本發明涉及選擇性激光燒結技術領域，尤其涉及一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法。

背景技術：
選擇性激光燒結(SelectiveLaserSintering，簡稱SLS)是一種利用激光照射燒結粉成型的快速成型技術，在SLS加工中，粉末必須被加熱到一定的溫度，而預熱和激光掃描是使得粉末加熱到一定溫度的兩個必要措施。如果僅僅靠激光的掃描來使粉末的溫度提高，達到吸收一定能量發生粘結的目的,那么，由于粉末顆粒之間的傳熱性能比較差，就會使得燒結的時間大大的延長，而且粉末顆粒之間由于劇烈的溫度變化，導致粉末顆粒體積變化，進一步導致顆粒產生很大的移動從而造成粉床整體的密度分布極不均勻，繼而造成過大的殘余應力，最后影響零部件的幾何精度和機械性能等等。殘余應力引起的變形會經常出現在SLS制件中，其影響因素是多方面的，如激光功率、掃描方式、粉床體溫度等等，其中粉床體溫度是最重要的因素之一，特別是在使用熱塑性材料進行燒結時，粉床體溫度顯得更加重要。而粉床體加熱主要通過預熱來實現。燒結過程中，要求在新的一層粉末鋪好后，盡快將溫度升到預熱溫度，所以，需要在SLS的加工過程中加入一個重要的環節——預熱。預熱效果的好壞的重要標準取決于粉床體的溫度場的均勻性，均勻性越好，預熱效果也就越好。如果預熱效果好，將直接減少成型的時間，提高成型件的性能、精度。反之，預熱效果很差的情況下甚至會導致燒結過程完全不能進行。目前SLS設備中粉床體的預熱主要通過紅外加熱燈管的輻射加熱來實現，但對于多光源大尺寸激光選區燒結設備，其預熱系統開發難度非常大，一方面光源數量的增加致使粉床體上方可安裝紅外加熱燈管的空間縮小，另一方面粉床體尺寸太大致使其溫度場均勻性很難保證。于是針對多光源大尺寸激光選區燒結設備的預熱系統的開發變得越來越緊迫。當前最先進的SLS設備的預熱裝置是按陣列方式在一個加熱元件安裝上一組石英輻射加熱管及一組反光板，整個陣列劃分多個區域，人為將被加熱的區域劃分為9個區域，實現對工作臺的均勻加熱。但是這種加熱方法不能適應多光源大尺寸工作臺面的均勻加熱，因為在多光源環境下由于激光路徑的制約難以在工作臺中心區域安裝輻射加熱燈管，安放輻射加熱燈管的集中區域在工作臺四周邊緣附近的側面。這種方法在劃分區域時中心區域過大難以實現對工作臺面的均勻加熱，而且這種分區域方法過于復雜，所需溫度傳感器過多，反射燈罩不易控制，實際應用中安裝過于麻煩，不利于多光源大尺寸激光選區燒結設備的搭建。還有一種由華中科技大學提出的加熱方法，其在粉床體上方設置多層加熱層，每個加熱層的高度由特別設置的拉升機械裝置控制，通過這種機械裝置控制各個加熱層的高度進而控制粉床體的總體溫度場，但這種預熱方法控制較為復雜，機械裝置的加入一方面增加了多光源大尺寸激光選區燒結設備搭建的難度，另一方面僅僅通過拉升機械裝置改變加熱層的高度進而控制粉床體的溫度場也很難實現粉床體溫度場高度均勻的目標。

技術實現要素：
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法，可以提高工作臺面粉床體預熱溫度場的均勻性，進而提高SLS工藝制件質量以及工作效率。為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法，包括以下步驟：第一步，對于粉床體邊長為1500-2500mm的加熱面積的大尺寸粉床體預熱，將粉床體上方依據不同高度區間劃分為2-3個不同加熱層，然后調整各加熱層的高度，第一層加熱層高度為200mm-500mm，第二層加熱層高度為600-900mm,第三層加熱層高度為1000mm-1500mm之間，每個加熱層排布一個由4根以上的加熱燈管構成的加熱陣列；第二步，粉床體根據加熱層的數量自動劃分為相應數量的環形加熱主影響區域，環形主影響區域的疊加構成粉床體的全部加熱區域，在單個加熱層加熱下，粉床