CN109986011A - 锻造头、锻造装置以及增材制造系统 - Google Patents

锻造头、锻造装置以及增材制造系统 Download PDF

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武颖娜
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Abstract

一种用于增材制造的锻造头，其特征在于，其包括基部和锻造部。所述锻造部从所述基部一端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中作用于所述熔覆层。所述锻造头还包括贯穿所述基部和所述锻造部的通孔，用于在形成所述熔覆层的过程中让能量束或者打印材料的至少一种通过。

Description

锻造头、锻造装置以及增材制造系统
技术领域
本发明涉及一种锻造头和锻造装置，特别涉及一种适用于增材制造的锻造头和锻造装置、以及使用该锻造头和锻造装置的增材制造系统。
背景技术
增材制造技术是一种快速发展的材料加工新兴技术。目前主流的增材制造通常是通过“熔化-凝固”方式来实现金属材料的冶金结合，其特点是采用激光束、电子束和电弧束等高能量束作为热源，来熔化同步送进的金属材料，如金属粉末、金属丝材等，层层堆积，以堆焊的方式实现零部件的制造，所制得的零部件的内部显微组织为凝固组织。
与传统的锻造组织相比，上述采用“熔化-凝固”方式获得的凝固组织中晶粒十分粗大，且具有明显的方向性，因而从普遍意义来讲，很难达到与锻造材料相当的综合性能。为了提高所获得的零部件的力学性能，减少内部缺陷，后来逐渐发展出了将熔化沉积增材与热机械加工结合的方法，即，通过熔化-凝固实现材料沉积和冶金结合，再增加滚压、冲击等工艺来细化晶粒，提高内部质量。
虽然增材制造结合锻造的方法可以一定程度上改善内部质量和提升性能，但在这种复合加工方法中，一般是在高温的加工条件进行。这样，锻造装置的锻造头(例如冲击部件)需要在非常高的温度和应力下实施锻造，容易造成锻造头损伤或者报废，会影响整个增材制造结合锻造的复合加工工艺的效率。
因此，有必要提供一种新型的锻造头和锻造装置，其可以适用于增材制造系统，可以解决上述提到的技术问题中的至少一个。
发明内容
一种用于增材制造的锻造头，其包括：基部和锻造部。所述锻造部从所述基部一端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中作用于所述熔覆层，所述锻造头还包括贯穿所述基部和所述锻造部的通孔，用于在形成所述熔覆层的过程中让能量束或者打印材料的至少一种通过。
一种用于增材制造的锻造装置，其包括：锻造头和锻造头固定装置。所述锻造头包括基部、由所述基部一端向下延伸的锻造部、和贯穿所述基部和所述锻造部的通孔。所述锻造部用于在增材制造形成熔覆层的过程中作用于所述熔覆层。所述锻造头固定装置包括空用于收容所述锻造头的空腔。所述通孔和所述空腔贯通，用于在形成所述熔覆层的过程中让能量束或者打印材料的至少一种通过。
一种增材制造系统，其包括：能量源和锻造装置。所述能量源可提供能量束，用于熔融至少一部分添加至基底表面的打印材料以形成熔覆层或者加热所述熔覆层。所述锻造装置包括锻造头，用于在形成所述熔覆层的过程中锻造所述熔覆层。所述锻造头包括基部、锻造部、以及贯穿所述基部和所述锻造部的通孔。所述通孔用于在形成所述熔覆层的过程中让能量束或者打印材料的至少一种通过。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1是本发明一个实施例锻造头的立体示意图。
图2是本发明一个实施例锻造头的立体示意图。
图3是本发明一个实施例锻造头的立体示意图。
图4是本发明一个实施例锻造头的立体示意图。
图5是图4所示锻造头沿A-A线的剖面图。
图6是本发明一个实施例锻造头的立体示意图。
图7是本发明一个实施例锻造头的立体示意图。
图8是本发明一个实施例锻造装置的立体示意图。
