本发明属于激光3d打印技术领域，具体涉及一种多功能slm装置。
背景技术：
选择性激光熔化技术(selectivelasermelting,slm)作为快速成型制造技术中的一种，利用激光束作为热源对单层粉末进行有选择地加热熔化，是单层内和层间的粉末颗粒发生粘结，最终能快速成形出复杂形状的三维实体。在工件成形过程中，由于工作台底板温度较低，而激光熔化单层粉末产生的温度高，随着成形高度的增加，逐渐形成较大的温度梯度，引发热应力，进而导致工件内部出现裂纹，影响力学性能。
工艺上通过添加预热模块，能有效改善裂纹现象。工业上采用在底板位置安装加热棒，通过与底板接触的粉末，将热量传递到当前粉末层。虽然结构简单，但由于成形平面逐渐远离底板，底板预热对于靠近底板的初始几层成形效果比较明显，而对于后续的成形层影响不大。工业应用中发现，该方式的预热温度很难超过200℃，如果提高加热棒功率，容易发生烧坏甚至短路现象。在加热更高的温度时，加热速率被限制，增加了生产的时间成本。同时，对于更高的预热温度，成形室内的周围材料易与空气中的氧发生反应，进而产生氧化现象，不利于成型室的维护。通过不断将惰性气体注入成型室内，强制进行对流循环，成型室内空气氧含量不断被稀释和降低，使成型室内氧含量降至100ppm(0.01％)以下，但这种方法耗时长，浪费惰性气体，经济效益差，增加生产成本。同时，在激光成形过程中，激光激起的粉尘由惰性气体带出，夹杂颗粒杂质的气体不能再次使用，不利于经济成本的考虑。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种多功能slm装置，该装置首先将成型室抽真空，无氧条件，将感应加热与红外加热两种方式结合起来，加热速度快，应用材料范围广，能够大幅缩短加热时间，显著提高工件质量。
一种多功能slm装置，包括预热模块、抽真空模块、气体循环过滤模块、铺粉机构，所述预热模块与抽真空模块相连，预热模块与气体循环过滤模块相连；
预热模块包括工作箱1、基板2、底板4、感应加热线圈5、丝杠6、活塞7、成型缸8、冷水管9、套筒10、成型室15、红外加热灯18、转头181、支座182、光路通道19、工作台21、舱门42、温度传感器43、保温套44；
抽真空模块包括防尘筛网11、电磁阀ⅰ12、真空泵13、消音器14、氧含量检测仪16、压力传感器17、安全阀20；
气体循环过滤模块包括进气口22、排气口23、过滤装置壳体24、出气口25、电磁阀ⅱ27、气瓶28、一级进气过滤口30、挡板ⅰ31、挡板ⅱ32、锁紧环33、滤芯34、支撑轴36、二级进气过滤口37、导气口38、气流通道39、隔板ⅰ40、隔板ⅱ41；
所述工作箱1内设有底板4、感应加热线圈5、丝杠6、活塞7、成型缸8、冷水管9、套筒10、保温套44，工作箱1与成型室15之间设有工作台21，工作台21中部设有孔洞，孔洞内设有基板2，基板2与底板4的一端连接，底板4的另一端连有活塞7，活塞7上还连有丝杠6，底板4的外部设有保温套44，保温套44的外部设有感应加热线圈5，底板4、感应加热线圈5、保温套44、丝杠6、活塞7设置在成型缸8内部，成型缸8外部设有冷水管9，成型缸8、冷水管9设置在套筒10内部；工作台21上还开有抽气孔，抽气孔上设有防尘筛网11，抽气孔与真空泵13连接，真空泵13上设有消音器14；抽气孔与真空泵13之间设有电磁阀ⅰ12；
成型室15一侧开有舱门42，成型室15还设有氧含量检测仪16、压力传感器17、红外加热灯18、安全阀20、温度传感器43，氧含量检测仪16用于监测成型室15内的氧气含量，压力传感器17用于监测成型室15内的压力情况，温度传感器43的探头插入成型缸8内部用于监测基板2的温度，红外加热灯18用于加热基板2表面，红外加热灯18设置在转头181上，转头181通过支座182设置在成型室15内壁顶部，红外加热灯18的数量为一个以上且对应设置转头和支座，光路通道19设置在成型室15顶部并与基板2上表面正对，成型室15两侧设有进气口22和排气口23；
