CN113001049B - 一种电辅助增材制造装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电辅助增材制造装置及方法，该电辅助增材制造装置包括增材制造装置和电辅助装置。增材制造装置包括热源装置和基板，热源装置用于熔化打印原料，熔化的打印原料用于在层叠凝固后形成打印工件，基板用于承载打印工件和打印原料。电辅助装置包括电源装置和导线组件，导线组件用于将电源装置和增材制造装置连接；其中，导线组件包括至少两组方向不同的导线，用以使方向不同的电流通过所述打印工件。由于增加了电辅助装置，一方面，可以预热打印工件，减少热应力，从而减少微裂纹的产生，另一方面，可以使电流通过打印工件，电流通过打印工件会产生电塑性效应，该效应可愈合微裂纹和缺陷，从而使得增材制造工件的质量提高。

Description

一种电辅助增材制造装置及方法
技术领域
本申请涉及增材制造技术领域，具体涉及一种电辅助增材制造装置及方法。
背景技术
增材制造技术能够制造复杂的金属零部件，在航天，车辆，生物医疗等领域具有广泛的应用前景。但由于金属材料的增材制造过程中需要经过温度的急剧变化，因此在打印工件上会不可避免地出现由残余应力和凝固过程导致的微裂纹及缺陷，这降低了打印工件的材料致密度，严重影响了打印工件的性能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：增材制造的残余应力和凝固过程会导致打印工件上出现微裂纹及缺陷，使得打印机工件的材料致密度和性能降低。
第一方面，一种实施例中提供一种电辅助增材制造装置，包括：
增材制造装置，所述增材制造装置包括热源装置和基板，所述热源装置用于熔化打印原料，熔化的所述打印原料用于在层叠凝固后形成打印工件，所述基板用于承载打印工件和打印原料；以及
电辅助装置，所述电辅助装置包括电源装置和导线组件，所述导线组件用于将电源装置和增材制造装置连接，用以使电流通过所述打印工件；
其中，所述导线组件包括至少两组方向不同的导线，所述导线用于将电源装置和增材制造装置连接，用以使方向不同的电流通过所述打印工件。
一种实施例中，所述电辅助装置还包括切换开关，所述切换开关与所述导线组件连接，所述切换开关用于将导线组件的不同的导线导通，以改变通过所述打印工件的电流的方向。
一种实施例中，所述电辅助装置还包括切换开关，所述切换开关与所述导线组件连接，所述导线组件包括第一导线和第二导线；所述第一导线沿第一方向延伸，所述第二导线沿第二方向延伸，所述切换开关能够将第一导线导通，以使电流沿第一方向通过所述打印工件，和将第二导向导通，以使电流沿第二方向通过所述打印工件。
一种实施例中，所述导线组件将电源装置与所述基板连接，以使电流通过所述基板并预热所述基板。
一种实施例中，所述电源装置包括直流电源装置、交流电源装置和脉冲电源装置中的至少一种。
一种实施例中，所述电源装置为具有调节电流大小的功能的电源装置。
一种实施例中，所述增材制造装置还包括预铺粉装置，所述预铺粉装置用于在打印前将打印原料铺设于基板。
一种实施例中，所述增材制造装置还包括同步送粉装置，所述同步送粉装置用于在打印时输送打印原料到基板上。
第二方面，一种实施例中提供一种电辅助增材制造方法，应用于电辅助增材制造装置，所述电辅助增材制造装置包括增材制造装置和电辅助装置，所述电辅助增材制造方法包括：
启动电辅助装置；以及
启动增材制造装置，进行增材制造，在增材制造的过程中，使电流通过打印工件。
一种实施例中，电辅助增材制造方法包括：将打印原料铺设于基板上；
启动电辅助装置，选择电流的类型，调节电流的大小，使电流通过所述基板，预热所述基板；以及，
启动增材制造装置，进行增材制造，在增材制造的过程中，使电流通过打印工件，以消除打印工件的微裂纹和缺陷，通过切换开关将导线组件的不同的导线导通，以改变通过所述打印工件的电流的方向，进而改变熔化的打印原料在打印工件上的凝固方向。
依据上述实施例的电辅助增材制造装置及方法，该电辅助增材制造装置包括增材制造装置和电辅助装置。增材制造装置包括热源装置和基板，热源装置用于熔化打印原料，熔化的打印原料用于在层叠凝固后形成打印工件，基板用于承载打印工件和打印原料。电辅助装置包括电源装置和导线组件，导线组件用于将电源装置和增材制造装置连接，用以使电流通过打印工件。其中，导线组件包括至少两组方向不同的导线，导线用于将电源装置和增材制造装置连接，用以使方向不同的电流通过所述打印工件。由于增加了电辅助装置，开启电辅助装置时，一方面，可以预热打印工件，减少热应力，从而减少微裂纹的产生，另一方面，可以使电流通过打印工件，电流通过打印工件会产生电塑性效应，该效应可愈合微裂纹和缺陷，从而使得增材制造工件的质量提高。
