CN211840140U - 一种用于激光3d打印的智能温控基板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于激光3D打印的智能温控基板，包括打印基板、水泵、电源和控制器，所述打印基板包括依次层叠布置的基板层、温控层、控制电路层和动力电路层，基板层上设有温度传感器和温度传感信号接口，温度传感器通过温度传感信号接口与控制器相连，温控层上设有冷却水管、加热元件和电磁水阀，冷却水管与水泵相连，电磁水阀与控制器相连，控制电路层上设有开关器件以及一端与开关器件控制端相连的控制信号接口，控制信号接口的另一端与控制器相连，动力电路层上设有控制电源通断的电源线接口。本实用新型可以解决现有技术在金属材料激光3D打印过程中无法实现基板的实时温度控制的问题。

Description

一种用于激光3D打印的智能温控基板

技术领域

本实用新型涉及金属材料激光3D打印技术领域，尤其涉及一种用于激光3D打印的智能温控基板。

背景技术

目前激光3D打印技术在航空航天、医疗器械、舰船制造等工业与医学领域得到了一定的应用。可利用三维扫描及建模技术实现重要金属零部件的快速制造，制造过程中多数采用铺粉激光选区方式实现结构的逐层、快速制造。这其中金属合金粉末需要激光3D打印基板作为载体和平台，利用激光在基板上加热金属粉末、凝固与冷却，进而获得所需要的零件毛坯，然后利用线切割分离基板与零件。在此过程中，每层金属材料凝固时，不可避免的会受到基板的影响，因此如何设计一种能够实现智能化精准温控的基板装置，对于一次性获得优良的激光3D金属结构十分重要。

当前，激光3D打印行业仍处于发展初期阶段，基板材质及其在金属3D打印过程中对粉末材料激光加工过程的影响已经越来越受到行业内人士的关注。如何在尽可能不破坏原有基板结构设计基础上，通过智能化温控***优化设计与基板结构的无缝结合将是未来激光3D打印技术中一个重要的技术研究方向。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于激光3D打印的智能温控基板，以解决现有技术在金属材料激光3D打印过程中无法实现基板的实时温度控制的问题。

为了解决所述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于激光3D打印的智能温控基板，包括打印基板、水泵、电源和控制器，水泵与控制器相连，电源为水泵、控制器供电，所述打印基板包括依次层叠布置的基板层、温控层、控制电路层和动力电路层，基板层上设有温度传感器和温度传感信号接口，温度传感器通过温度传感信号接口与控制器相连，温控层上设有冷却水管、加热元件和电磁水阀，冷却水管与水泵相连，电磁水阀与控制器相连，控制电路层上设有控制加热元件工作状态的开关器件以及一端与开关器件控制端相连的控制信号接口，控制信号接口的另一端与控制器相连，动力电路层上设有电源线接口，电源线接口的一端与开关器件的电源端相连，另一端连接电源。

进一步的，冷却水管在温控层呈均匀网状分布，加热元件在控温层呈均匀点分布，加热元件包络在冷却水管的网状范围内。

进一步的，温控层上加热元件槽，加热元件插在加热元件槽内。

进一步的，温控层、控制电路层、动力电路层以插针、插槽的方式进行连接。

进一步的，控制电路层与温控层之间铺设隔热层。

进一步的，所述开关器件为晶闸管、三极管或者MOS管。

进一步的，所述基板层材质与3D打印金属零件为同类型金属材料。

本发明的有益效果：本实用新型在基板上设置温度传感器、冷却水管和加热元件，温度传感器实时监测3D打印过程中基板的实时温度，并通过冷却水管和加热元件实现对基板的实时温度控制，可以改善目前金属材料激光3D打印基板的智能温控问题，利于激光3D打印过程中温度的实时调控、减少打印金属零件的裂纹萌生、变形、内应力、组织硬化及未熔合等现象，改善打印零件的组织及力学性能，提高激光3D打印金属材料的质量和使用性能。本实用新型的打印基板采用层叠布置的方式，并且温控层、控制电路层、动力电路层以插针、插槽的方式进行连接，具有可拆卸、可更换基板层、使用方便的优点，可以根据打印金属材质的不同，可随意拆卸温控装置，更换基板层。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的打印基板及加热元件的结构示意图；

图3为本实用新型的温控层的***结构示意图；

图4为本实用新型的控制电路层的局部结构示意图；

图5为本实用新型的动力电路层的局部结构示意图；

图中：1、打印基板，2、水泵，3、电源，4、控制器，11、基板层，12、温控层，13、控制电路层，14、动力电路层，15、冷却水管，16、电磁水阀，17、加热元件，18、温度传感信号接口，19、控制信号接口，20、电源线接口，21、加热元件槽，22、加热元件插槽，23、晶闸管，24、控制电路层插针，25、控制电路层插槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非限定本实用新型。此外，附图中仅出示了本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例1

本实施例公开一种用于激光3D打印的智能温控基板，如图1所示，包括打印基板1、水泵2、电源3和控制器4，水泵2与控制器4相连，可以接收控制器4的工作状态控制信号，电源3为水泵2、控制器1供电。

