CN111037162A - 一种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于增材制造设备技术领域，具体涉及一种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，两台伺服电机与减速机直连后分别固定在冷却槽的上方两侧；减速机下出轴与丝杠通过联轴器进行连接并驱动丝杠进行旋转；螺母固定在升降基板上并与丝杠通过螺纹连接，丝杠旋转时可带动螺母及升降基板在冷却槽内进行升降；冷却槽内设有冷却液；冷却槽底部设有冷却盘管，冷却盘管通过水泵注入冷却水。通过冷却盘管的恒温水冷却，可及时带走冷却液吸收的热量，并保证冷却液不凝固，保证长时间电弧打印工作的进行，同时还可保证下一次打印时的冷却液温度，具有冷却效率高、冷却效果好、不影响原有产品组织性能等优点，实现了电弧打印增材制造过程的简便快捷高效冷却。
Description
技术领域
本发明属于增材制造设备技术领域，具体涉及一种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置。
背景技术
电弧打印增材制造，是指采用金属丝材作为原料，利用电弧作为热源，以堆焊的形式进行3D打印的方法。这种方法具有原材料成本低、材料利用率高、打印成型效率高、工件致密度高等优点。采用电弧打印增材制造时需将工件打印到预制的金属基板上，在堆焊过程中，随着堆焊高度的不断增加，会导致打印工件内部热累积，自然冷却速度较慢，从而使打印工件易塌陷并形成较大的晶粒组织，不利于最终的产品成型及性能。
目前，常用的冷却形式是采用冷却基板的方法，即对基板做冷却水道以带走焊接产生的热量。随着打印堆焊高度的不断增加，距离基板较大的高处的打印焊接部分的热量很难传输到底部基板，最终导致打印工件的冷却效果较差。还有报道是采用盐浴的形式进行打印产品的冷却，即将打印工件浸泡到盐水中进行散热。盐浴冷却的方法会加快工件的冷却，具有较好的冷却效果，但在打印过程中容易产生热蒸汽污染打印工件，同时水中的氢和氧也会对打印产品的性能造成严重的不良影响。以上电弧打印增材制造过程的冷却装置具有冷却效率低、冷却效果差、不利于产品组织性能等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，具有结构简单可靠、冷却效率高、冷却效果好、不影响原有产品组织性能等优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，包括冷却槽，所述冷却槽的上方对称安装有驱动机构，所述驱动机构通过联轴器连接并驱动升降机构在冷却槽内升降；所述冷却槽内注入冷却液，所述冷却槽的底部设有冷却盘管，所述冷却盘管通过水泵注入冷却水，所述冷却水用于带走冷却液吸收的热量。
进一步，所述驱动机构包括伺服电机，所述升降机构包括丝杠及升降基板；所述伺服电机与减速机连接，所述减速机的下出轴与丝杠通过联轴器连接并驱动丝杠进行旋转，所述丝杠穿过升降基板通过螺母连接，所述丝杠旋转时带动螺母及升降基板在冷却槽内升降。
进一步，所述升降基板由对称安装的伺服电机同时驱动进行同步升降。
进一步，所述升降基板在打印初期其底部浸入冷却液内在打印过程中随着打印工件高度的增加，所述升降基板下降且保证打印工件的顶端至冷却液的液面距离L＞1cm。
进一步，对称安装的所述伺服电机之间分布有支撑驱动机构，所述支撑驱动机构安装有可进行纵向移动的氩弧焊枪，所述氩弧焊枪的侧方安装有送丝头，所述送丝头位于打印路径的正前方。
进一步，所述氩弧焊枪采用电子束或激光束或等离子束替代。
进一步，所述支撑驱动机构为机械臂，所述氩弧焊枪安装于机械臂的末端轴。
进一步，所述冷却盘管内的冷却水的温度保持为30-40℃，所述冷却水在水泵的作用下由冷却槽外部经水管注入冷却盘管内。
进一步，所述冷却液选用金属镓，通过选用金属镓作为冷却液，由于金属镓具有较低熔点和较高沸点，其熔点为29.8℃，沸点为2403℃，其作为冷却液可大量吸收打印焊接过程中的热量，并且打印过程中几乎不会发生冷却液挥发现象；当金属镓粘附到打印工件表面，由于金属镓无毒并不溶于水、酒精等液体，后期可通过一定的温水清洗掉或者热风吹扫擦除。
进一步，所述冷却槽采用304不锈钢材质制成。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过冷却槽底部冷却盘管的恒温水冷却，能够及时带走冷却液吸收的热量，并保证冷却液不凝固，从而保证了长时间电弧打印工作的进行，同时还可以保证下一次打印时的冷却液温度，具有结构简单可靠、冷却效率高、冷却效果好、不影响原有产品组织性能等优点。