體形成一個不均勻的溫度場，將粉床體區域中溫度值介于峰值及峰值以下3度的區域稱為該加熱層在粉床體對應的加熱主影響區域，不同高度的加熱層對應不同的粉床體主影響區域；第三步，在進行加熱過程中，采用紅外攝像機對整個粉床體溫度進行實時監測，每個加熱層的加熱陣列由各自獨立的PID路閉環控制,每個加熱層對粉床體加熱的主影響區溫度值通過相應的紅外測溫傳感器采集，信息反饋至PID環，PID環根據溫控儀溫度設定值與紅外探頭測定值的比較進而控制加熱層加熱陣列中加熱燈管的功率，從而使各個加熱層對應的加熱主影響區溫度場在溫度設定值0-5度內波動，通過控制各個加熱層對應的粉床體加熱主影響區溫度場的均勻性，進而控制并提高了整個粉床體溫度場的均勻性。所述的加熱陣列為按照陣列方式排列若干紅外加熱管，每個加熱層中燈管陣列的形狀以及加熱燈管的數量根據實際需要進行調整，粉床體上方200mm-500mm高度的加熱層由于加熱距離短，安裝4個燈管排布成加熱陣列，粉床體上方1000mm-1500mm高度的加熱層由于加熱距離較長，安裝8個燈管排布成疊層的雙加熱陣列。本發明的有益效果為：傳統的九區加熱方法由于其燈管排列方式的分散性很容易阻礙多光源激光選區設備的激光線路，且控制傳感器使用數量太多致使控制過于繁雜，反射罩的加入也造成了燈管調控操作的不便利，所以不適用與多光源大尺寸的激光選區燒結設備，本發明方法克服了傳統的多區加熱方式在多光源大區域激光選區燒結設備應用的缺點，利用實驗規律采用多層加熱管對粉床體進行分區域加熱，具有操作方便，加熱均勻穩定的優點。采用本發明方法進行加熱，可以巧妙的避開激光的掃描路線，保證了工件制作過程中激光掃描路徑的實現，且由于各個加熱層的加熱陣列由各自獨立的PID環控制，每個加熱層的加熱區域有一定的重疊，進而實現對粉床體加熱過程中的相互補償，避免了局部過熱或者過冷的現象，保證粉床體加熱溫度場均勻，這種加熱方法也摒棄了傳統的加熱反射罩的使用，便于實驗設備的搭建，分層預熱方案實際上也減少了傳感器的使用數量，充分利用自然規律使加熱裝置結構簡單合理，操作也更加簡單，有效的解決了大尺寸激光選區燒結設備粉床體的加熱均勻性問題，進一步提高了激光選區燒結技術水平。本發明方法利用加熱燈管自身的實驗規律，創新的提出了通過構造不同高度的加熱層以及多種加熱層中的加熱燈管的排布和加熱燈管的功率實現對大尺寸粉床體的分區域加熱，在此基礎上可以根據粉床體的尺寸大小、預熱溫度場范圍要求、激光的數量等具體情況，進而對多加熱層的數量、各個加熱層的高度、以及每個加熱層的紅外燈管的排布進行靈活調整。從而可以改善大尺寸激光選區燒結設備工藝。附圖說明圖1為本發明實施例的原理示意圖。圖2為本發明實施例1的加熱控制原理示意圖。具體實施方式以下將結合附圖和實施例對本發明內容做進一步說明，但發明的實際制作結構并不僅限于下述的實施例。實施例1一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法，包括以下步驟：第一步，對于粉床體邊長為2000mm的加熱面積的大尺寸粉床體預熱，將粉床體5上方依據不同高度區間劃分為3個不同加熱層，然后調整各加熱層的高度，如附圖所示，第一層加熱層1高度為400mm，第二層加熱層2高度為800mm,第三層加熱層3高度為1200mm，每個加熱層排布一個由4根加熱燈管4構成的正方形加熱陣列；第二步，粉床體根據3個加熱層自動劃分為3個的環形加熱主影響區域，分別為第一層加熱層1在粉床體5中對應的第一環形主影響區域6，第二層加熱層2在粉床體5中對應的第二環形主影響區域7，第三層加熱層3在粉床體5中對應的第三環形主影響區域8，環形主影響區域的疊加構成粉床體的全部加熱區域；第三步，在進行加熱過程中，采用紅外攝像機對整個粉床體溫度進行實時監測，如圖2所示，每個加熱層的加熱陣列由各自獨立的PID路閉環控制,每個加熱層對粉床體加熱的主影響區溫度值通過相應的紅外測溫傳感器采集，信息反饋至PID環，PID環根據溫控儀溫度設定值與紅外探頭測定值的比較進而控制加熱層加熱陣列中加熱燈管的功率，從而使各個加熱層對應的加熱主影響區溫度場在溫度設定值0-5度內波動，通過控制各個加熱層對應的粉床體加熱主影響區溫度場的均勻性，進而控制并提高了整個粉床體溫度場的均勻性。