CN112692310A - 一种用于激光增材制造的辅助装备 - Google Patents

一种用于激光增材制造的辅助装备 Download PDF

Info

Publication number
CN112692310A
CN112692310A CN202011613379.5A CN202011613379A CN112692310A CN 112692310 A CN112692310 A CN 112692310A CN 202011613379 A CN202011613379 A CN 202011613379A CN 112692310 A CN112692310 A CN 112692310A
Authority
CN
China
Prior art keywords
additive manufacturing
support
auxiliary equipment
temperature
laser additive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011613379.5A
Other languages
English (en)
Inventor
周阳
朱强
唐茂倍
李瑶
刘朝阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest University of Science and Technology
Southern University of Science and Technology
Original Assignee
Southwest University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest University of Science and Technology filed Critical Southwest University of Science and Technology
Priority to CN202011613379.5A priority Critical patent/CN112692310A/zh
Publication of CN112692310A publication Critical patent/CN112692310A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Abstract

本发明属于增材制造技术领域,具体公开了一种用于激光增材制造的辅助装备,包括支架、磁温调控装置和驱动装置;其中,磁温调控装置架设于支架的一端,磁温调控装置包括与支架转动连接的护板组件、设置于护板组件的框体相对两侧壁的两电磁铁组件、以及架设于两电磁铁组件之间的控温底座;驱动装置架设于支架的另一端并驱动两电磁铁组件绕控温底座旋转。以此结构设计的辅助装置,通过对两电磁铁组件绕控温底座转动时所形成的磁场,以及控温底座上的温度场的同步调控,能够方便的实现激光增材制造过程中的熔池凝固参数的调控,进而达到调节打印件凝固组织的目的。