此外，通过选用金属镓作为冷却液，由于金属镓具有较低熔点和较高沸点，其熔点为29.8℃，沸点为2403℃，其作为冷却液可大量吸收打印焊接过程中的热量，并且打印过程中几乎不会发生冷却液挥发现象；当金属镓粘附到打印工件表面，由于金属镓无毒并不溶于水、酒精等液体，后期可通过一定的温水清洗掉或者热风吹扫擦除。
附图说明
图1为本发明提供的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置的正面剖视图；
图2为本发明提供的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置的俯视图。
其中：1、冷却槽；2、伺服电机；3、减速机；4、联轴器；5、丝杠；6、螺母；7、支撑驱动机构；8、氩弧焊枪；9、送丝头；10、打印工件；11、升降基板；12、冷却液；13、冷却盘管。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
实施例：
参见图1-2所示，本发明提供了一种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，冷却槽1的上方对称安装有驱动机构，驱动机构通过联轴器4连接并驱动升降机构在冷却槽1内升降；冷却槽1内注入冷却液12，冷却槽1的底部设有冷却盘管13，冷却盘管13通过水泵注入冷却水，冷却水用于带走冷却液12吸收的热量。
进一步，驱动机构包括伺服电机2，升降机构包括丝杠5及升降基板11，伺服电机2与减速机3连接，减速机3的下出轴与丝杠5通过联轴器4连接并驱动丝杠5进行旋转，丝杠5穿过升降基板11通过螺母6连接，丝杠5旋转时带动螺母6及升降基板11在冷却槽1内升降。
进一步，升降基板11由对称安装的伺服电机2同时驱动进行同步升降。
进一步，升降基板11在打印初期其底部浸入冷却液12内，在打印过程中随着打印工件10高度的增加，升降基板11下降且保证打印工件10的顶端至冷却液12的液面距离L＞1cm。
进一步，对称安装的所述伺服电机2之间分布有支撑驱动机构7，所述支撑驱动机构7安装有可进行纵向移动的氩弧焊枪8，所述氩弧焊枪8的侧方安装有送丝头9，所述送丝头9位于打印路径的正前方。
进一步，所述氩弧焊枪8采用电子束或激光束或等离子束替代。
进一步，所述支撑驱动机构7为机械臂，所述氩弧焊枪8安装于机械臂的末端轴。
进一步，所述冷却盘管13内的冷却水的温度保持为30-40℃，所述冷却水在水泵的作用下由冷却槽1外部经水管注入冷却盘管13内。
进一步，所述冷却液选用金属镓，通过选用金属镓作为冷却液，由于金属镓具有较低熔点和较高沸点，其熔点为29.8℃，沸点为2403℃，其作为冷却液可大量吸收打印焊接过程中的热量，并且打印过程中几乎不会发生冷却液挥发现象；当金属镓粘附到打印工件表面，由于金属镓无毒并不溶于水、酒精等液体，后期可通过一定的温水清洗掉或者热风吹扫擦除。
进一步，所述冷却槽1采用304不锈钢材质制成。
综上，本发明提供的这种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其具体的工作过程如下：
1)冷却盘管内通入30-40℃的冷却水，此时金属镓液被加热至液体状态；
2)如图1所示，驱动冷却槽1两侧的伺服电机2，将升降基板11底部下降至金属镓液内进行预冷却；
3)由机械臂带动氩弧焊枪8及送丝头9在升降基板11上进行纵向移动，同时进行电弧焊接打印，此时会在升降基板11上生成打印工件10的第一层；然后，多次进行电弧增材制造，此时会形成一定高度的打印工件；
4)当打印工件高度10高于1cm时，驱动冷却槽1两侧的伺服电机2，将升降基板11继续进行下降，使打印工件10没入金属镓液内进行冷却，同时保持打印工件10高出液面1cm左右继续进行电弧增材制造直至结束相应打印工作。
因此，本发明提供的这种冷却装置，通过冷却槽底部冷却盘管的恒温水冷却，能够及时带走冷却液吸收的热量，并保证冷却液不凝固，从而保证了长时间电弧打印工作的进行，同时还可以保证下一次打印时的冷却液温度，具有结构简单可靠、冷却效率高、冷却效果好、不影响原有产品组织性能等优点，实现了电弧打印增材制造过程的简便快捷高效冷却。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，包括冷却槽(1)，所述冷却槽(1)的上方对称安装有驱动机构，所述驱动机构通过联轴器(4)连接并驱动升降机构在冷却槽(1)内升降；所述冷却槽(1)内注入冷却液(12)，所述冷却槽(1)的底部设有冷却盘管(13)，所述冷却盘管(13)通过水泵注入冷却水，所述冷却水用于带走冷却液(12)吸收的热量。
