CN107520447A - 一种金属增材制造装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属增材制造装置，包括料仓、电磁加热装置和电磁感应线圈，所述料仓上端开有金属原料入口，所述料仓下端开有喷口，所述电磁加热装置靠近所述料仓设置，所述电磁感应线圈缠绕在所述料仓下部并靠近所述喷口设置，所述电磁加热装置位于所述电磁感应线圈上方。本发明还公开了一种金属增材制造方法，包括将金属原料从金属原料入口放入料仓；电磁加热装置对金属原料进行加热，使金属原料熔化为金属熔液；通过缠绕在料仓下部的电磁感应线圈控制金属熔液在料仓喷口处的流速。采用本发明的装置和方法，可以提高设备效率，降低大型和超大型工件的加工成本，降低设备成本，实现金属增材制造的普及。
Description
技术领域
本发明属于金属增材制造技术领域，具体涉及一种金属增材制造方法，还涉及了一种用于该方法的金属增材制造装置。
背景技术
增材制造技术，是指通过逐层增加材料的方式将数字模型制造成三维实体物件的过程，其基本特征是分层制造。金属增材制造，在金属加工成型中具有重大意义，可以大幅提高加工效率，节约材料和时间。常用的金属增材技术主要包括：粉床分层成形、电弧熔丝沉积成形和激光直接沉积增材成形。粉床分层成形，是以激光或电子束对金属粉末进行加热熔接，层叠成形。电弧熔丝沉积成形，是以电弧熔焊的方式进行金属堆叠成形。激光直接沉积增材成形，是以激光对工件表面加热熔化并加以粉末喷射堆积成形。
激光直接沉积增材成形受激光器的限制，电弧熔丝沉积成形受电子束和电弧功率的限制，成型速度慢，大功率电弧难以控制成形精度，不适合大型工件的制造。粉床分层成形粉末间存在空隙，影响工件强度。激光直接沉积增材成形金属粉末需要气体推动，制造设备成本高难于推广。而且，现有技术中的增材制造装置通常采用电磁阀等进行送料控制，控制不方便，结构较复杂。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明的目的是提供一种加工效率更高，适合大型工件的制造，送料控制方便，结构简单，且加工成本低的金属增材制造装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的金属增材制造装置，包括料仓、电磁加热装置和电磁感应线圈，所述料仓上端开有金属原料入口，所述料仓下端开有喷口，所述电磁加热装置靠近所述料仓设置，所述电磁感应线圈缠绕在所述料仓下部并靠近所述喷口设置，所述电磁加热装置位于所述电磁感应线圈上方。
可选的，所述料仓为非金属耐热腔体。
进一步的，所述料仓下部内凹，所述电磁感应线圈缠绕在所述料仓下部的内凹处。
进一步的，所述电磁感应线圈由多个线圈复合组成。
可选的，所述电磁加热装置安装于所述料仓周边。
可选的，所述电磁感应线圈下设有工件表面加热器，所述工件表面加热器安装在所述料仓上并靠近所述喷口设置。
可选的，所述料仓下方设有工作台。
本发明还提供一种金属增材制造方法，包括如下步骤：
将金属原料从金属原料入口放入料仓；
电磁加热装置对金属原料进行加热，使金属原料熔化为金属熔液；
通过缠绕在料仓下部的电磁感应线圈控制金属熔液在料仓喷口处的流速。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的金属增材制造装置，采用电磁加热装置产生电磁感应或电磁辐射对金属原料进行加热，采用电磁感应线圈产生的电磁力或电动力对金属熔液进行挤出控制，可以提高加工效率，降低大型和超大型工件的加工成本，降低设备成本，实现金属增材制造的普及，该装置还可以根据材料或工艺需求，选择在空气，惰性气体保护或真空中应用。
2、本发明的金属增材制造方法，采用电磁加热装置产生电磁感应或电磁辐射对金属原料进行加热熔化，可以大幅度增加应用本方法的设备的功率，提高生产效率。
3、本发明的金属增材制造方法，采用电磁感应线圈产生电磁力或电动力控制金属熔液的流速，电磁力直接作用在金属熔液上，便于控制金属熔液的喷出。
附图说明
图1为一种金属增材制造装置的示意图。