附图说明
图1为本申请一种实施例中电辅助增材制造装置的结构示意图；
图2为本申请一种实施例中电辅助增材制造方法的流程框图。
附图标记：1、热源装置；2、基板；3、电源装置；4、导线组件；5、打印工件。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
本实施例提供一种电辅助增材制造装置。
请参考图1，该电辅助增材制造装置包括增材制造装置和电辅助装置。
增材制造装置包括热源装置1和基板2，热源装置1用于熔化打印原料，熔化的打印原料用于在层叠凝固后形成打印工件5，基板2用于承载打印工件5和打印原料。电辅助装置包括电源装置3和导线组件4，导线组件4用于将电源装置3和增材制造装置连接，用以使电流通过打印工件5。
由于增加了电辅助装置，开启电辅助装置时，一方面，可以预热打印工件5，减少热应力，从而减少微裂纹的产生，另一方面，可以使电流通过打印工件5，电流通过打印工件5会产生电塑性效应，该效应可愈合微裂纹和缺陷，从而使得增材制造工件的质量提高。
增材制造的后处理过程中也可以在打印工件5上施加电流，例如，在增材制造后，需要对材料进行轧制，来细化晶粒，为了改善轧制效果从而引入电流。后处理过程中向打印工件5施加电流的目的与增材制造前和增材制造过程中向打印工件5施加电流的目的不同，后处理过程中向打印工件5施加电流的目的是降低材料的变形抗力和提高材料塑性，以此来提高轧制的效果。而增材制造前和增材制造过程中向打印工件5施加电流的目的是预热基板2，调控熔池流动，从而改善增材制造组织。
增材制造的后处理过程中向打印工件5施加电流，应用范围仅限于简单结构的制造，而增材制造前和增材制造过程中向打印工件5施加电流的则可以提高复杂结构的增材制造零件的性能。
需要说明的是，选择在增材制造过程中向打印工件5施加电流时，则不能使用电弧增材方法，电弧是等离子体，会与电流产生相互干扰。
请参考图1，在一种实施例中，导线组件4包括至少两组方向不同的导线，导线用于将电源装置3和增材制造装置连接，用以使方向不同的电流通过打印工件5。通过不同方向的电流影响熔化的打印原料在打印工件5上的凝固方向。
请参考图1，在一种实施例中，电辅助装置还包括切换开关，切换开关与导线组件4连接，切换开关用于将导线组件4的不同的导线导通，以改变通过打印工件5的电流的方向。由于增加了切换开关，用户可以通过切换开关改变通过打印工件5的电流方向。
请参考图1，在一种实施例中，电辅助装置还包括切换开关(图中未示出)，切换开关与导线组件4连接，导线组件4包括第一导线(图中未示出)和第二导线(图中未示出)。第一导线沿第一方向延伸，第二导线沿第二方向延伸，切换开关能够将第一导线导通，以使电流沿第一方向通过打印工件5，和将第二导向导通，以使电流沿第二方向通过打印工件5。
用户可以通过切换开关将第一导线导通，使得电流沿第一方向通过打印工件5，或者，通过切换开关将第二导线导通，使得电流沿第二方向通过打印工件5。第一方向和第二方向不相同，例如，第一方向和第二方向可以相互垂直，第一方向和第二方向也可以是其他不相同的任意方向。
请参考图1，在一种实施例中，导线组件4将电源装置3与基板2连接，以使电流通过基板2并预热基板2。
由于将电源装置3与基板2连接，在增材制造的过程中，电辅助装置能够预热基板2及打印工件5，使温度梯度下降，减少微裂纹和缺陷的产生。
在其他实施例中，导线组件4也可以不与基板2连接，而是与增材制造装置上专门的导电件连接，只要能使电辅助装置产生的电流通过打印工件5即可。
请参考图1，在一种实施例中，电源装置3包括直流电源装置、交流电源装置和脉冲电源装置中的至少一种。具体的，用户可以根据需要灵活选择合适的电源装置3。
请参考图1，在一种实施例中，电源装置3为具有调节电流大小的功能的电源装置。
请参考图1，在一种实施例中，增材制造装置还包括预铺粉装置，预铺粉装置用于在打印前将打印原料铺设于基板2。电辅助装置可以应用于预置铺粉式的增材制造装置。
请参考图1，在一种实施例中，增材制造装置还包括同步送粉装置，同步送粉装置用于在打印时输送打印原料到基板2上。电辅助装置可以应用于同步送粉式的增材制造装置。
另一方面，本实施例提供一种电辅助增材制造方法。
请参考图1和2，该电辅助增材制造方法包括：
启动电辅助装置。
以及启动增材制造装置，进行增材制造，在增材制造的过程中，使方向不同电流通过打印工件5。