2.根据权利要求1所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，所述驱动机构包括伺服电机(2)，所述升降机构包括丝杠(5)及升降基板(11)；所述伺服电机(2)与减速机(3)连接，所述减速机(3)的下出轴与丝杠(5)通过联轴器(4)连接并驱动丝杠(5)进行旋转，所述丝杠(5)穿过升降基板(11)通过螺母(6)连接，所述丝杠(5)旋转时带动螺母(6)及升降基板(11)在冷却槽(1)内升降。
3.根据权利要求2所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，所述升降基板(11)由对称安装的伺服电机(2)同时驱动进行同步升降。
4.根据权利要求2所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，所述升降基板(11)在打印初期其底部浸入冷却液(12)内，在打印过程中随着打印工件(10)高度的增加，所述升降基板(11)下降且保证打印工件(10)的顶端至冷却液(12)的液面距离L＞1cm。
5.根据权利要求2所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，对称安装的所述伺服电机(2)之间分布有支撑驱动机构(7)，所述支撑驱动机构(7)安装有可进行纵向移动的氩弧焊枪(8)，所述氩弧焊枪(8)的侧方安装有送丝头(9)，所述送丝头(9)位于打印路径的正前方。
6.根据权利要求5所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，所述氩弧焊枪(8)采用电子束或激光束或等离子束替代。
7.根据权利要求5所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，所述支撑驱动机构(7)为机械臂，所述氩弧焊枪(8)安装于机械臂的末端轴。
8.根据权利要求1所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管(13)内的冷却水的温度保持为30-40℃，所述冷却水在水泵的作用下由冷却槽(1)外部经水管注入冷却盘管(13)内。
9.根据权利要求1所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，所述冷却液选用金属镓。
10.根据权利要求1所述的用于电弧打印增材制造过程的冷却装置，其特征在于，所述冷却槽(1)采用304不锈钢材质制成。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201911301743.1A CN111037162A (zh) | 2019-12-17 | 2019-12-17 | 一种用于电弧打印增材制造过程的冷却装置 |
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| CN (1) | CN111037162A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112108742A (zh) * | 2020-09-16 | 2020-12-22 | 江苏理工学院 | 一种用于氩弧焊接的焊接装置及焊接方法 |
| CN114054781A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-18 | 长沙理工大学 | 一种电弧增材与电化学减材复合制造装置及方法 |
| CN116921705A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种用于钛合金激光增材冷却的装置及方法 |
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2019
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