进气口22与气瓶28连接，进气口22与气瓶28之间设有电磁阀ⅱ27；
出气口23与过滤装置壳体24上的一级进气过滤口30连接，过滤装置壳体24内部设有挡板ⅰ31、挡板ⅱ32、锁紧环33、滤芯34、支撑轴36、气流通道39、隔板ⅰ40、隔板ⅱ41；过滤装置壳体24顶部设置一级进气过滤口30，过滤装置壳体24的侧面设置出气口25，挡板ⅰ31和挡板ⅱ32的一端设置在过滤装置壳体24内壁上，另一端悬空，挡板ⅰ31和挡板ⅱ32交错设置在过滤装置壳体24相对的两块内壁上，挡板ⅰ31和挡板ⅱ32之间形成气流通道39，支撑轴36穿过滤装置壳体24顶部，锁紧环33将滤芯34固定在支撑轴36上，滤芯34两侧设有隔板ⅰ40、隔板ⅱ41，隔板ⅰ40靠近挡板ⅰ31和挡板ⅱ32这一侧，隔板ⅰ40下部设有二级进气过滤口37，隔板ⅱ41与隔板ⅰ40以滤芯34为中轴对称设置，隔板ⅱ41上部设有导气口38；
所述铺粉机构按照常规方式设置在装置内部。
所述电磁阀ⅱ27与气瓶28之间设有回流口26，回流口26与出气口25连接。
所述的电磁阀ⅰ12、真空泵13、氧含量检测仪16、压力传感器17、安全阀20、电磁阀ⅱ27、温度传感器43、红外加热灯18的转头181、铺粉机构的电机通过导线与plc控制器29电性连接，plc控制器29对各个部件进行自动控制，plc控制器29为常规市购控制器。
所述基板2与底板4通过紧固螺钉3连接。
所述丝杠6下端与伺服电机连接并由伺服电机控制升降运动，伺服电机与plc控制器29连接。
所述活塞7表面覆有隔热材料，隔热材料包括玻璃纤维、石棉和硅酸盐，硅酸盐包括硅酸铝、硅酸镁等。
所述底板4为不锈钢板或碳钢板，所述基板2为不锈钢板、碳钢板或钛合金板，根据实际成形粉末选用；所述底板4的厚度大于基板2的厚度。
所述挡板ⅰ31的数量为一个以上，挡板ⅱ32的数量为一个以上。
所述支撑轴36通过沉头螺钉35固定在过滤装置壳体24上。
所述滤芯34为聚酯纤维无纺布。
所述气瓶28内装有惰性气体，惰性气体包括氮气、氩气等。
所述多功能slm装置的工作步骤如下：
步骤1：抽真空
(1)plc控制器29设定下开启抽真空程序，接通电磁阀ⅰ12，开启压力传感器17、氧含量检测仪16、开启真空泵13，真空泵13上的消音器14同时开始工作，对成型室15抽真空；
(2)当抽真空至压力传感器17显示成型室15内的压强为-30kpa时，停止真空泵13，开启电磁阀ⅱ27，打开气瓶28，通入惰性气体，当压力传感器17显示成型室15内的压强高至10kpa时，关闭电磁阀ⅱ27，开启安全阀20，使成型室15内压强下降至2kpa，并观察氧含量检测仪16所示氧含量变化，如果氧含量值高于100ppm，重复上述流程，直到氧含量检测仪16显示成型室15内氧含量浓度低于100ppm时，关闭电磁阀ⅰ12，关闭真空泵13；
步骤2：plc控制器29驱动铺粉机构，将需要进行成型的粉末材料以打印产品一个层厚高度平铺在基板2上表面；
步骤3：预热
(1)开启冷水机，水流从冷水管9下端流入，通过plc控制器29使感应加热线圈5通电，感应加热线圈5将底板4加热，在保温套44的保护下，温度通过底板4传递给基板2并形成热量累积；
(2)plc控制器29开启红外加热灯18给基板2表面加热，plc控制器29通过控制转头181以调节红外加热灯18热源辐射角度，使微波辐射范围覆盖基板2表面，加速热量积累，温度传感器43实时显示基板2预热温度；