图9是图8所示的锻造装置的锻造头固定装置的立体示意图。
图10是图9所示的锻造头固定装置的固持部切除一部分之后的示意图。
图11是本发明一个实施例锻造装置的锻造头固定装置的立体示意图。
图12是图11所示的锻造头固定装置的固持部切除一部分之后的示意图。
图13是本发明一个实施例增材制造系统的示意图。
图14是本发明一个实施例增材制造系统的示意图。
具体实施方式
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”或者“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括直接的或者间接的电性的连接，或者包括热连接、导热连接、及传热连接等。
本发明涉及一种用于增材制造的锻造头和锻造装置、以及使用该锻造头和锻造装置的增材制造系统。
图1示出了本发明一个实施例的锻造头100的示意图。所述锻造头100可用于增材制造结合锻造的复合工艺中。所述锻造头100包括圆柱状的基部101和位于所述基部101底端的锻造部102。所述锻造部102从所述基部101的底端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造所述熔覆层。所述锻造头100还包括贯穿所述基部101和所述锻造部102的通孔103。所述通孔103呈直筒状，用于在形成所述熔覆层的过程中让增材制造系统的能量束或者打印材料的至少一种通过。
所述锻造部102包括用来与所述熔覆层接触的锻造面104，所述锻造面104是平的。所述锻造部102位于所述通孔103的一侧。所述锻造头100还通过沿基部101的底端向顶端的方向上切除所述圆柱形基部101的一部分在所述基部101上形成若干凹槽106从而在所述基部101的顶端对称地形成若干台阶部105。所述台阶部105可通过与固定件的配合从而可将所述锻造头100固定在锻造头固定装置上。
所述锻造头100可以沿着增材制造系统形成所述熔覆层的轨迹移动。所述锻造部102可以在形成所述熔覆层的过程中实时地对所述熔覆层进行锻造，以此实现对所述熔覆层的冲击强化，可以消除所述熔覆层内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度。另外，还可以改变最终熔覆层的微观组织结构，例如促进所述熔覆层材料的再结晶和细小等轴晶结构的形成。本实施例中，所述锻造头100的锻造部102的锻造面104是平的，可以增大与熔覆层的接触面积，提高锻造头100的锻造效率。
图2示出了本发明一个实施例的锻造头200的示意图。所述锻造头200可用于增材制造结合锻造的复合工艺中。图2所示的锻造头200和图1所示实施例的锻造头100结构基本相同，其也包括圆柱状的基部201和位于所述基部201底端的锻造部202。所述锻造部202从所述基部201的底端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造所述熔覆层。所述锻造头200也包括贯穿所述基部201和所述锻造部202的通孔203。所述通孔203亦呈直筒状，用于在形成所述熔覆层的过程中让增材制造系统的能量束或者打印材料的至少一种通过。
所述锻造部202还包括用来与所述熔覆层接触的锻造面204。所述锻造部202也是位于所述通孔203的一侧。所述锻造头200也是通过沿所述基部201的底端向顶端的方向上切除所述圆柱形基部201的一部分在所述基部201上形成若干凹槽206从而在所述基部201的顶端对称地形成若干台阶部205。所述台阶部205也是通过与固定件的配合从而可将所述锻造头200固定在锻造头固定装置上。
所述锻造头200和图1实施例的锻造头100的结构基本相同，其可以沿着增材制造系统形成所述熔覆层的轨迹移动。所述锻造部202也可以在形成所述熔覆层的过程中实时地对所述熔覆层进行锻造，以此实现对所述熔覆层的冲击强化，可以消除所述熔覆层内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度。另外，还可以改变最终熔覆层的微观组织结构，例如促进所述熔覆层材料的再结晶和细小等轴晶结构的形成。本实施例中，所述锻造头200和图1实施例所示的锻造头100的主要区别在于所述锻造头200的锻造部202的锻造面204是弧形的，可以增大锻造熔覆层时与熔覆层接触的应力，主要适用于屈服强度大的材料。