Description

一种用于激光增材制造的辅助装备
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域,尤其涉及一种用于激光增材制造的辅助装备。
背景技术
增材制造是一种融合了计算机辅助设计和材料成型技术为一体的新型制造工艺。与传统的减材制造工艺不同,增材制造是通过计算机将待加工几何体三维模型切片生成加工路径代码,在计算机的控制下沿加工路径逐点逐层叠加进行实体制造。近净成形与自由成型的特点降低了制造成本,解放了设计者的思想。根据使用能源的不同,增材制造又可分为高能束流增材制造(以激光,电子束为能源)与非高能束流增材制造(以电阻加热,特殊光源为能源)。高能束流其能量密度高可以用来加工金属、陶瓷等难熔材料,在商业和研究领域获得了极大的关注。较电子束相比,使用激光对环境的要求低,因而其中又以激光增材制造的研究最为广泛。
激光熔覆沉积制造过程中所具有的快速凝固以及高能量密度使得熔池具有较高的温度梯度和较为定向的温度梯度方向,导致打印件的组织在高度方向有形成柱状晶的趋势,使得零件具有各向异性。同时高温度梯度以及快速热循环导致的热应力使得零件产生裂纹等缺陷。并且激光、粉末、基材、环境间的交互作用在时空间中呈现不均匀性和不确定性,造成宏观的传热传质到微观熔池中凝固形核,晶体生长也具有不稳定性。导致最终产生不均匀不可控的凝固组织。
目前相关领域的研究者对上述问题做了一些相应的研究。相关技术中有利用超声的空化效应,在打印基板上外加超声振动系统,通过对工艺参数的优化以及超振平台的工艺调控,进而打印了具有均匀细小等轴晶的构件。但超声振动的强度会随着零件尺寸的增大而显著降低,该工艺对于零件的尺寸及形状都有所限制,并且很难保证作用在熔池内部的超声能量的均一性;此外也有通过添加旋转磁场来调控激光熔覆沉积IN718的析出相形貌,从而改善打印件的性能。但此方法任然无法有效的控制环境温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于激光增材制造的辅助装备,通过磁场和温度场同步调控可实现激光增材制造过程中的熔池凝固参数的调控,进而达到调节打印件凝固组织的目的。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种用于激光增材制造的辅助装备,包括:
支架;
磁温调控装置,架设于所述支架的一端,所述磁温调控装置包括与所述支架转动连接的护板组件、设置于所述护板组件的框体相对两侧壁的两电磁铁组件、以及架设于两所述电磁铁组件之间的控温底座;
驱动装置,架设于所述支架的另一端并驱动两所述电磁铁组件绕所述控温底座旋转。
其中,所述支架的一端竖直紧固有支撑杆,所述支撑杆的上端紧固有所述控温底座。
其中,所述支撑杆套设有空心轴,所述空心轴与所述护板组件的安装座转动连接。
其中,所述驱动装置包括架设于所述支架另一端的电机、设置于所述空心轴的外露端的从动轮、以及设置于所述电机的主动轮与所述从动轮之间的同步带。
其中,所述护板组件包括所述框体、与所述框体相对两侧壁紧固的U形架、以及设置于所述U形架下方与所述支架紧固的所述安装座。
其中,所述空心轴穿设于所述U形架并外露于所述安装座的下底面,且所述空心轴与所述U形架紧固。
其中,所述支撑杆穿设于所述空心轴且下端与所述支架紧固。
其中,所述电磁铁组件包括励磁线圈,以及与所述励磁线圈同轴配合的磁铁,所述磁铁朝向所述控温底座的一端并呈锥台状设置。
其中,所述控温底座包括设置有水路的降温板、设置于所述降温板外周面的水冷接口、以及设置于所述降温板的温度传感器,所述水冷接口与外部水冷装置相连接。
其中,所述电机、所述电磁铁组件、所述温度传感器及所述外部水冷装置均与外部电控装置电连接。
本发明的有益效果在于:本发明公开了一种用于激光增材制造的辅助装备,包括支架、磁温调控装置和驱动装置;其中,磁温调控装置架设于支架的一端,磁温调控装置包括与支架转动连接的护板组件、设置于护板组件的框体相对两侧壁的两电磁铁组件、以及架设于两电磁铁组件之间的控温底座;驱动装置架设于支架的另一端并驱动两电磁铁组件绕控温底座旋转。以此结构设计的辅助装置,通过对两电磁铁组件绕控温底座转动时所形成的磁场,以及控温底座上的温度场的同步调控,能够方便的实现激光增材制造过程中的熔池凝固参数的调控,进而达到调节打印件凝固组织的目的。
附图说明
图1是本发明一种用于激光增材制造的辅助装备的轴测图。
图2是图1护板组件的轴测图。
图3是图1护板组件与电磁铁组件装配后的轴测图。
图中:
1、支架;
2、磁温调控装置;211、框体;212、U形架;213、安装座;221、励磁线圈;222、磁铁;23、控温底座;231、降温板;232、水冷接口;233、温度传感器;25、空心轴;
31、电机;32、同步带。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中,术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分,并没有特殊的含义。
结合图1至图3所示,本实施例提供了一种用于激光增材制造的辅助装备,包括支架1、磁温调控装置2及驱动装置,具体的,磁温调控装置2架设于支架1的一端,磁温调控装置2包括与支架1转动连接的护板组件、设置于护板组件的框体211相对两侧壁内侧的两电磁铁组件、以及架设于两电磁铁组件之间的控温底座23,作为优选,本实施例在两电磁铁组件之间的上方架设有激光熔覆头。
作为优选,上述护板组件包括框体211、与框体211相对两侧壁紧固的U形架212、以及设置于U形架212下方与支架1紧固的安装座213,为了驱动两电磁铁组件绕控温底座23转动,本实施例中的U形架212与安装座213转动连接。
作为优选,本实施例中的支架1竖直紧固有支撑杆,支撑杆的上端紧固有控温底座23。为了驱动护板组件绕支撑杆转动,本实施在支撑杆的外围套设有空心轴25,空心轴25穿设于U形架212并外露于安装座213的下底面,且空心轴25与U形架212紧固,支撑杆穿设于空心轴25且下端与支架1紧固,以此方式安装后的空心轴25与护板组件的安装座213转动连接。并通过架设于支架1另一端的驱动装置驱动空心轴25转动,继而带动U形架212转动。