步骤4：通入惰性气体
打开气瓶28，plc控制器29开启电磁阀ⅱ27，在进气口22处向成型室15中通入惰性气体，气流通过工作台21平面后由排气口23流入过滤装置外壳24中；
步骤5：激光成型及气体过滤
(1)温度传感器43实时显示基板2的温度，当达到预热温度后，持续通入惰性气体，打开激光源，开始打印，激光通过光路通道19照射在基板2上熔化粉末材料，即可进行打印成型；
(2)在成型过程中，从进气口22进入的气流经过基板2表面混入激光烧损粉末的杂质，从一级进气过滤口30进入并沿着气流通道39运动，通过与挡板ⅰ31和挡板ⅱ32的碰撞，完成一级过滤后沿着隔板ⅰ40下方的二级进气过滤口37进入滤芯34中，完成二级过滤后从隔板ⅱ41上方的导气口38流出，经过出气口25流向回流口26重新流入成型室15中，完成循环使用；
(3)当基板2上成型了一层材料后，丝杆6在伺服电机的作用下向下移动，丝杆6带动底板4向下运动，底板4带动基板2下行相同的层厚高度，再铺粉打印下一层，逐层扫描完成工件成型打印后，关闭激光源，plc控制器29关闭红外加热灯18、感应加热线圈5，关闭与丝杆6相连的伺服电机，关闭气瓶28和电磁阀ⅱ27，持续开启冷却水，待温度传感器43显示的基板2表面的温度降至室温后打开舱门42，取出工件。
本发明的优势为：
(1)相比较于传统的电阻丝或电热棒加热底板，感应加热结合红外加热的方式使加热速度增加，加热效率高，运行成本低，确保工件底部具有热量积累。
(2)反复抽真空、充入惰性气体能迅速降低氧含量，避免气体的浪费，节约时间成本和经济成本，同时在真空状态下，避免了残余的氧气与成型室内的材料发生氧化反应，有利于成型室的维护。
(3)惰性气体的持续注入避免了成型过程中激光激起的烟尘对于成型的不利影响，且维持气体的氧含量在限度范围内，避免了粉尘燃爆危险。
(4)循环过滤装置的二级过滤结构，有效过滤了气体中携带的颗粒杂质，显著净化气体，提高气体的使用率，延长滤芯的使用寿命，降低经济成本。
(5)基板的高温预热有利于降低成形过程中的热应力，减少温度梯度，显著提高零件力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1装置的部分结构剖视图；
图3为本发明实施例1装置的部分结构剖视图；
图中：1-工作箱，2-基板，3-紧固螺钉，4-底板，5-感应加热线圈，6-丝杠，7-活塞，8-成型缸，9-冷水管，10-套筒，11-防尘筛网，12-电磁阀ⅰ，13-真空泵，14-消音器，15-成型室，16-氧含量检测仪，17-压力传感器，18-红外加热灯，181-转头，182-支座，19-光路通道，20-安全阀，21-工作台，22-进气口，23-排气口，24-过滤装置外壳，25-出气口，26-回流口，27-电磁阀ⅱ，28-气瓶，29-plc控制器，30-一级进气过滤口，31-挡板ⅰ，32-挡板ⅱ，33-锁紧环，34-滤芯，35-沉头螺钉，36-支撑轴，37-二级进气过滤口，38-导气口，39-气流通道，40-隔板ⅰ，41-隔板ⅱ，42-舱门，43-温度传感器，44-保温套。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步详细说明，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征在不相冲突前提下的相互结合，均在本发明的保护范围之内，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种多功能slm装置，如图1、2、3所示，包括预热模块、抽真空模块、气体循环过滤模块、铺粉机构，所述预热模块与抽真空模块相连，预热模块与气体循环过滤模块相连；