图3示出了本发明一个实施例的锻造头300的示意图。所述锻造头300也可用于增材制造结合锻造的复合工艺中。图3所示的锻造头300和图1和图2所示实施例的锻造头结构基本相同，其也包括圆柱状的基部301和位于所述基部301底端的锻造部302。所述锻造部302从所述基部301的底端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造所述熔覆层。所述锻造头300也包括贯穿所述基部301和所述锻造部302的通孔303。所述通孔303亦呈直筒状，用于在形成所述熔覆层的过程中让增材制造系统的能量束或者打印材料的至少一种通过。
所述锻造部302还包括用来与所述熔覆层接触的锻造面304。所述锻造头300也是通过沿所述基部301的底端向顶端的方向上切除所述圆柱形基部301的一部分在所述基部301上形成若干凹槽306从而在所述基部301的顶端对称地形成若干台阶部305。所述台阶部305也是通过与固定件的配合从而可将所述锻造头300固定在锻造头固定装置上。
所述锻造头300和图1和图2所述实施例的锻造头的结构基本相同，其可以沿着增材制造系统形成所述熔覆层的轨迹移动。所述锻造部302也可以在形成所述熔覆层的过程中实时地对所述熔覆层进行锻造，以此实现对所述熔覆层的冲击强化，可以消除所述熔覆层内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度。另外，还可以改变最终熔覆层的微观组织结构，例如促进所述熔覆层材料的再结晶和细小等轴晶结构的形成。
图3所示的实施例中，所述锻造头300和图1实施例所示的锻造头100的主要区别在于所述锻造头300的锻造部302对称地设于所述通孔303的两侧。藉此，所述锻造头300可以在沿着增材制造系统形成熔覆层的轨迹往复移动的过程中都可以实时地锻造所述熔覆层，可以有效地提高所述锻造头300的锻造效率。
图4示出了本发明一个实施例的锻造头400的示意图。所述锻造头400也可用于增材制造结合锻造的复合工艺中。图4所示的锻造头400和图1至图3所示实施例的锻造头结构基本相同，其也包括圆柱状的基部401和位于所述基部401底端的锻造部402。所述锻造部402从所述基部401的底端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造所述熔覆层。所述锻造头400也包括贯穿所述基部401和所述锻造部402的通孔403。所述通孔403用于在形成所述熔覆层的过程中让增材制造系统的能量束或者打印材料的至少一种通过。
所述锻造部402还包括用来与所述熔覆层接触的锻造面404。所述锻造头400也是通过沿所述基部401的底端向顶端的方向上切除所述圆柱形基部401的一部分在所述基部401上形成若干凹槽406从而在所述基部401的顶端对称地形成若干台阶部405。所述台阶部405也是通过与固定件的配合从而可将所述锻造头400固定在锻造头固定装置上。
所述锻造头400和图1至图3所述实施例的锻造头的结构基本相同，其可以沿着增材制造系统形成所述熔覆层的轨迹移动。所述锻造部402也可以在形成所述熔覆层的过程中实时地对所述熔覆层进行锻造，以此实现对所述熔覆层的冲击强化，可以消除所述熔覆层内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度。另外，还可以改变最终熔覆层的微观组织结构，例如促进所述熔覆层材料的再结晶和细小等轴晶结构的形成。