开启电辅助装置时，一方面，可以预热打印工件5，减少热应力，从而减少微裂纹的产生，另一方面，可以使电流通过打印工件5，电流通过打印工件5会产生电塑性效应，该效应可愈合微裂纹和缺陷，从而使得增材制造工件的质量提高。
请参考图1和2，在一种更具体的实施例中，电辅助增材制造方法包括：
步骤100，将打印原料铺设于基板2上。
步骤200，启动电辅助装置，选择电流的类型，调节电流的大小，使电流通过基板2，预热基板2。
步骤300，启动增材制造装置，进行增材制造，在增材制造的过程中，使电流通过打印工件5，以消除打印工件5的微裂纹和缺陷,。
步骤400，通过切换开关将导线组件4的不同的导线导通，以改变通过打印工件5的电流的方向，进而改变熔化的打印原料在打印工件5上的凝固方向。
在一种具体的实施例中，基板2可以选用200mm×200mm×50mm的314不锈钢板，在进行增材制造前需要调整好基板2的位置。电流可以选用参数为100A的脉冲电流，等待基板2温度不变时完成对基板2的预热。热源装置1选用激光热源，打印原料选用Inconel 718钛合金。在其他实施例中，上述各种参数也可以根据实际需要灵活改变。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种电辅助增材制造装置,其特征在于，包括：
增材制造装置，所述增材制造装置包括热源装置和基板，所述热源装置用于熔化粉末增材制造的打印原料，熔化的所述打印原料用于在层叠凝固后形成打印工件，所述基板用于承载打印工件和打印原料；以及
电辅助装置，所述电辅助装置包括电源装置和导线组件，所述导线组件用于将电源装置和增材制造装置连接，用以在增材制造前和增材制造过程中使电流通过所述打印工件；
其中，所述导线组件包括至少两组方向不同的导线，所述导线用于将电源装置和增材制造装置连接，用以使方向不同的电流通过所述打印工件。
2.如权利要求1所述的电辅助增材制造装置，其特征在于，所述电辅助装置还包括切换开关，所述切换开关与所述导线组件连接，所述切换开关用于将导线组件的不同的导线导通，以改变通过所述打印工件的电流的方向。
3.如权利要求1所述的电辅助增材制造装置，其特征在于，所述电辅助装置还包括切换开关，所述切换开关与所述导线组件连接，所述导线组件包括第一导线和第二导线；所述第一导线沿第一方向延伸，所述第二导线沿第二方向延伸，所述切换开关能够将第一导线导通，以使电流沿第一方向通过所述打印工件，和将第二导向导通，以使电流沿第二方向通过所述打印工件。
4.如权利要求1-3任一项所述的电辅助增材制造装置，其特征在于，所述导线组件将电源装置与所述基板连接，以使电流通过所述基板并预热所述基板。
5.如权利要求1-3任一项所述的电辅助增材制造装置，其特征在于，所述电源装置包括直流电源装置、交流电源装置和脉冲电源装置中的至少一种。
6.如权利要求1-3任一项所述的电辅助增材制造装置，其特征在于，所述电源装置为具有调节电流大小的功能的电源装置。
7.如权利要求1-3任一项所述的电辅助增材制造装置，其特征在于，所述增材制造装置还包括预铺粉装置，所述预铺粉装置用于在打印前将打印原料铺设于基板。
8.如权利要求1-3任一项所述的电辅助增材制造装置，其特征在于，所述增材制造装置还包括同步送粉装置，所述同步送粉装置用于在打印时输送打印原料到基板上。
9.一种电辅助增材制造方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的电辅助增材制造装置，所述电辅助增材制造装置包括增材制造装置和电辅助装置，所述电辅助增材制造方法包括：
启动电辅助装置；以及
启动增材制造装置，进行增材制造，在增材制造的过程中，使方向不同的电流通过打印工件。
10.如权利要求9所述的电辅助增材制造方法，其特征在于，所述电辅助增材制造装置还包括切换开关，所述切换开关与所述导线组件连接，所述切换开关用于将导线组件的不同的导线导通，以改变通过所述打印工件的电流的方向；所述导线组件将电源装置与所述基板连接，以使电流通过所述基板并预热所述基板；所述电辅助增材制造方法包括：
将打印原料铺设于基板上；
启动电辅助装置，选择电流的类型，调节电流的大小，使电流通过所述基板，预热所述基板；以及，
启动增材制造装置，进行增材制造，在增材制造的过程中，使电流通过打印工件，以消除打印工件的微裂纹和缺陷，通过切换开关将导线组件的不同的导线导通，以改变通过所述打印工件的电流的方向，进而改变熔化的打印原料在打印工件上的凝固方向。
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