其中，1、料仓；2、电磁加热装置；3、电磁感应线圈；4、工件表面加热器；5、金属原材料；6、金属熔液；7、加工工件；8、工作台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，本实施例的金属增材制造装置，包括料仓1、电磁加热装置2和电磁感应线圈3，所述料仓1上端开有金属原料入口，所述料仓1下端开有喷口，所述电磁加热装置2靠近所述料仓1设置，所述电磁感应线圈3缠绕在所述料仓1下部并靠近所述喷口设置，所述电磁加热装置2位于所述电磁感应线圈3上方。采用电磁加热装置2进行加热，使金属原料5熔化为金属熔液6，可以提高设备功率，以提高设备的加工效率。以电磁感应线圈3对金属熔液6进行控制，可以产生向上或向下的电动力作用在金属熔液6上，使金属熔液6喷出或停止喷射，进而可以实现对金属熔液6喷出量的控制。
在本实施例中，所述料仓1为非金属耐热腔体，可以耐高温，由此可作为高温金属熔液6的良好载体。其中，所述料仓1下部内凹，所述电磁感应线圈3缠绕在所述料仓1下部的内凹处，由此可减小料仓1截面的金属熔液6的流量，便于电磁感应线圈3对金属熔液6的控制。此外，所述电磁感应线圈3由多个线圈复合组成，可以进一步加强对金属熔液6的流速的控制。另外，所述电磁加热装置2安装于所述料仓1周边，可以节省设备空间，便于实现设备一体化。
在本实施例中，所述电磁感应线圈3下设有工件表面加热器4，所述工件表面加热器4安装在所述料仓1上并靠近所述喷口设置，可以对加工工件7进行预热，实现金属熔液6与加工工件7的良好接合，保证成形质量。另外，所述料仓1下方设有工作台8，便于安放加工工件7。
本实施例的金属增材制造方法，包括如下步骤：
(1)将金属原料从金属原料入口放入料仓；
(2)电磁加热装置对金属原料进行加热，使金属原料熔化为金属熔液；
(3)通过缠绕在料仓下部的电磁感应线圈控制金属熔液在料仓喷口处的流速。
步骤(1)通过料仓上开一个金属原料送料口，将金属原料从金属原料入口放入料仓，可实现原料及时补给，提高生产效率；步骤(2)通过电磁加热装置对金属原料进行加热，可以通过大幅度增加应用本方法的设备的功率，提高生产效率，降低大型和超大型工件的加工成本，降低设备成本，实现金属增材制造的普及，应用本方法的设备还可以根据材料或工艺需求，选择在空气，惰性气体保护或真空中应用；步骤(3)通过电磁感应线圈产生向上或向下的电动力作用在金属熔液上，使金属熔液喷出或停止喷射，便于金属熔液的送料控制，提高成形效率，还可以简化应用本方法的装置的结构，实现金属增材制造普及化。
综上，通过电磁加热装置2产生电磁感应或电磁辐射加热金属原料5，可以大幅度增加设备功率，由此可提高生产效率，采用电磁感应线圈3产生向上或向下的电动力作用在金属熔液6上，使金属熔液6喷出或停止喷射，便于金属熔液6的送料控制，提高成形效率，本发明的金属增材制造装置降低了设备的制造成本和生产成本，实现金属增材制造的普及。制造装置还可以根据材料或工艺需求，选择在空气，惰性气体保护或真空中应用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种金属增材制造装置，其特征在于，包括料仓、电磁加热装置和电磁感应线圈，所述料仓上端开有金属原料入口，所述料仓下端开有喷口，所述电磁加热装置靠近所述料仓设置，所述电磁感应线圈缠绕在所述料仓下部并靠近所述喷口设置，所述电磁加热装置位于所述电磁感应线圈上方。
2.如权利要求1所述的金属增材制造装置，其特征在于，所述料仓为非金属耐热腔体。
3.如权利要求1所述的金属增材制造装置，其特征在于，所述料仓下部内凹，所述电磁感应线圈缠绕在所述料仓下部的内凹处。
4.如权利要求1所述的金属增材制造装置，其特征在于，所述电磁感应线圈由多个线圈复合组成。
5.如权利要求1所述的金属增材制造装置，其特征在于，所述电磁加热装置安装于所述料仓周边。
6.如权利要求1至5任一项所述的金属增材制造装置，其特征在于，所述电磁感应线圈下设有工件表面加热器，所述工件表面加热器安装在所述料仓上并靠近所述喷口设置。
7.如权利要求1至5任一项所述的金属增材制造装置，其特征在于，所述料仓下方设有工作台。
8.一种金属增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将金属原料从金属原料入口放入料仓；
电磁加热装置对金属原料进行加热，使金属原料熔化为金属熔液；
通过缠绕在料仓下部的电磁感应线圈控制金属熔液在料仓喷口处的流速。
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