CN103600072B - 多金属液态喷射沉积增材制造设备 - Google Patents

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刘丰
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Abstract

本发明提供了一种多金属液态喷射沉积增材制造设备。根据本发明的多金属液态喷射沉积增材制造设备，包括沉积室，设置在沉积室上方的加热装置，与加热装置相连的喷头，位于沉积室内部的底座，与底座滑动连接的工作台，连接并控制所述喷头、工作台的专用集成控制系统。本发明的加热装置可以为一个，也可以是多个，加热装置内可以加热熔化一种金属材料，也可以加热熔化多种金属材料，工作台可沿X轴和Y轴方向往复移动，专用集成控制系统可控制多个喷头同时喷射，也可以是单个喷头喷射沉积，获得高致密度的多金属零件，喷射沉积效率高，实现多金属零件的精密、快速制造，成形零件不仅整体硬度和韧性高，而且可根据需要获得较好的局部使用性能。

Description

多金属液态喷射沉积增材制造设备
技术领域
本发明涉及特种加工机床和增材制造技术领域，更具体地，涉及一种多金属液态喷射沉积增材制造设备。
背景技术
金属喷射成形技术是一种快速凝固成形材料制备技术，该方法是把液态金属的雾化(快速凝固)以及雾化熔滴的沉积(熔滴动态致密固化)自然地结合起来，用最少的工序，直接从液态金属制取高性能材料或近成形零件。采用金属喷射沉积技术及设备既克服了传统铸造过程中存在的砂眼、粘砂、气孔、缩孔等缺点，又摈弃了粉末冶金工序繁多，氧化严重等不足。同时又兼有粉末冶金技术的优点，是一种极具竞争力的快速凝固工艺。由于快速凝固的组织优势，各种喷射沉积材料的组织性能，如耐蚀、耐磨、磁性、强度、韧性等性能指标较常规铸锻工艺生产的材料有大幅度提高，可与粉末冶金材料的组织性能相当。
对于金属喷射成形技术工业化生产而言，需要保证足够的加工效率，满足不同的金属零件工艺性能，但是目前的金属喷射成形技术及设备，一般都是采用单一喷头或两个喷头喷射同种金属或同种合金，生产速率低，且生产的坯件材料单一，无法满足多金属零部件快速制造的需求。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种能够实现多金属零部件快速、精密制造的多金属液态喷射沉积增材制造设备。
发明提供了一种多金属液态喷射沉积增材制造设备，包括沉积室，设置在沉积室上方的加热装置，与加热装置相连的喷头，位于沉积室内部的底座，与底座滑动连接的工作台，安装在工作台上的沉积基底，连接并控制所述喷头、工作台的专用集成控制系统，加热装置可以为一个，也可以是多个，加热装置内可以加热熔化一种金属材料，也可以同时加热熔化多种金属材料，工作台可沿X轴和Y轴方向往复移动，专用集成控制系统可控制多个喷头同时喷射沉积，也可以是单个喷头沉积。
进一步地，工作台可沿Z轴方向进行往复移动。
进一步地，加热装置和喷头可在驱动系统带动下同时沿Z轴方向进行往复移动。
进一步地，喷头直径可以相同也可以不同。
进一步地，每个喷头可以单独控制喷射速率。
进一步地，加热装置包括熔炼炉、电炉、坩埚炉、感应加热装置、等离子加热装置。
采用本发明的多金属液态喷射沉积增材制造设备，包括多个加热装置和喷头，可控制多个喷头同时喷射多种金属沉积成形，获得高致密度的多金属零件，喷射沉积效率高，实现多金属零件的精密、快速制造，成形零件不仅整体硬度和韧性高，而且可根据需要获得较好的局部使用性能。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的多金属液态喷射沉积增材制造设备结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明的多金属液态喷射沉积增材制造设备，包括沉积室，设置在沉积室上方的加热装置，与加热装置相连的多个喷头，位于沉积室内部的底座，与底座滑动连接的工作台，安装在工作台上的沉积基底，连接并控制喷头、工作台的专用集成控制系统，加热装置为一个或多个，加热装置用于加热熔化一种金属材料或同时加热熔化多种金属材料，工作台可沿X轴和Y轴方向往复移动，专用集成控制系统控制所述多个喷头中的多个同时喷射沉积或者控制所述多个喷头中的单个喷头单独喷射沉积。