如图2所示，所述打印基板1包括依次层叠布置的基板层11、温控层12、控制电路层13和动力电路层14，基板层11上设有温度传感器和温度传感信号接口18，温度传感器通过温度传感信号接口18与控制器4相连，用于向控制器传递基板层的实时温度，温控层12上设有冷却水管15、加热元件17和电磁水阀16，冷却水管15与水泵2相连，电磁水阀16与控制器4相连，可以接收控制器4的控制信号。控制电路层19上设有控制加热元件17工作状态的开关器件以及一端与开关器件控制端相连的控制信号接口19，控制信号接口19的另一端与控制器4相连，动力电路层14上设有电源线接口20，电源线接口20的一端与开关器件的电源端相连，另一端连接电源3。

本实施例中，所述开关器件为晶闸管23，在其他实施例中，开关器件也可以采用三极管或者MOS管。

如图3所示，冷却水管15在温控层12呈均匀网格状分布，加热元件17在控温层12呈均匀点分布，加热元件17包络在冷却水管15的网格内。

本实施例中，温控层12、控制电路层13、动力电路层14以插针、插槽的方式进行连接。具体如图3、4、5所示，温控层12上加热元件槽21，加热元件17插在加热元件槽21内，加热元件17下端设有插针，插针插在控制电路层13的加热元件插槽22内，晶闸管23设置在控制电路层13内部，其门极连接控制信号接口，负极向上与插在加热元件插槽22内的加热元件插针（加热元件的一部分，连接在一起可以实现电连接）相连，正极向下连接控制电路层插针24，控制电路层插针24插在动力电路层14上的控制电路层插槽25内。插在控制电路层插槽25内的控制电路层插针24与电源线接口相连，图5中，+表示电源线接口20的正极，-表示电源线接口20的负极。

本实施例中，控制电路层13与温控层12之间铺设隔热层，防止高温损坏控制电路层。

本实施例中，所述基板层11材质与3D打印金属零件为同类型金属材料，打印不同金属零件时，可以更换基板层11。

本实用新型工作原理：当激光3D打印工作开始时，首先在基板1上打印出3mm厚度的金属层以弥补零部件切割过程的磨损余量。打印零件过程中，首先由控制器4对金属基板1进行预热温度控制，根据打印结构材质的不同，进行金属基板1的精准预热，以避免金属结构打印初期产生裂纹及组织硬化等缺陷，然后通过智能温控***实时精准控制温度并保持平稳。若温度过低，则由控制器4启动加热程序，由加热元件17传导热量给金属基板层11，当温度达到所需水平时，基板层11上温度传感信号传回控制器4关闭加热程序，关闭加热元件；若温度过高，则由控制器4启动降温程序，由水泵2向温控层12内冷却水管15输送冷却水，另一端有电磁水阀16来控制水管通路的开关，由此带走3D打印金属零件过程中自上而下逐层累积传导至基板的热量，当温度达到所需水平时，实时传回金属基板温度传感电信号，由控制器4关闭降温程序，避免打印结构产生裂纹、变形及组织硬化等缺陷，提高打印结构的成形质量。因为加热元件17的点分布以及冷却水管电磁水阀16的控制，可以实现金属材料激光3D打印基板的精准智能温控。

本实施例中，控制器内部的加热程序、降温程序已经是非常成熟的温控程序，属于本领域的常规技术手段，也不是本实用新型的改进点所在，本实施例中，不对其进行详细描述。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，但不能被理解为对本申请范围的限制。在不脱离本实用新型适用范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种用于激光3D打印的智能温控基板，包括打印基板、水泵、电源和控制器，水泵与控制器相连，电源为水泵、控制器供电，其特征在于：所述打印基板包括依次层叠布置的基板层、温控层、控制电路层和动力电路层，基板层上设有温度传感器和温度传感信号接口，温度传感器通过温度传感信号接口与控制器相连，温控层上设有冷却水管、加热元件和电磁水阀，冷却水管与水泵相连，电磁水阀与控制器相连，控制电路层上设有控制加热元件工作状态的开关器件以及一端与开关器件控制端相连的控制信号接口，控制信号接口的另一端与控制器相连，动力电路层上设有电源线接口，电源线接口的一端与开关器件的电源端相连，另一端连接电源。

2.根据权利要求1所述的用于激光3D打印的智能温控基板，其特征在于：冷却水管在温控层呈均匀网状分布，加热元件在控温层呈均匀点分布，加热元件包络在冷却水管的网状范围内。

3.根据权利要求1或2所述的用于激光3D打印的智能温控基板，其特征在于：温控层上加热元件槽，加热元件插在加热元件槽内。

4.根据权利要求1所述的用于激光3D打印的智能温控基板，其特征在于：温控层、控制电路层、动力电路层以插针、插槽的方式进行连接。

5.根据权利要求1所述的用于激光3D打印的智能温控基板，其特征在于：控制电路层与温控层之间铺设隔热层。

6.根据权利要求1所述的用于激光3D打印的智能温控基板，其特征在于：所述开关器件为晶闸管、三极管或者MOS管。

7.根据权利要求1所述的用于激光3D打印的智能温控基板，其特征在于：所述基板层材质与3D打印金属零件为同类型金属材料。

Images