本實施例的有益效果：本實施例采取的3層預熱方案，一方面減少了加熱傳感器的使用數量，充分利用自然規律使加熱裝置結構簡單合理，操作也更加簡單，另一方面有效的解決了大尺寸激光選區燒結設備粉床體的加熱均勻性問題，使粉床體區域預熱溫度范圍控制在5度以內，從而進一步提高了激光選區燒結技術水平。實施例2一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法，包括以下步驟：第一步，對于粉床體邊長為1500mm的加熱面積的大尺寸粉床體預熱，將粉床體上方依據不同高度區間劃分為2個不同加熱層，然后調整各加熱層的高度，第一層加熱層高度為500mm，第二層加熱層高度為1200mm,每個加熱層排布一個由4根加熱燈管4構成的正方形加熱陣列；第二步，粉床體根據2個加熱層自動劃分為2個的環形加熱主影響區域，分別為第一層加熱層在粉床體對應的第一環形主影響區域，第二層加熱層在粉床體中對應的第二環形主影響區域，環形主影響區域的疊加構成粉床體的全部加熱區域；第三步，在進行加熱過程中，采用紅外攝像機對整個粉床體溫度進行實時監測，每個加熱層的加熱陣列由各自獨立的PID路閉環控制,每個加熱層對粉床體加熱的主影響區溫度值通過相應的紅外測溫傳感器采集，信息反饋至PID環，PID環根據溫控儀溫度設定值與紅外探頭測定值的比較進而控制加熱層加熱陣列中加熱燈管的功率，從而使各個加熱層對應的加熱主影響區溫度場在溫度設定值0-5度內波動，通過控制各個加熱層對應的粉床體加熱主影響區溫度場的均勻性，進而控制并提高了整個粉床體溫度場的均勻性。本實施例的有益效果：本實施例采取的2層預熱方案，一方面減少了加熱傳感器的使用數量，充分利用自然規律使加熱裝置結構簡單合理，操作也更加簡單，另一方面有效的解決了大尺寸激光選區燒結設備粉床體的加熱均勻性問題，使粉床體區域預熱溫度范圍控制在5度以內，從而進一步提高了激光選區燒結技術水平。實施例3一種大尺寸激光選區燒結分區域預熱方法，包括以下步驟：第一步，對于粉床體邊長為2500mm的加熱面積的大尺寸粉床體預熱，將粉床體上方依據不同高度區間劃分為3個不同加熱層，然后調整各加熱層的高度，第一層加熱層高度為500mm，第二層加熱層高度為1000mm,第三層加熱層高度為1500mm，第一層加熱層、第二層加熱層排布一個由4根加熱燈管4構成的正方形加熱陣列，第三層加熱層排布一個由8個燈管排布成疊層的雙加熱陣列；第二步，粉床體根據3個加熱層自動劃分為3個的環形加熱主影響區域，分別為第一層加熱層在粉床體中對應的第一環形主影響區域，第二層加熱層在粉床體中對應的第二環形主影響區域，第三層加熱層在粉床體中對應的第三環形主影響區域，環形主影響區域的疊加構成粉床體的全部加熱區域；第三步，在進行加熱過程中，采用紅外攝像機對整個粉床體溫度進行實時監測，每個加熱層的加熱陣列由各自獨立的PID路閉環控制,每個加熱層對粉床體加熱的主影響區溫度值通過相應的紅外測溫傳感器采集，信息反饋至PID環，PID環根據溫控儀溫度設定值與紅外探頭測定值的比較進而控制加熱層加熱陣列中加熱燈管的功率，從而使各個加熱層對應的加熱主影響區溫度場在溫度設定值0-5度內波動，通過控制各個加熱層對應的粉床體加熱主影響區溫度場的均勻性，進而控制并提高了整個粉床體溫度場的均勻性。本實施例的有益效果：本實施例采取的3層預熱方案，一方面減少了加熱傳感器的使用數量，充分利用自然規律使加熱裝置結構簡單合理，操作也更加簡單，另一方面有效的解決了大尺寸激光選區燒結設備粉床體的加熱均勻性問題，使粉床體區域預熱溫度范圍控制在5度以內，從而進一步提高了激光選區燒結技術水平。