图4所示的实施例中，所述锻造头400和图1实施例所示的锻造头100的主要区别在于所述锻造头400的锻造部402对称地设于所述通孔403的两侧，并且所述锻造部402用于与熔覆层接触的锻造面404是弧形的。藉此，所述锻造头400可以在沿着增材制造系统形成熔覆层的轨迹往复移动的过程中都可以实时地锻造所述熔覆层，可以有效地提高所述锻造头400的锻造效率，同时弧形的锻造面404可以增大锻造头锻造熔覆层时与熔覆层接触的应力，主要适用于屈服强度大的材料。请一并结合图5所示，所述锻造头400的通孔403呈上大下小的结构，所述通孔403的纵截面呈倒梯形结构。藉此，所述通孔403一方面有利于增材制造系统的打印材料聚焦通过，避免产生干涉，另一方面还有利于增大设置所述锻造头400的锻造部，可以相应提高所述锻造头400的效率。
图6示出了本发明一个实施例的锻造头500的示意图。所述锻造头500也可用于增材制造结合锻造的复合工艺中。图6所示的锻造头500和图1至图5所示实施例的锻造头结构基本相同，其也包括圆柱状的基部501和位于所述基部501底端的锻造部502。所述锻造部502从所述基部501的底端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造所述熔覆层。所述锻造头500也包括贯穿所述基部501和所述锻造部502的通孔503。所述通孔503用于在形成所述熔覆层的过程中让增材制造系统的能量束或者打印材料的至少一种通过。
所述锻造部502还包括用来与所述熔覆层接触的锻造面504。所述锻造头500也是通过沿所述基部501的底端向顶端的方向上切除所述圆柱形基部501的一部分在所述基部501上形成若干凹槽506从而在所述基部501的顶端对称地形成若干台阶部505。所述台阶部505也是通过与固定件的配合从而可将所述锻造头500固定在锻造头固定装置上。
所述锻造头500和图1至图5所述实施例的锻造头的结构基本相同，其可以沿着增材制造系统形成所述熔覆层的轨迹移动。所述锻造部502也可以在形成所述熔覆层的过程中实时地对所述熔覆层进行锻造，以此实现对所述熔覆层的冲击强化，可以消除所述熔覆层内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度。另外，还可以改变最终熔覆层的微观组织结构，例如促进所述熔覆层材料的再结晶和细小等轴晶结构的形成。
图6所示的实施例中，所述锻造头500和图1实施例所示的锻造头100的主要区别在于所述锻造头500的锻造部502由所述基部501底端一体向下延伸形成且环绕所述通孔503。并且，所述锻造部502与熔覆层接触的整个锻造面504都是平的。藉此，所述锻造头500可以在沿着增材制造系统形成熔覆层的轨迹往复移动的过程中或者沿着更加复杂的增材制造熔覆路径移动时都可以实时地锻造所述熔覆层，可以有效地提高所述锻造头500的锻造效率，同时整个平的锻造面504可以增大锻造头锻造熔覆层时与熔覆层接触的面积，也可以有效提高锻造头锻造的效率。
图7示出了本发明一个实施例的锻造头600的示意图。所述锻造头600也可用于增材制造结合锻造的复合工艺中。图7所示的锻造头600和图1至图6所示实施例的锻造头结构基本相同，其也包括圆柱状的基部601和位于所述基部601底端的锻造部602。所述锻造部602从所述基部601的底端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造所述熔覆层。所述锻造头600也包括贯穿所述基部601和所述锻造部602的通孔603。所述通孔603用于在形成所述熔覆层的过程中让增材制造系统的能量束或者打印材料的至少一种通过。
所述锻造部602还包括用来与所述熔覆层接触的锻造面604。所述锻造头600也是通过沿所述基部601的底端向顶端的方向上切除所述圆柱形基部601的一部分在所述基部601上形成若干凹槽606从而在所述基部601的顶端对称地形成若干台阶部605。所述台阶部605也是通过与固定件的配合从而可将所述锻造头600固定在锻造头固定装置上。
