中金屬粉末不足需要進行補充時，可在避免打開成形艙的情況下直接向儲粉漏斗中添加金屬粉末，操作方便，成形過程也不易受到影響。
(2)可在成形前對金屬粉末進行預熱，一是可起到烘干的作用，成形與烘粉可同時進行，簡化了成形前需烘干金屬粉末這一步驟，節約了時間；二是增強了金屬材料對激光的吸收率，提高了激光利用率；三是縮小了金屬粉末材料加工前后的溫差，降低了熱應力；四是經過預熱的金屬粉末將成形件包裹，在一定程度上減緩了成形件的冷卻速度，降低了殘余應力，減小了裂紋孔隙的形成傾向。
(3)該儲粉漏斗的真空泵和保護氣儲氣罐相連接，在烘干/預熱過程中能夠對易氧化金屬粉末進行保護，避免氧化的發生，而且金屬粉末在烘干/預熱過程中產生的有害氣體如水蒸氣等不會對成形腔中的保護氣氛造成影響。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
參照圖1，一種用于激光選區熔化送粉的粉末預熱裝置，包括儲粉漏斗1、真空泵6、保護氣儲氣罐7、電源裝置10和中央控制器11，其中，
所述真空泵6和所述保護氣儲氣罐7分別通過第一連接管道和第二連接管道與所述儲粉漏斗1連接，并且所述第一連接管道和第二連接管道上分別設置有第一電磁閥4和第二電磁閥5；
所述儲粉漏斗1的底部出口處設置有第三電磁閥8，以用于控制所述儲粉漏斗1的出粉量；
所述儲粉漏斗1的外側壁包裹有隔熱層3，以用于保持所述儲粉漏斗1內金屬粉末的溫度；
圍繞所述儲粉漏斗1的外壁設置有感應線圈9，所述感應線圈9與所述電源裝置10連接；
所述儲粉漏斗1上設置有用于檢測儲粉漏斗1內金屬粉末溫度的溫度傳感器12和用于檢測儲粉漏斗1內壓力的壓力傳感器13；
所述中央控制器11分別與所述溫度傳感器12、電源裝置10、第一電磁閥4、第二電磁閥5、第三電磁閥8、溫度傳感器12和壓力傳感器13連接。
進一步，所述儲粉漏斗1的頂部設置有蓋板2，所述儲粉漏斗1與蓋板2之間設置有密封墊圈，以便于揭開蓋板2后向所述儲粉漏斗1內放入金屬粉末。
進一步，所述電源裝置10為高頻電源或中頻電源。
所訴的基于激光選區熔化上送粉方式的粉末預熱裝置，其工作過程包括如下步驟：
(a)開啟激光選區熔化成形設備，啟動中央控制器11；
(b)通過中央控制器11對三個電磁閥發出閉合信號使其關閉，打開儲粉漏斗1蓋板2，向儲粉漏斗1內添加成形所需金屬粉末，之后關上蓋板2，此時整個儲粉漏斗1處于密封狀態，金屬粉末被密封在儲粉漏斗1內；
(c)通過中央控制器11打開第一電磁閥4，啟動真空泵6對儲粉漏斗1抽真空，通過壓力傳感器13得到儲粉漏斗1內的壓力值，當壓力達到-102kPa～-95kPa時，關閉第一電磁閥4，開啟第二電磁閥5，啟動保護氣儲氣罐7，對儲粉漏斗1充保護氣，當儲粉漏斗1內的壓力達到標準大氣壓時，調節第二電磁閥5和保護氣儲氣罐7，減小送入儲氣漏斗內的氣流量直至關閉第二電磁閥5和保護氣儲氣罐7；
(d)通過中央控制器11開啟電源裝置10，電源裝置10收到啟動信號后產生高頻或中頻電流，電流流經感應線圈9，感應線圈9在電流作用下產生交變磁場，金屬粉末在交變磁場的作用下產生交變電流(渦流)，金屬粉末形成的導體形成磁場，渦流損耗以及磁滯損耗使金屬粉末發熱，以此方式，對金屬粉末進行加熱；
(e)溫度傳感器12能夠對儲粉內金屬粉末的溫度進行實時監測，并反饋給中央控制器11，中央控制器11根據接收的溫度信息來調節電源裝置10產生的電流大小，實現儲粉漏斗1內金屬粉末溫度的恒定；
(f)當儲粉漏斗1內金屬粉末溫度達到要求后，通過中央控制器11控制儲粉漏斗11落粉管路中第三電磁閥8的閉合，實現金屬粉末輸送量的控制。
另外，成形過程中當金屬粉末量不足需補充金屬粉末時，需先暫停加工，關閉第三電磁閥8，重復上述步驟(b)和(c)即可。
綜上所述，本發明與現有技術相比，其結構簡單，操作方便，在實現金屬粉末預熱的同時能提高金屬粉末的利用率，故本發明有效克服了現有技術的種種缺點而具有較高的產業利用價值。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。