双光源选择性激光烧结成型中预热温度场研究

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选择性激光烧结(selectivelaser sintering，SLS)已在快速模具制造中广泛应用I 。双光源选择性激光烧结成型以覆膜砂为加工原料，能够快速制作大尺寸、高精度及复杂形状的铸造模具，但同时对预热系统提出了新的要求。没有预热，或者预热温度不均匀，会增加成型时间，降低成型件的性能和精度，甚至烧结过程不能进行 。因此，加工面上均匀的温度场分布是 SLS加工的基础，也是预热装置中精准控温及优化预热温度的保证。

在选择性激光烧结成型机的丁作腔内，存在三种热传递方式：热辐射、热对流、热传递。根据传热学的基本规律，工作腔内的热对流和热传导是有利于工作平面温度场趋向均匀的，所以导致]-作平面温度场不均匀的主要原因是辐射热源加热时对丁作平面上各点粉末的辐射强度不同 。

2加热管与受热面之间的辐射热传递为简化计算，可忽略热传导及热对流对于整个受热面的影响。加热管与受热面之间的热传递，可使用互相作用法则和史蒂芬-波斯曼法则得到f ：Q- 8 ( - ，) (1)式中：Q～-加热管面r对受热面 r凡可传递的热量；A，-加热管面r的加热面积；o～ 史蒂芬波斯曼常数； ， 加热管面温度，受热面温度； 加热管面r对于受热面 m的角系数，表示加热管面 r中的能量能直接落在受热c而m的rT分比，是-个无刚量参数。

在上式中，除角系数外均为已知量，则可知角系数 为影响热量传递效果的主要因素。

因此，针对双光源选择性快速成型机的矩形成型T作而，采用四周布置四根红外加热管的方式，其对于受热面上某微元而，1的预热温度可由这四个管的角系数总和来表示：(～严 (-) (～) (- ) (-) (2)式中： ～厂微元面 4所接受到红外加热管的总角系数； ～，(-)， (-)， (-厂 四个红外加热管对微元面A的各个角系数。

计算空间中任意的两个表面之间的辐射角系数的公式为㈧：F～ L，.1 ，来稿日期 ：2012-O7-l0基金项目：陕西省自然科学基金(2012JZ7001)；陕西侍育厅科学研究计划资助(12JK0663)作者简介：杨来侠，(1961-)，女，回族，博士，教授，副处长，主要研究方向：快速成型与模具制造方面的研究与开发No.5Mav.201 3 机械设计与制造 87照对比，结果如图5所示，整个受热面温度场分布更加均匀。

4实验研究实验加热平台使用四根红外加热管 ，根据初步实验，确定其功率均为 IO00W，其中S组有两根，长度是 650mm，L组有两根，长度是 1 1 50mm。在考虑辐射力的情况下，全功率点亮加热管，可近似的认为 组的辐射力大约是 S组辐射力的0.5倍 ，即在(1)式中，其他参数不改变的情况下，组的角系数应为 s组的0.5倍。在加热试验平台上，按照图6中的关键位置取点，在改变s组与L组的垂直高度下 ，使用型号为 SM520的手持式红外测温仪对关键点进行实际的温度检测，测温时，按照-定顺序先记录-遍 ，再逆顺序记录-遍，取平均值，为-组数据 ，不同高度下记录三组数据，然后与ANSYS有限元模拟结果比较，实际温度场分布与模拟结果的基本吻合。

l 2 i 3 4 5 - -i--- l0 i 9 l 8l 7 i 6- - ～ - I- ～ J - - b- I1 l 12 l 13 i l4 l 15图6测温点分布图Fig.6 Distribution of Temperature Measuring Point经过计算与实际测温，寻找出最佳温度场分布结果。所搭建的实验平 台中 ，当组距离受热面 400mm，S组距离受热面500mm时，受热面温度最高处为 73.1。，最低处为 66.3。，相差6.8。。与ANSYS有限元模拟结果-致，如图7所示。

(b)图7最佳温度分布Fig.7 Optimum Distribution of Preheating Temperature Field5结论(1)对于矩形大尺寸受热面而言，不等高加热管相对于传统的等高度加热管受热面温度场分布的均匀性更好；改变加热管组的加热功率及对受热面边界进行恒温保温，也可有效地改善温度场的分布。(2)在受热面为(1 100x600)mm，长管组安装高度为400mm，短管组安装高度为 500mm时，受热面温度场分别更均匀，即整个受热面区域温差不超过 8。，满足了预热要求。