所述锻造头600和图1至图6所述实施例的锻造头的结构基本相同，其可以沿着增材制造系统形成所述熔覆层的轨迹移动。所述锻造部602也可以在形成所述熔覆层的过程中实时地对所述熔覆层进行锻造，以此实现对所述熔覆层的冲击强化，可以消除所述熔覆层内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度。另外，还可以改变最终熔覆层的微观组织结构，例如促进所述熔覆层材料的再结晶和细小等轴晶结构的形成。
图7所示的实施例中，所述锻造头600和图1实施例所示的锻造头100的主要区别在于所述锻造头600的锻造部602是由所述基部601底端一体向下延伸形成且环绕所述通孔603。并且，所述锻造部602用于与熔覆层接触的整个锻造面504是弧形的。藉此，所述锻造头600可以在沿着增材制造系统形成熔覆层的轨迹往复移动的过程中或者沿着更加复杂的增材制造熔覆路径移动时都可以实时地锻造所述熔覆层，可以有效地提高所述锻造头600的锻造效率，同时弧形的锻造面604可以增大锻造头锻造熔覆层时与熔覆层接触的应力，主要适用于屈服强度大的材料。
本发明的锻造头由合金材料制成，所述合金材料主要包括硬度大于30洛氏C硬度标准的合金材料。在一些实施例中，所述合金材料包括碳化钨基的硬质合金。所述碳化钨基的硬质合金中包含钴，所述钴的百分含量(按重量计)小于30％。在一些实施例中，所述碳化钨基的硬质合金中包含钴，所述钴的百分含量(按重量计)大约在20％-25％。这样，可以保证锻造头具有比较好的韧性和硬度。在一些实施例中，所述合金材料包括镍基合金，所述镍基合金材料中包括含量大于10％(按重量计)的钨。所述镍基合金包括钼和含量大于10％的(按重量计)钨，且所述钼和钨的含量大于15％(按重量计)。这样，也可以保证锻造头具有比较好的韧性和硬度。锻造头的材料主要根据需要锻造的增材制造的打印材料来适当选择。
图8示出了本发明一个实施例的用于增材制造的锻造装置10的示意图。本发明的锻造装置可以包括本发明实施例图1至图7所示意的锻造头。在图8所示的锻造装置10，其包括图7所示的锻造头600。所述锻造头600包括基部601、由基部601一端向下延伸的锻造部602、以及贯穿所述基部601和锻造部602的通孔603。所述锻造部602用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造所述熔覆层。所述锻造头600的结构前面已作详细描述，于此不再赘述。
所述锻造装置10还包括锻造头固定装置700，其用于固定锻造头。所述锻造头固定装置700包括用于收容所述锻造头600的空腔703。所述锻造头600的通孔603和所述锻造头固定装置700的空腔703相互贯通，用于在形成所述熔覆层的过程中，让增材制造系统的能量束或者打印材料的至少一种通过。
请一并参阅图9所示，其示意了本发明一个实施例的锻造头固定装置700的示意图。所述锻造头固定装置700包括圆形基座701和由基座701一端向下延伸的圆柱形固持部702。所述锻造头固定装置700的空腔703包括贯穿所述基座701的第一空腔7032和贯穿所述固持部702的第二空腔7031。所述第一空腔7032的孔径小于所述第二空腔7031的孔径，因此所述锻造头固定装置700还包括形成于所述第二空腔7031顶部的抵挡部704。当所述锻造头收容于所述锻造头固定装置700的第二空腔7031时，所述锻造头会抵靠在所述抵挡部704上，防止锻造头晃动。所述固持部702还设有收容孔708，用于收容将所述锻造头固定在所述锻造头固定装置的固定件900。所述固定件900会卡持在锻造头600的台阶部605下面，从而将所述锻造头600稳定地固持在所述锻造头固定装置700中。在一些实施例中，所述固定件900可以是固定销或者钉子。
请一并结合图9和图10所示，图10是图9所示的锻造头固定装置的固持部切除一部分之后的示意图。所述固持部702内部设有槽道705，可用于冷却液循环以冷却锻造头。图10是本发明一个实施例的锻造头固定装置700的内部槽道705的结构示意图。所述锻造头固定装置700是通过在圆柱形固持部702上设置若干个贯穿固持部702的直槽道7051。本实施例中，所述锻造头固定装置700设有4个直槽道7051，所述4个直槽道7051依次连通形成冷却液循环的槽道705。因为要形成4个直槽道7051，会在锻造头固定装置700的固持部上形成若干开孔，除了要保留冷却液的进口706和冷却液的出口707之外，其它在形成直槽道7051的过程中形成的开孔都要通过钎焊的方式或者其它合适的封堵方式密封起来。通过冷却液的进口706和冷却液的707可以让冷却液在固持部702的内部槽道705内循环，从而有效冷却锻造头，可以延长所述锻造头的寿命。
请并参阅图11所示，其示意了本发明一个实施例的锻造头固定装置800的示意图。所述锻造头固定装置800包括圆形基座801和由基座801一端向下延伸的圆柱形固持部802。所述锻造头固定装置800也包括收容锻造头的空腔803。所述空腔803也包括贯穿所述基座801的第一空腔8032和贯穿所述固持部802的第二空腔8031。所述第一空腔8032的孔径小于所述第二空腔8031的孔径，因此所述锻造头固定装置800还包括形成于所述第二空腔8031顶部的抵挡部804。当所述锻造头收容于所述锻造头固定装置800的第二空腔8031时，所述锻造头会抵靠在所述抵挡部804上，防止锻造头晃动。同时也将固定件卡持在锻造头的台阶部下面，从而将所述锻造头稳定地固持在所述锻造头固定装置800中。
请一并结合图11和图12所示，图12是图11所示的锻造头固定装置的固持部切除一部分之后的示意图。所述固持部802内部设有槽道805，可用于冷却液循环以冷却锻造头。图12是本发明一个实施例的锻造头固定装置800的内部槽道805的结构示意图。所述内部槽道805是一体形成于所述固持部802内部的圆形槽道，其包括冷却液的进口806和冷却液的出口807，可以让冷却液在固持部802的内部槽道805内循环，从而有效冷却锻造头，可以延长所述锻造头的寿命。图12所示的锻造头固定装置800的内部槽道805一体形成于所述固持部802内部，简化了制造工艺。
图13示出了本发明一个实施例的增材制造系统1的示意图。所述增材制造系统1包括能量源装置11和锻造装置10。所述能量源装置11包括能量源，用于向基底14发射能量束111。所述锻造装置10用于在所述能量源装置11形成熔覆层的过程中，跟随能量束111形成熔覆层的轨迹移动，用于实时锻造熔覆层。
在一些实施例中，所述增材制造系统1还包括送料装置13，其可以包括送料喷嘴131。当然，所述送料装置13也可以包括其它形状的送料机构。所述送料装置13可以向所述基底14的表面141添加打印材料19。所述送料装置13一般包括中空的结构，可以让所述能量束111穿过。所述第一能量束111可以和添加至所述基底14表面141的打印材料接触，以此可以将所述打印材料熔融在所述基底14的表面141形成所述熔覆层15。
所述增材制造系统1还包括设置在所述能量源装置11和送料装置13之间的连接结构12，以让所述能量源装置11和所述送料装置13能够联动。所述锻造装置10设置在送料装置13底端。所述锻造头固定装置700和所述送料装置连接，所述锻造头600固持在所述锻造头固定装置700下方。藉此，可以让所述打印材料19同时通过锻造头固定装置700的空腔以及锻造头的通孔，同时也可以让能量源装置11的能量束111通过，能够实现同轴送粉和同轴原位锻打。
本发明的一些实施例中，所述打印材料可以是粉末，也可以是细丝。所述打印材料可以是金属粉末、合金粉末、超级合金粉末、复合材料粉末、金属细丝、合金细丝、超级合金细丝、以及复合材料细丝等。所述打印材料可以通过送料装置通过同轴送粉、同轴送丝、异轴送粉、异轴送丝等不同的方式添加至所述基底的表面上。本发明的一些实施例中，所述打印材料可以包括镍基合金粉末。
所述锻造装置10可以在所述能量源装置11对所述基底14的表面141发射所述第一能量束111在基底14上形成所述熔覆层15的过程中，同时对所述熔覆层15的至少一部分进行锻造。所述锻造头600可以在竖直方向上下移动。在形成所述熔覆层15的过程中，所述锻造头600可以与所述熔覆层15的表面接触，以此锤击、冲击、或者按压所述熔覆层15的一部分，以对所述熔覆层14的该部分进行锻造。
