阅读说明：本技术 一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构 (Composite structure for controlling heat conduction deformation in closed state ) 是由 王海涛 孙年俊 刘旭东 李初晔 李栋芳 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构。该结构包括打印基板、支撑平台、成形箱体、滑枕和导轨,所述打印基板和所述滑枕均通过紧固件分别设在所述支撑平台的上部和下部,连接为整体结构,所述滑枕与所述成形箱体之间设有竖向导轨,所述滑枕通过所述导轨带动所述支撑平、打印基板在成形箱体的密闭空间内上下运动,在所述支撑平台内部装有嵌入式的预热元件,在所述滑枕和所述支撑平台之间设置有隔热层和热变形自动调整结构,所述隔热层用于隔离热量向所述滑枕和导轨传导,在预热时,所述热变形自动调整结构用于调节所述支撑平台与所述滑枕的竖向安装间隙,以消除因热传导引起的所述打印基板的热变形。(The invention relates to a combined structure for controlling heat conduction deformation in a closed state. The structure comprises a printing substrate, a supporting platform, a forming box body, a ram and a guide rail, wherein the printing substrate and the ram are respectively arranged at the upper part and the lower part of the supporting platform through fasteners and are connected into an integral structure, a vertical guide rail is arranged between the ram and the forming box body, the ram drives the supporting flat and printing substrate to move up and down in the closed space of the forming box body through the guide rail, an embedded preheating element is arranged in the supporting platform, a heat insulation layer and a thermal deformation automatic adjusting structure are arranged between the ram and the supporting platform, the heat insulation layer is used for isolating heat to be conducted to the ram and the guide rail, during preheating, the automatic thermal deformation adjusting structure is used for adjusting a vertical installation gap between the supporting platform and the ram so as to eliminate thermal deformation of the printing substrate caused by heat conduction.)

一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构。

背景技术

激光选区熔化是一种重要的快速成形技术,利用激光照射粉末材料实现工件的成形固化。在激光选区熔化快速成形过程中，预热是一个重要的环节，没有预热或预热不当，将会使成形时间增加，致使成形件的性能低、精度差，甚至影响打印过程的正常进行。因此，对于打印基板的预热过程不可缺少。而预热的结果将会有热传导的发生，以及由此引起的相关设备零部件的热变形，最终会影响设备的运行稳定性、精度和打印精度。

现有的解决基板热变形的方式为对基板施加一定的预应力，但该方式主要为了降低激光热源对基板变形的的影响，对于预热所产生的影响没有考虑，有较大的局限性。

为了提高和保证设备和制件的精度，需要通过结构设计或采取相应的措施，降低或阻断热传导途径，将热变形量控制在合理的范围之内，以满足产品打印的需求。

因此，发明人提供了一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构。

发明内容

本发明实施例提供了一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构，通过设置隔热层和热变形自动调整结构，阻断热传导途径，实现密闭状态下的热传导控制和热变形调整功能，有效提高设备的运行精度，从而提高成形件的质量和精度。

本发明的实施例提出了一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构，该结构包括打印基板、支撑平台、成形箱体、滑枕和导轨，所述打印基板和所述滑枕均通过紧固件分别设在所述支撑平台的上部和下部，连接为整体结构，所述滑枕与所述成形箱体之间设有竖向导轨，所述滑枕通过所述导轨带动所述支撑平、打印基板在成形箱体的密闭空间内上下运动，在所述支撑平台内部装有嵌入式的预热元件，在所述滑枕和所述支撑平台之间设置有隔热层和热变形自动调整结构，所述隔热层用于隔离热量向所述滑枕和导轨传导，在预热时，所述热变形自动调整结构用于调节所述支撑平台与所述滑枕的竖向安装间隙，以消除因热传导引起的所述打印基板的热变形。