如图1所示，工作台4可沿Z轴方向进行往复移动，加热装置1和喷头8可在驱动系统带动下同时沿Z轴方向进行往复移动。
在本实施例中，喷头8直径可以相同也可以不同，加热装置1可以是熔炼炉、电炉、坩埚炉、感应加热装置、等离子加热装置等，配有各种原辅材料加料系统，可以是多个加热装置1分别执行材料加热熔化，也可以是一个加热装置1分别执行多种材料加热熔化，为本发明的多金属液态喷射沉积增材制造设备喷射沉积成形准备多种金属熔融材料。
专用集成控制系统10运行多金属液态喷射沉积工艺相配套的专用控制软件，结合多金属件轮廓和内部材料组织性能要求，对工作台4、加热装置1、喷头8进行数字化控制。
优选地，金属材料在加热熔化过程可以是在大气环境下、真空环境下也可以是在保护气体环境下。
优选地，喷射沉积过程可以是在真空环境下也可以是在保护气体环境下。
优选地，通过控制工作台在X轴和Y轴方向的运动速度，可使喷射沉积过程具有不同的扫描速度，采用不同的喷头8、不同的喷射速率和不同的扫描速度进行多金属零件不同区域的填充，可生产出局部具有特殊使用性能的多金属零件。
利用本发明制造一个底部材料为A金属、L形拐角区域为C金属、其他部分为B金属的零件，加工过程描述如下：
利用计算机建立成形零件的三维CAD实体模型；将该三维实体模型在Z向分层，即将三维实体模型分成可加工单层厚度的层状模型；利用计算机对成形零件喷射沉积工艺进行分析，生成各层的喷射扫描路径。
加热装置1中分别放入A、B、C三种金属为原材料，沉积基底7固定在工作台上，接通电源，专业集成控制系统10按照设置好的参数对设备各部分进行控制：真空泵9运行将加热装置1内抽成所需真空环境，加热装置1加热熔炼出所需的A金属液、B金属液和C金属液，真空泵11运行，沉积室5内抽出所需真空环境；专业集成控制系统10控制工作台4在XY平面内按照设定的扫描路径运动，选择a喷头和适合的喷射速率喷射A金属液，一层喷射完毕之后，工作台下降一个层厚，逐层喷射；多金属零件3底部喷射沉积成形后，选择b喷头和适合的喷射速率喷射B金属液，一层喷射完毕之后，工作台下降一个层厚，逐层喷射；待B金属材料沉积一定的厚度时，某一喷射层同时出现B、C两种金属材料，按照该喷射层扫描路径和材料区域信息，交替选择b喷头和适合的喷射速率喷射B金属液、c喷头和适合的喷射速率喷射C金属液，一层喷射完毕之后，工作台下降一个层厚，逐层喷射，最终完成整体硬度和韧性高，且局部性能好的多金属零件3的快速、精密制造。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
采用本发明的多金属液态喷射沉积增材制造设备可控制多个喷头同时喷射多种金属沉积成形，获得高致密度的多金属零件，喷射沉积效率高，实现多金属零件的精密、快速制造，成形零件不仅整体硬度和韧性高，而且可根据需要获得较好的局部使用性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多金属液态喷射沉积增材制造设备，包括沉积室(5)，设置在所述沉积室(5)上方的加热装置(1)，与所述加热装置(1)相连的多个喷头(8)，位于所述沉积室内部的底座(6)，与所述底座(6)滑动连接的工作台(4)，安装在所述工作台上的沉积基底(7)，连接并控制所述喷头(8)和工作台(4)的专用集成控制系统(10)，其特征在于，所述加热装置(1)为一个或多个，所述加热装置(1)用于加热熔化一种金属材料或同时加热熔化多种金属材料，所述工作台(4)可沿X轴和Y轴方向往复移动，所述加热装置(1)和喷头(8)可在驱动系统带动下同时沿Z轴方向进行往复移动，所述专用集成控制系统(10)控制所述多个喷头中的多个同时喷射沉积或者控制所述多个喷头中的单个喷头单独喷射沉积。
2.根据权利要求1所述的多金属液态喷射沉积增材制造设备，其特征在于，所述工作台(4)可沿Z轴方向进行往复移动。
3.根据权利要求1所述的多金属液态喷射沉积增材制造设备，其特征在于，所述多个喷头(8)的直径相同或不相同。
4.根据权利要求1所述的多金属液态喷射沉积增材制造设备，其特征在于，所述多个喷头(8)均可以单独控制喷射速率。
5.根据权利要求1所述的多金属液态喷射沉积增材制造设备，其特征在于，所述加热装置包括熔炼炉、电炉、坩埚炉、感应加热装置和等离子加热装置中的一个或多个。
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