所述锻造头600可以沿形成所述熔覆层15的轨迹移动，和所述能量束111的运动方向相同，可以在形成所述熔覆层15的过程中实时地对所述熔覆层15进行锻造。以此实现对所述熔覆层15的冲击强化，可以消除所述熔覆层15内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度。另外，还可以改变最终熔覆层的微观组织结构，例如促进所述熔覆层材料的再结晶和细小等轴晶结构的形成。
所述增材制造系统1还包括冷却装置16，其可以向锻造头固定装置700提供循环的冷却液，可用于对所述锻造头600持续冷却，延长冷却头的寿命。
本实施的增材制造系统1可以实现增材制造过程中的同轴原位锻打，可以有效提高增材制造系统的效率，同时也可以消除所述熔覆层内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度。
请参阅图14所示，其为本发明一个实施例的增材制造系统2的示意图。所述增材制造系统2包括能量源装置21和锻造机构27。所述能量源装置21，用于向基底24发射第一能量束211和第二能量束212。
所述能量源装置21可以沿基底24的表面231移动所述第一能量束211和所述第二能量束212。本实施例中，所述能量源装置11包括一能量源，所述第一能量束211和所述第二能量束212均由该能量源提供。在本实施例中，所述第一能量束211和所述第二能量束212可以相对于所述基底24移动，所述基底24是静止的。
在一些实施例中，所述能量源装置是静止的。这样，所述能量源装置发射的第一能量束和第二能量束也是静止的。所述基底可以沿着所述第一能量束形成熔覆层的轨迹相对于所述第一能量束和所述第二能量束移动。在一些实施例中，所述第一能量束、所述第二能量束和基底可以同时沿着所述第一能量束形成熔覆层的轨迹移动。所述第一能量束和所述第二能量束相对于所述基底做相对运动。
在本发明的一些实施例中，所述增材制造系统2还包括送料装置23。所述增材制造系统2还包括连接装置22，用于将所述送料装置23和能量源装置21连接起来，可以让所述送料装置23和所述能量源装置21联动。当所述能量源装置21移动时，所述送料装置23也一起移动。所述送料装置23包括送料喷嘴231。当然，所述送料装置23也可以包括其它形式的送料机构，例如送粉器、送丝器等。所述送料装置23可以向所述基底14的表面141添加打印材料29。所述送料装置23一般包括中空的结构，可以让所述第一能量束211穿过。所述第一能量束211可以熔融添加至基底24的打印材料29，以此在所述基底24的表面241形成所述熔覆层。
所述锻造机构27包括固定部271、连接在固定部271上的锻造装置20。所述锻造装置20包括锻造头固定装置700以及收容固定在锻造头固定装置700下端的锻造头600。所述能量源21发射的第二能量束212靠近所述锻造装置27，并且可以通过所述锻造头固定装置700的空腔和锻造头600的通孔，以用于给锻造头锻造的熔覆层区域加热，可以让锻造头60锻造的熔覆层区域始终保持在合适的温度范围内，可以减少对所述锻造头的损伤，延长锻造头的寿命。
所述增材制造系统2还包括冷却装置26，其用于向锻造头固定装置700提供循环的冷却液，用于持续冷却锻造头，避免用于增材制造的锻造头温度过高，可以延长锻造头的使用寿命。
图14所示的实施例的增材制造系统2和图13所示意的增材制造系统工作原理类似，于此不再赘述。本实施的增材制造系统2和图13的增材制造系统1主要的区别在于：所述能量源21可以发射第一能量束211和第二能量束212，第一能量束211用于熔融添加至基底的打印材料29，所述第二能量束212可以通过所述锻造装置20的锻造头固定装置的空腔和锻造头的通孔，可以给锻造头600在锻造过程中锻打的熔覆层区域加热，以降低对锻造头的损伤。所述增材制造系统还包括联接机构28，用于将能量源装置21和锻造机构27连接起来，实现能量源装置21和锻造机构27的联动。
所述增材制造系统2可以在增材制造形成熔覆层的过程中，利用锻造机构对所述熔覆层实现实时锻造，可以消除所述熔覆层内部的孔洞、疏松、微裂纹等缺陷，从而提高最终成形件的致密度，同时也利用第二能量束给锻打的熔覆层区域加热，降低对锻造头的损伤，同时利用冷却装置及时给锻造头冷却，延长了锻造头的寿命。
本说明书用具体实施例来描述发明，包括最佳模式，并且可以帮助任何熟悉本发明工艺的人进行实验操作。这些操作包括使用任何装置和系统并且使用任何具体化的方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并可能包括其它发生在本技术领域的例子。如果所述其它例子在结构上与权利要求书的书面语言没有不同，或者它们有着与权利要求书描述的相当的结构，都被认为是在本发明的权利要求的范围中。

Claims (20)

1.一种用于增材制造的锻造头，其特征在于，包括：
基部；
锻造部，其从所述基部一端向下延伸，用于在增材制造形成熔覆层的过程中作用于所述熔覆层；及
贯穿所述基部和所述锻造部的通孔，用于在形成所述熔覆层的过程中让能量束或者打印材料的至少一种通过。
2.如权利要求1所述的锻造头，其中，所述锻造部包括用来与所述熔覆层接触的锻造面，所述锻造面是平的。
3.如权利要求1所述的锻造头，其中，所述锻造部包括用来与所述熔覆层接触的锻造面，所述锻造面是弧形的。
4.如权利要求1所述的锻造头，其中，所述锻造部设于所述通孔的一侧。
5.如权利要求1所述的锻造头，其中，所述锻造部设于所述通孔的两侧。
6.如权利要求1所述的锻造头，其中，所述锻造部由所述基部底端一体向下延伸且环绕所述通孔。
7.如权利要求1所述的锻造头，其中，所述通孔呈直筒状。
8.如权利要求1所述的锻造头，其中，所述通孔的纵截面呈倒梯形结构。
9.如权利要求1所述的锻造头，其中，所述基部的顶端对称地设有台阶部。
10.如权利要求1所述的锻造头，其由合金材料制成，所述合金材料包括硬度大于30洛氏C硬度标准的合金材料。
11.如权利要求10所述的锻造头，其中，所述合金材料包括碳化钨基的硬质合金，其中包括百分比小于30％(按重量计)的钴。
12.如权利要求11所述的锻造头，其中，所述合金材料包括碳化钨基的硬质合金，其中包括20-25％(按重量计)的钴。
13.如权利要求10所述的锻造头，其中，所述合金材料包括镍基合金，其中包括含量大于10％(按重量计)的钨。
14.如权利要求13所述的锻造头，其中，所述镍基合金包括钼和含量大于10％的(按重量计)钨，且所述钼和钨的含量大于15％(按重量计)。
15.一种用于增材制造的锻造装置，其特征在于，包括：
锻造头，其包括基部、由所述基部一端向下延伸的锻造部、和贯穿所述基部和所述锻造部的通孔，所述锻造部用于在增材制造形成熔覆层的过程中作用于所述熔覆层；
锻造头固定装置，其包括空腔，用于收容所述锻造头；
所述通孔和所述空腔贯通，用于在形成所述熔覆层的过程中让能量束或者打印材料的至少一种通过。
16.如权利要求15所述的锻造装置，其中，所述锻造头固定装置包括基座和由所述基座一端向下延伸的固持部，所述空腔包括贯穿所述基座的第一空腔和贯穿所述固持部的第二空腔，所述基部固持在所述第二空腔内。
17.如权利要求15所述的锻造装置，其中，所述固持部内部设有槽道，可用于冷却液循环以冷却所述锻造头。
18.一种增材制造系统，其特征在于，包括：
能量源，其可提供能量束，用于熔融至少一部分添加至基底表面的打印材料以形成熔覆层或者加热所述熔覆层；及
锻造装置，其包括锻造头，用于在形成所述熔覆层的过程中锻造所述熔覆层，
其中，所述锻造头包括基部、锻造部、以及贯穿所述基部和所述锻造部的通孔，所述通孔用于在形成所述熔覆层的过程中让能量束或者打印材料的至少一种通过。
19.如权利要求18所述的增材制造系统，其中，所述锻造装置还包括锻造头固定装置，其包括基座、由基座一端向下延伸的固持部、贯穿所述基座的第一空腔以及贯穿所述固持部的第二空腔。
20.如权利要求19所述的增材制造系统，还包括冷却装置，其可向所述锻造头固定装置提供冷却液。
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