预热模块包括工作箱1、基板2、底板4、感应加热线圈5、丝杠6、活塞7、成型缸8、冷水管9、套筒10、成型室15、红外加热灯18、转头181、支座182、光路通道19、工作台21、舱门42、温度传感器43、保温套44；抽真空模块包括防尘筛网11、电磁阀ⅰ12、真空泵13、消音器14、氧含量检测仪16、压力传感器17、安全阀20；气体循环过滤模块包括进气口22、排气口23、过滤装置壳体24、出气口25、电磁阀ⅱ27、气瓶28、一级进气过滤口30、挡板ⅰ31、挡板ⅱ32、锁紧环33、滤芯34、支撑轴36、二级进气过滤口37、导气口38、气流通道39、隔板ⅰ40、隔板ⅱ41；
工作箱1内设有底板4、感应加热线圈5、丝杠6、活塞7、成型缸8、冷水管9、套筒10、保温套44，工作箱1与成型室15之间设有工作台21，工作台21中部设有孔洞，孔洞内设有基板2，基板2与底板4的一端通过紧固螺钉3连接，底板4为不锈钢板，基板2为不锈钢板，具体根据实际成形粉末选用，底板4的厚度比基板2的厚度大2cm；底板4的另一端连有活塞7，活塞7表面覆有隔热材料，隔热材料为石棉，石棉厚度为5cm，活塞7上还连有丝杠6，丝杠6下端与伺服电机连接并由伺服电机控制升降运动，底板4的外部设有保温套44，保温套44的外部设有感应加热线圈5，底板4、感应加热线圈5、保温套44、丝杠6、活塞7设置在成型缸8内部，成型缸8外部设有冷水管9，成型缸8、冷水管9设置在套筒10内部；工作台21上还开有抽气孔，抽气孔上设有防尘筛网11，抽气孔与真空泵13连接，真空泵13上设有消音器14，抽气孔与真空泵13之间设有电磁阀ⅰ12；
成型室15一侧开有舱门42，成型室15还设有氧含量检测仪16、压力传感器17、红外加热灯18、安全阀20、温度传感器43，氧含量检测仪16用于监测成型室15内的氧气含量，压力传感器17用于监测成型室15内的压力情况，温度传感器43的探头插入成型缸8内部用于监测基板2的温度值，红外加热灯18用于加热基板2表面，红外加热灯18设置在转头181上，转头181通过支座182设置在成型室15内壁顶部，红外加热灯18的数量为两个且对应设置转头和支座，光路通道19设置在成型室15顶部并与基板2上表面正对，成型室15两侧设有进气口22和排气口23；进气口22与气瓶28连接，气瓶28内装有惰性气体氩气，进气口22与气瓶28之间设有电磁阀ⅱ27，电磁阀ⅱ27与气瓶28之间设有回流口26，回流口26与出气口25连接；
出气口23与过滤装置壳体24上的一级进气过滤口30连接，过滤装置壳体24内部设有挡板ⅰ31、挡板ⅱ32、锁紧环33、滤芯34、支撑轴36、气流通道39、隔板ⅰ40、隔板ⅱ41；过滤装置壳体24顶部设置一级进气过滤口30，过滤装置壳体24的侧面设置出气口25，挡板ⅰ31和挡板ⅱ32的一端设置在过滤装置壳体24内壁上，另一端悬空，挡板ⅰ31和挡板ⅱ32交错设置在过滤装置壳体24的相对的两块内壁上，挡板ⅰ31和挡板ⅱ32之间形成气流通道39，挡板ⅰ31的数量为三个，挡板ⅱ32的数量为三个，支撑轴36上面穿过滤装置壳体24顶部，支撑轴36通过沉头螺钉35固定在过滤装置壳体24上，锁紧环33将滤芯34固定在支撑轴36上，滤芯34为聚酯纤维无纺布，滤芯34两侧设有隔板ⅰ40、隔板ⅱ41，隔板ⅰ40靠近挡板ⅰ31和挡板ⅱ32这一侧，隔板ⅰ40下部设有二级进气过滤口37，隔板ⅱ41与隔板ⅰ40以滤芯34为中轴对称设置，隔板ⅱ41上部设有导气口38。
铺粉机构按照常规方式设置在装置内部，铺粉机构常规设置，没有在附图中出现，本实施例铺粉机构包括电机、转轴、机械臂、连接杆、刮板，转轴、机械臂、连接杆、刮板设置在成型室15内部，电机设置在工作箱1中，转轴下端与电机相连，机械臂固定在转轴上，机械臂与连接杆相连，刮板由螺钉固定在连接杆上，通过电机转动，转轴带动机械臂运动，进而使刮板移动。
电磁阀ⅰ12、真空泵13、氧含量检测仪16、压力传感器17、安全阀20、电磁阀ⅱ27、温度传感器43、红外加热灯18的转头181、铺粉机构的电机通过导线与plc控制器29电性连接，plc控制器29对各个部件进行自动控制，plc控制器29为常规市购控制器，型号为oemaxnx70系列，与丝杆6连接的伺服电机与plc控制器29连接。
多功能slm装置的工作步骤如下：
步骤1：抽真空
(1)plc控制器29设定下开启抽真空程序，接通电磁阀ⅰ12，开启压力传感器17、氧含量检测仪16、开启真空泵13，真空泵13上的消音器14同时开始工作，对成型室15抽真空；
(2)当抽真空至压力传感器17显示成型室15内的压强为-30kpa时，停止真空泵13，开启电磁阀ⅱ27，打开气瓶28，通入氩气，当压力传感器17显示成型室15内的压强高至10kpa时，关闭电磁阀ⅱ27，开启安全阀20，使成型室15内压强下降至2kpa，并观察氧含量检测仪16所示氧含量变化，如果氧含量值高于100ppm，重复上述流程，直到氧含量检测仪16显示成型室15内氧含量浓度低于100ppm时，关闭电磁阀ⅰ12，关闭真空泵13；
步骤2：plc控制器以驱动铺粉机构，铺粉机构由电机、转轴、机械臂、连接杆、刮板组成，电机设置在工作箱1中，转轴、机械臂、连接杆、刮板设置在成型室15中，转轴下端与电机相连，机械臂固定在转轴上，机械臂与连接杆相连，刮板由螺钉固定在连接杆上，通过电机转动，转轴带动机械臂运动，进而使刮板移动，将无氧铜粉末以0.03mm的层厚高度平铺在基板2上表面；
步骤3：预热
(1)开启冷水机，水流从冷水管9下端流入，通过plc控制器29使感应加热线圈5通电，感应加热线圈5将底板4加热，在保温套44的保护下，温度通过底板4传递给基板2并形成热量累积；
(2)plc控制器29开启红外加热灯18开始给基板2表面加热，plc控制器29通过控制转头181以调节红外加热灯18热源辐射角度，使微波辐射范围覆盖基板2表面，加速热量积累，温度传感器43实时显示基板2预热温度；
步骤4：通入惰性气体
打开气瓶28，plc控制器29开启电磁阀ⅱ27，在进气口22处向成型室15中通入氩气，气流通过工作台21平面后由排气口23流入过滤装置外壳24中；
步骤5：激光成型及气体过滤
(1)温度传感器43实时显示基板2的温度，当达到150℃后，持续通入氩气，打开激光源，开始打印，激光通过光路通道19照射在基板2上熔化无氧铜粉末，即可进行打印成型；
(2)在成型过程中，从进气口22进入的气流经过基板2表面混入激光烧损粉末的杂质，从一级进气过滤口30进入并沿着气流通道39运动，通过与挡板ⅰ31和挡板ⅱ32的碰撞，完成一级过滤后沿着隔板ⅰ40下方的二级进气过滤口37进入滤芯34中，完成二级过滤后从隔板ⅱ41上方的导气口38流出，经过出气口25流向回流口26重新流入成型室15中，完成循环使用；
(3)当基板2上成型了一层无氧铜粉末后，丝杆6在伺服电机的作用下向下移动，丝杆6带动底板4向下运动，底板4带动基板2下行0.03mm的层厚高度，再铺粉打印下一层，逐层扫描完成工件成型打印后，关闭激光源，plc控制器29关闭红外加热灯18、感应加热线圈5，关闭与丝杆6相连的伺服电机，关闭气瓶28和电磁阀ⅱ27，持续开启冷却水，待温度传感器43显示的基板2表面的温度降至室温后打开舱门42，取出无氧铜零件。
挡板ⅰ31和挡板ⅱ32的数量变化，活塞7表面涂覆有隔热材料变化，基板2和底板4的材质变化时，同样可以取得很好的使用效果。