作为进一步优选,本实施例中的驱动装置包括架设于支架1另一端的电机31、设置于空心轴25的外露端的从动轮、以及设置于电机31的主动轮与从动轮之间的同步带32。当电机31转动时,即可通过同步带驱动空心轴25转动,继而使得架设于框体211相对两侧壁上的电磁铁组件绕控温底座23转动。
进一步具体的,本实施例中的所述电磁铁组件包括励磁线圈221,以及与所述励磁线圈221同轴配合的磁铁222,所述磁铁222朝向所述控温底座23的一端并呈锥台状设置。以此在驱动装置的驱动作用下,使得相对设置的两电磁铁组件绕控温底座23以不同的转速转动。
此外,为了较好的感知工件所处温度,对加工中的工件降温,作为优选,本实施例中的控温底座23包括设置有水路的降温板231、设置于降温板231外周面的水冷接口232、以及设置于降温板231的温度传感器233,水冷接口232与外部水冷装置相连接。采用上述结构设计的辅助装备,电机31、电磁铁组件、温度传感器233及外部水冷装置均与外部电控装置电连接。
此外,有关水路的具体控制,以及温度传感器233与外部电控装置的具体连接,相关技术中都较为常用,在此不做具体赘述。
采用上述方案设计的辅助装备,主要应用在直接能量沉积形式的增材制造工艺中,将本发明直接安置在该种增材制造设备的底座上,在温控底座上安装好打印基板后,打开激光增材制造设备后与本系统的控制系统后,激光熔覆头在磁场中心部位进行打印。在打印过程中,温控底座上的温度传感器233将会实时监测打印基板的温度,自动调节底座上冷却介质的通断,从而将基板温度控制在稳定的范围内。在打印过程中人为调节或着在打印前预设磁场转速和磁场强度来共同调控凝固参数,从而实现凝固组织的调控。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,包括:
支架(1);
磁温调控装置(2),架设于所述支架(1)的一端,所述磁温调控装置(2)包括与所述支架(1)转动连接的护板组件、设置于所述护板组件的框体(211)相对两侧壁的两电磁铁组件、以及架设于两所述电磁铁组件之间的控温底座(23);
驱动装置,架设于所述支架(1)的另一端并驱动两所述电磁铁组件绕所述控温底座(23)旋转。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述支架(1)的一端竖直紧固有支撑杆,所述支撑杆的上端紧固有所述控温底座(23)。
3.根据权利要求2所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述支撑杆套设有空心轴(25),所述空心轴(25)与所述护板组件的安装座(213)转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述驱动装置包括架设于所述支架(1)另一端的电机(31)、设置于所述空心轴(25)的外露端的从动轮、以及设置于所述电机(31)的主动轮与所述从动轮之间的同步带(32)。
5.根据权利要求3所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述护板组件包括所述框体(211)、与所述框体(211)相对两侧壁紧固的U形架(212)、以及设置于所述U形架(212)下方与所述支架(1)紧固的所述安装座(213)。
6.根据权利要求5所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述空心轴(25)穿设于所述U形架(212)并外露于所述安装座(213)的下底面,且所述空心轴(25)与所述U形架(212)紧固。
7.根据权利要求3所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述支撑杆穿设于所述空心轴(25)且下端与所述支架(1)紧固。
8.根据权利要求3所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述电磁铁组件包括励磁线圈(221),以及与所述励磁线圈(221)同轴配合的磁铁(222),所述磁铁(222)朝向所述控温底座(23)的一端并呈锥台状设置。
9.根据权利要求4所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述控温底座(23)包括设置有水路的降温板(231)、设置于所述降温板(231)外周面的水冷接口(232)、以及设置于所述降温板(231)的温度传感器(233),所述水冷接口(232)与外部水冷装置相连接。
10.根据权利要求9所述的一种用于激光增材制造的辅助装备,其特征在于,所述电机(31)、所述电磁铁组件、所述温度传感器(233)及所述外部水冷装置均与外部电控装置电连接。
CN202011613379.5A 2020-12-30 2020-12-30 一种用于激光增材制造的辅助装备 Pending CN112692310A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011613379.5A CN112692310A (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种用于激光增材制造的辅助装备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011613379.5A CN112692310A (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种用于激光增材制造的辅助装备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112692310A true CN112692310A (zh) 2021-04-23