进一步地，多组所述热变形自动调整结构呈中心对称地设置在所述支撑平台与所述滑枕的连接部位。

进一步地，所述热变形自动调整结构包括密封盖、上平垫、弹性体、下平垫和调整螺钉，所述调整螺钉穿过所述支撑平台和所述隔热层的孔后与所述滑枕螺纹连接，所述调整螺钉的头部刚性连接所述密封盖，且所述密封盖的上端面连接所述打印基板，所述弹性体设在所述调整螺钉的杆部中段，所述上平垫和下平垫分别套设在所述弹性体两侧的杆部。

进一步地，4组所述热变形自动调整结构成对的对称设在所述支撑平台的4个安装角上。

进一步地，所述密封盖内置于所述支撑平台上的安装孔中，且所述密封盖与所述安装孔为过盈配合。

进一步地，所述弹性体为多片开有安装通孔的环形弹性片，该环形弹性片的环形面向中心轴同侧倾斜，形成底部开孔的凹片，至少2片的所述环形弹性片两两对合地叠穿在所述调整螺钉上，形成组合式弹性体。

进一步地，所述弹性体采用弹簧钢材质。

进一步地，所述打印基本的四周安装外沿上呈对称地开有多个螺纹孔，通过螺钉穿入所述螺纹孔中，将所述打印基本与所述支撑平台可拆卸连接。

进一步地，所述隔热层(6)采用非金属材质，其导热系数为0.1～0.12W/m·K，热膨胀系数为25～28×10^-6/℃。

进一步地，所述预热元件采用加热管、加热片或加热器，在靠近滑枕一侧的所述支撑平台的安装面上开有凹槽，所述预热元件安装在所述凹槽内

综上，本发明的有益效果如下：

1、采用隔热层结构设置，可有效阻断连接件之间的热传导，大大降低热相关联件的热变形，使得整体结构简单，易于实现，隔热效果明显；

2、热变形自动调整结构可根据热传导引起的内应力释放，针对支撑平台和打印基板的组合状态，能进行实时的动态调整，确保了设备工作时打印基板的水平精度；

3、充分考虑了热传导上行和下行两方面因素的综合影响，采用组合结构方式的设计方法，达到并满足设备的指标目标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构的总装结构示意图。

图2是本发明实施例隐去部分成形箱体的结构示意图。

图3是本发明实施例的组合结构的剖视示意图。

图4是本发明实施例中热变形自动调整结构的放大结构示意图。

图中：

1-紧固螺钉；2-打印基板；3-支撑平台；4-成形箱体；5-滑枕；6-隔热层；7-导轨；8-热变形自动调整结构；9-加热管；10-密封盖；11-上平垫；12-弹性体；13-下平垫；14-调整螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

在激光选区熔化快速成形过程中，预热是一个重要的环节，没有预热或预热不当，将会使成形时间增加，致使成形件的性能低、精度差，甚至影响打印过程的正常进行。因此，对于打印基板的预热过程不可缺少。而预热的结果将会有热传导的发生，以及由此引起的相关设备零部件的热变形，最终会影响设备运行精度和打印精度。

如图1～图3所示，本发明实施例的一种密闭状态下控制热传导变形的组合结构，该组合结构至少包括了打印基板2、支撑平台3、成形箱体4、滑枕5和导轨7，所述打印基板2和所述滑枕5均通过紧固件分别设在所述支撑平台3的上部和下部，连接为整体结构，所述滑枕5与所述成形箱体4之间设有竖向导轨7，所述滑枕5通过所述导轨7带动所述支撑平台3、打印基板2在成形箱体4的密闭空间内上下运动，完成升降打印过程。在所述支撑平台3内部装有嵌入式的预热元件9，在所述滑枕5和所述支撑平台3之间设置有隔热层6和热变形自动调整结构8，所述隔热层6用于隔离热量向所述滑枕5和导轨7传导，在预热时，所述热变形自动调整结构8用于调节所述支撑平台3与所述滑枕5的竖向安装间隙，以消除因热传导引起的所述打印基板2的热变形。

需要说明的是，本发明实施例的图中仅表示出了与本发明相关联的零部件，其他与本发明无直接关系的零部件未示出。

可见，本发明的组合结构主要包括隔热和调整两部分结构，打印基板2的预热是通过嵌入在支撑平台3中的预热元件9进行的，为降低和避免滑枕5和支撑平台3直接接触产生的下行热传导，在两者之间设置了满足刚性需求的隔热层6，可有效降低热传导率，从而大大减少滑枕5和导轨7等升降系统的热变形，能够提高设备的运行精度。

具体地，隔热层(6)采用非金属材质的隔热板，本发明实施例优选采用隔热层的导热系数为0.12W/m·K，隔热板较小的导热系数保障了更好的隔热效果，热膨胀系数为28×10^-6/℃，保障了隔热板更好的热稳定性。预热元件9采用加热管、加热片或加热器，在靠近滑枕5一侧的所述支撑平台3的安装面上开有凹槽，所述预热元件9安装在所述凹槽内。

由于支撑平台3和打印基板2通过紧固件(螺钉1)连接紧固在一起，预热元件9预热时产生的热量，会快速传递到打印基板2上，以满足打印所需的温度要求。另外，由于预热元件9安装于支撑平台3内部，预热的同时，热量上行传导引起支撑平台3的热变形，导致打印基板2随动变形，为消除该变形，在滑枕5和支撑平台3之间设计了热变形自动调整结构8，既能实现两部分的连接，又能实现对基板工作姿态的动态调整。

具体地，如图4所示，所述热变形自动调整结构8包括密封盖10、上平垫11、弹性体12、下平垫13和调整螺钉14，其中，调整螺钉14穿过支撑平台3和隔热层6的孔后与滑枕5螺纹连接，调整螺钉14的头部刚性连接密封盖10，且密封盖10的上端面连接打印基板2，弹性体12设在调整螺钉14的杆部中段，上平垫11和下平垫13分别套设在弹性体12两侧的杆部。

当连接固定打印基板2的支撑平台3产生热变形时，两者与滑枕5之间相当于预应力连接，提高了连接柔性，当温度升高时，由于连接部位预应力的存在，使热应力释放，并抵消大部分热变形，最终热变形均匀，避免打印基板2发生不规则翘曲。同时热变形引发每个自动调整结构8进行实时调整，通过相对位移和弹性体12的自由伸缩，保持打印基板2的水平精度和平面度精度，从而保证打印基板的工作精度，满足打印件的精度质量需求。其中，弹性体12为多片开有安装通孔的环形弹性片，该环形弹性片的环形面向中心轴同侧倾斜，形成底部开孔的凹片，至少2片的所述环形弹性片两两对合地叠穿在所述调整螺钉14上，形成组合式弹性体12。优选地，本发明实施例采用了弹簧钢制备弹性体12。本发明专用的弹性体12能够有效满足根据热变形进行有效调节的要求，采用组合式结构，具有负荷大，行程短，所需空间小，维修拆装容易等优点。

作为另一种优选实施例，多组热变形自动调整结构8呈中心对称地设置在支撑平台3与滑枕5的连接部位，实现了对称式的调整热变形，使得调整更均匀、高效。本实施例中，优选采用4组所述热变形自动调整结构8成对的对称设在所述支撑平台3的4个安装角上。

综上，本发明由隔热层6和热变形自动调整结构8相辅相成、共同作用实现，其中，隔热层6将热源本体和升降机构隔开，避免热量的接触式传导，起到减少升降部件热变形的作用。而热变形自动调整结构8则根据支撑平台3受温度变化产生的变形，在预应力机构的作用下，对热传导引起的打印基板2的热变形进行实时自动调整，保证打印基板2的预热功能和工作精度，最终保证实现激光选区熔化成形设备升降运行精度、铺粉精度和成形件的打印精度。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。