Family

ID=75512681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011613379.5A Pending CN112692310A (zh) 2020-12-30 2020-12-30 一种用于激光增材制造的辅助装备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112692310A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105798299A (zh) * 2016-03-29 2016-07-27 上海大学 非接触控制增材制造金属零件凝固组织的方法及磁控金属3d打印装置
CN106392072A (zh) * 2016-10-20 2017-02-15 中国人民解放军装甲兵工程学院 磁控激光熔覆成形设备与方法
CN108620584A (zh) * 2018-04-03 2018-10-09 上海大学 全等轴晶金属构件的激光增材制造方法及其装置
CN108620585A (zh) * 2018-04-09 2018-10-09 上海大学 能进行磁场控制和母材输运的增材制造装置
CN109648215A (zh) * 2019-01-18 2019-04-19 江苏大学 一种基于旋转电磁场和水基超声振动的激光冲击打孔装置
CN109663917A (zh) * 2019-01-24 2019-04-23 大连理工大学 一种电磁感应加热辅助激光增材制造钛基复合材料的装置及方法
CN110142407A (zh) * 2019-06-04 2019-08-20 南方科技大学 一种增材制造的控制方法、装置、系统及存储介质
WO2020062341A1 (zh) * 2018-09-28 2020-04-02 江苏大学 一种激光增材装置及其增材制造的方法
CN111558716A (zh) * 2020-04-27 2020-08-21 常州信息职业技术学院 强制冷却协同直流磁场提高增材构件柱状晶的方法和装置
CN214349623U (zh) * 2020-12-30 2021-10-08 南方科技大学 一种用于激光增材制造的辅助装备

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105798299A (zh) * 2016-03-29 2016-07-27 上海大学 非接触控制增材制造金属零件凝固组织的方法及磁控金属3d打印装置
CN106392072A (zh) * 2016-10-20 2017-02-15 中国人民解放军装甲兵工程学院 磁控激光熔覆成形设备与方法
CN108620584A (zh) * 2018-04-03 2018-10-09 上海大学 全等轴晶金属构件的激光增材制造方法及其装置
CN108620585A (zh) * 2018-04-09 2018-10-09 上海大学 能进行磁场控制和母材输运的增材制造装置
WO2020062341A1 (zh) * 2018-09-28 2020-04-02 江苏大学 一种激光增材装置及其增材制造的方法
CN109648215A (zh) * 2019-01-18 2019-04-19 江苏大学 一种基于旋转电磁场和水基超声振动的激光冲击打孔装置
CN109663917A (zh) * 2019-01-24 2019-04-23 大连理工大学 一种电磁感应加热辅助激光增材制造钛基复合材料的装置及方法
CN110142407A (zh) * 2019-06-04 2019-08-20 南方科技大学 一种增材制造的控制方法、装置、系统及存储介质
CN111558716A (zh) * 2020-04-27 2020-08-21 常州信息职业技术学院 强制冷却协同直流磁场提高增材构件柱状晶的方法和装置
CN214349623U (zh) * 2020-12-30 2021-10-08 南方科技大学 一种用于激光增材制造的辅助装备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108620585B (zh) 能进行磁场控制和母材输运的增材制造装置
JP2940437B2 (ja) 単結晶の製造方法及び装置
CN214349623U (zh) 一种用于激光增材制造的辅助装备
CN106392072B (zh) 磁控激光熔覆成形设备与方法
CN113000861B (zh) 一种磁约束加工悬垂结构件的增材制造设备和方法
CN107675172A (zh) 一种基于超声—洛伦兹力复合振动的激光熔覆装置及方法
CN112974803B (zh) 一种减少激光选区熔化成型构件孔隙率的方法
CN109648215A (zh) 一种基于旋转电磁场和水基超声振动的激光冲击打孔装置
CN102528002A (zh) 一种施加复合电磁场的高温合金细晶铸造工艺方法和装置
CN106567072B (zh) 一种永磁铁供磁的电-磁复合场协同激光熔覆装置
CN113118420B (zh) 一种超细柱晶高温合金叶片及其激光定向凝固制备方法
CN113909503B (zh) 基于微振动辅助金属零件激光增材制造装置及方法
CN113118635A (zh) 一种磁场激光抛光装置及方法
CN112692310A (zh) 一种用于激光增材制造的辅助装备
JPH09188590A (ja) 単結晶の製造方法および装置
CN207615657U (zh) 一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置
CN113564392A (zh) 一种用于半固态变温振动细化金属凝固组织的装置及方法
CN113811642A (zh) 单晶提拉装置及单晶提拉方法
CN116021034A (zh) 一种多能场协同作用的梯度材料制备系统
CN202398799U (zh) 一种施加复合电磁场的高温合金细晶的铸造装置
CN212419636U (zh) 一种用于激光增材制造涡轮叶片的磁场可控调节装置
JPH11180798A (ja) シリコン単結晶の製造方法及び製造装置
CN210104077U (zh) 一种机械振动辅助感应熔覆层的设备
JP3053183B1 (ja) 磁気力による擬似微小重力場を利用した浮遊溶融
Wang et al. Three-dimensional simulation of silicon melt flow in electromagnetic Czochralski crystal growth

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination