CN117884657A - 一种外场辅助激光增材制造装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种外场辅助激光增材制造装置及其使用方法，属于增材制造领域，包括基板、第一磁性组件及第二磁性组件；基板上形成熔池；第一磁性组件及第二磁性组件均跨设在基板上并沿基板板面的垂直方向往复移动，第一磁性组件与第二磁性组件分别产生第一磁场与第二磁场；第一磁场的磁感线方向水平延伸且预设为第一方向，第二磁场的磁感线方向水平延伸且预设为第二方向，第一方向为第二方向的垂直方向；熔池位于第一磁场或者第二磁场内；通过磁性组件进行机械往复运动产生熔道切割磁感线运动，在熔池内产生感应电流和洛伦兹力以调控金属熔体的流动，已凝固熔道冷却时也会导通感应电流，利用电磁冲击力控制凝固区域应力应变场以抑制热应力开裂。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种外场辅助激光增材制造装置及其使用方法。
背景技术
激光定向能量沉积(L-DED)是一种极具潜力的增材制造技术，它基于分层制造、层层叠加的成形原理，采用高能量密度激光束对金属粉末进行逐点、逐线、逐层熔化，能够实现复杂结构零件的直接近净成形。在加工过程中聚焦激光束在六轴机械臂的控制下，按照预先设定的路径，对基底进行二维扫描。扫描的同时，粉末喷嘴将金属粉末直接输送到激光光斑在固态基板上形成的熔池中，发生快速熔化、凝固，并与基板形成一层冶金熔覆层，即沉积层。当按照预先设定的二维图形完成单层沉积后，粉末喷嘴和聚焦镜一同上升与单层沉积厚度相同的高度，并按照上述扫描方法继续沉积下一层直至整个零件成形结束。
然而，高能量密度激光束与金属粉末相互作用产生的冷却速率高达102～104K/s，温度梯度高达105～106K/m，凝固速率高达0.1～100mm/s，极高的温度和极快的冷却速度将诱发大的热应力和残余应力，导致具有较宽凝固区间和较差塑韧性合金材料的开裂。此外，激光加工过程中，合金粉末熔化、凝固和冷却都在极短的时间内完成，熔池内的气体来不及溢出以及匙孔失稳闭合现象将产生气孔缺陷。再者，多道多层产生的复杂水平和垂直热循环导致微观组织的不均匀，进而危害零件的力学性能。
近年来，磁场被用于辅助激光增材制造，在改善显微组织和力学性能方面优势显著。研究表明，在快速熔凝过程中引入额外磁场产生的电磁力对熔池进行振动搅拌，具有加速气体逸出、破碎固相枝晶、促进熔池非自发形核、细化晶粒、降低温度梯度、抑制应力开裂、改善成形性并提高强韧性等有益效果。中国专利CN114669759公开了一种外场辅助高熵合金激光增材制造装置及其方法，通过控制电磁继电器实现电磁铁A1、A2、A3、A4之间的通断，在金属基板周围形成动态往复电磁场，通过动态磁场的规律性变化产生电磁力调控熔池内流体运动。而本案旨在提供另一种基于切割磁感线的方式来解决熔池从熔化、凝固到固相冷却过程的时间极短，需要对熔池内流体运动产生持续且稳定的调控作用，并对已凝固金属材料产生电磁冲击以改善热应力对熔道的不利影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种外场辅助激光增材制造装置及其使用方法，用于解决激光增材制造过程中，熔池从熔化、凝固到固相冷却过程的时间极短，难以对熔池内流体运动产生持续且稳定的调控作用以及对已凝固金属材料改善其热应力情况的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种外场辅助激光增材制造装置，包括基板、第一磁性组件及第二磁性组件；基板上沿水平方向由金属材料通过激光熔化形成熔池；第一磁性组件及第二磁性组件均跨设在基板上并分别相对于基板沿基板板面的垂直方向往复移动，第一磁性组件与第二磁性组件分别产生第一磁场与第二磁场；第一磁场的磁感线方向水平延伸且预设为第一方向，第二磁场的磁感线方向水平延伸且预设为第二方向，第一方向为第二方向的垂直方向；熔池位于第一磁场或者第二磁场至少其中一个之内。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一磁性组件沿基板板面的垂直方向移动的速度大于熔池的凝固速度；第二磁性组件沿基板板面的垂直方向移动的速度大于熔池的凝固速度。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一磁性组件包括第一电磁铁及第二电磁铁，第二磁性组件包括第三电磁铁及第四电磁铁；第一电磁铁及第二电磁铁对称设置在基板边缘并相对于基板沿基板板面的垂直方向同步往复移动，第一电磁铁及第二电磁铁极性相反并在第一电磁铁及第二电磁铁之间产生第一磁场，第一方向在沿第一电磁铁朝向第二电磁铁的方向以及沿第二电磁铁朝向第一电磁铁的方向之间往复切换；第三电磁铁及第四电磁铁对称设置在基板边缘并相对于基板沿基板板面的垂直方向同步往复移动，第三电磁铁及第四电磁铁均位于第一电磁铁及第二电磁铁之间，第三电磁铁及第四电磁铁极性相反并在第三电磁铁及第四电磁铁之间产生第二磁场，第二方向在沿第三电磁铁朝向第四电磁铁的方向以及沿第四电磁铁朝向第三电磁铁的方向之间往复切换。
更进一步优选的，第一方向的切换频率为第一磁性组件切换移动方向的频率的奇数倍；第二方向的切换频率为第二磁性组件切换移动方向的频率的奇数倍。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括电磁单元；电磁单元设置在基板朝向地面的一侧并相对于基板沿水平方向往复移动，电磁单元产生第三磁场；第三磁场的磁感线方向预设为第三方向，第三方向为基板板面的垂直方向；熔池位于第一磁场、第二磁场或者第三磁场至少其中一个之内。
更进一步优选的，电磁单元水平移动的速度沿第一方向的分量大于熔池的凝固速度；或者电磁单元水平移动的速度沿第二方向的分量大于熔池的凝固速度。
更进一步优选的，第三方向在沿垂直于基板板面且朝向地面的方向以及沿垂直于基板板面且远离地面的方向之间往复切换。
更进一步优选的，第三方向的切换频率为电磁单元沿第一方向或者第二方向移动时切换移动方向的频率的奇数倍。
另一方面，本发明还提供了一种外场辅助激光增材制造装置的使用方法，采用上述的外场辅助激光增材制造装置，包括以下步骤，步骤一，根据设定好的激光扫描路径利用激光将金属材料熔化在基板上形成熔池；步骤二，驱使第一磁性组件或者第二磁性组件相对于基板沿基板板面的垂直方向往复移动，使第一磁场或者第二磁场的磁感线与激光扫描路径相垂直，并使熔池及已凝固的熔道切割第一磁场或第二磁场的磁感线或者同时切割第一磁场及第二磁场的磁感线；步骤三，按照预先设定的二维图形完成单层沉积后，重复步骤一和步骤二，逐层沉积直至整个成形零件制造完成。
在以上技术方案的基础上，优选的，在步骤二中，在驱使第一磁性组件或者第二磁性组件相对于基板沿基板板面的垂直方向往复移动时，同时驱动电磁单元水平移动并使电磁单元的移动方向与激光扫描路径相垂直，并使熔池及已凝固的熔道同时切割第一磁场及第三磁场的磁感线或者同时切割第二磁场及第三磁场的磁感线或者同时切割第一磁场、第二磁场及第三磁场的磁感线。
本发明的一种外场辅助激光增材制造装置及其使用方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明通过磁性组件进行机械往复运动产生熔道切割磁感线运动，在熔池内产生感应电流和洛伦兹力，从而调控熔池中熔体的流动，降低熔池内部残余应力降低，同时已凝固的熔道在冷却时也会导通感应电流，利用电磁冲击力控制凝固区域应力应变抑制热应力开裂。本发明装置相较于无磁场辅助激光增材制造具有冶金缺陷(裂纹和气孔)更少、组织更加均匀，晶粒更加细小，内部残余应力降低，力学性能显著提升的优势，具有较高的应用价值。且本发明适用于钛合金、铝合金、高温合金、镁合金、不锈钢、高熵合金、铜合金以及脆性难加工材料(金属间化合物、纯钨、陶瓷等)等众多材料的激光增材制造，是一种节约成本、高效清洁的柔性化先进制造技术。
(2)本发明通过磁性组件产生水平方向的磁场，并通过电磁单元产生垂直方向的磁场，使熔池及已凝固的熔道能够同时切割水平方向的磁场及垂直方向的磁场，能够大幅增大在熔池及熔道内产生感应电流和洛伦兹力。
附图说明
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的增材制造装置沿第一方向作业的立体图；
图2为本发明的增材制造装置沿第二方向作业的立体图；
图3为本发明的增材制造装置斜向作业的立体图；
图4为本发明的增材制造装置的另一种实施方式的立体图；
图5为本发明的增材制造方法中熔池切割第一磁场的磁感线产生直流电的原理图；
图6为本发明的增材制造方法中熔池切割第一磁场的磁感线产生交流电的原理图；
图7为本发明的增材制造方法中熔池切割第三磁场的磁感线产生直流电的原理图；
图8为本发明的增材制造方法中熔池切割第三磁场的磁感线产生交流电的原理图；
图9为实验例一中试样1(a)和试样2(b)纵截面的金相照片；
图10为对比例中试样5(a)和试样6(b)纵截面的金相照片。
图中：1、基板；10、熔池；2、第一磁性组件；21、第一电磁铁；22、第二电磁铁；201、第一方向；3、第二磁性组件；31、第三电磁铁；32、第四电磁铁；301、第二方向；4、电磁单元；401、第三方向。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，结合图2，本发明的一种外场辅助激光增材制造装置，包括基板1、第一磁性组件2及第二磁性组件3。
其中，基板1稳固放置在一个水平的工作平台上，基板1上方安装有激光器、聚焦镜及同轴送粉器，激光器发出的激光通过聚焦镜聚焦后与同轴送粉器送出的金属粉末在基板1上相互作用形成熔池10，熔池10凝固后随着激光沉积的进行逐渐形成熔道，基板1上沿水平方向由金属材料通过激光熔化形成熔池10。
第一磁性组件2及第二磁性组件3均跨设在基板1上并分别相对于基板1沿基板1板面的垂直方向往复移动，第一磁性组件2与第二磁性组件3分别产生水平方向的第一磁场与第二磁场。第一磁性组件2及第二磁性组件3可以安装在伸缩升降机构上实现垂直升降，但优选安装在滑块螺杆装置或者蜗轮蜗杆装置上，能够更精确和迅速的控制第一磁性组件2及第二磁性组件3的升降高度及升降频率。相比目前采用电磁场作为增材制造的外场辅助的技术，本发明的区别在于，本案采用熔道切割磁感线的方式作为外场辅助手段，熔道切割磁感线会产生感应电流，感应电流和磁场的共同作用会在熔池10内的金属粒子上施加洛伦兹力，从而增大熔池10中熔体的流动速度，加速熔池10内部气体溢出，促进熔池10非自发形核、细化晶粒、降低温度梯度、抑制应力开裂、改善成形性并提高强韧性；同时由于熔道切割磁感线会产生感应电流，而熔道为凝固的金属材料，因此感应电流还会导通到熔道上已经凝固的部分，对处于已经凝固但处于热冷却状态的熔道，感应电流和磁场的共同作用会对凝固部分施加洛伦兹力，对凝固部分的热应力情况进行优化，从而减弱凝固部分在冷却状态下发生热应力开裂的程度。
由于本案的原理是利用金属熔道切割磁感线产生感应电流及洛伦兹力，因此在基板1上形成的熔道需要垂直于水平磁感线，或者更准确的说，熔池10的移动轨迹必须存在与水平磁感线相垂直的分量。第一磁场的磁感线方向水平延伸且预设为第一方向201，第二磁场的磁感线方向水平延伸且预设为第二方向301，第一方向201为第二方向301的垂直方向，因此无论熔池10及已凝固的熔道随激光扫描逐渐沿第一方向201或者第二方向301或者斜向移动，形成的熔池10及已凝固的熔道始终具有切割第一磁场或者第二磁场或者同时切割两个磁场的能力；熔池10及已凝固的熔道位于第一磁场或者第二磁场至少其中一个之内。随着第一磁性组件2及第二磁性组件3垂直升降，熔池10及熔道切割第一或第二磁场产生感应电流和垂直方向的洛伦兹力，具体来说，感应电流沿已凝固熔道导通产生垂直方向的电磁力冲击效应，同时熔池10内存在大量金属带电粒子，大量金属带电粒子在垂直升降的第一磁场及第二磁场作用下在熔池10内产生垂直方向的洛伦兹力，从而起到外场辅助的效果。
另外，为了提升外场辅助的效果，本案需要尽可能的增大熔道内导通的感应电流，在此情况下结合图3及图5，预设熔池10的移动路径为斜向并同时交叉与第一方向201及第二方向301，且预设第一方向201为第一电磁铁21朝向第二电磁铁22，第二方向301为第三电磁铁31朝向第四电磁铁32，为了避免熔道的两个分量分别切割第一磁场及第二磁场产生的感应电流相互抵消，第一磁性组件2与第二磁性组件3需要采取交替升降的状态；同时第一磁性组件2或第二磁性组件3切换升降状态时，需要同时切换磁感线的方向；通过上述设计，熔池10及已凝固的熔道能够同时切割第一磁场及第二磁场并在熔道内产生相互叠加的直流电流。
在图3所示的一优选实施例中，由于熔池10从金属材料被激光熔化到凝固的状态所需的时间其实较短，熔池10的凝固速度通常为0.1～100mm/s，因此为了在熔池10凝固前，就能够通过熔池10切割磁感线在熔池10内产生感应电流，第一磁性组件2沿基板1板面的垂直方向移动的速度大于熔池10的凝固速度；第二磁性组件3沿基板1板面的垂直方向移动的速度大于熔池10的凝固速度。
在图1所示的一优选实施例中，为了能够控制第一磁性组件2及第二磁性组件3的磁场强度及磁感线方向，具体实施时，第一磁性组件2包括第一电磁铁21及第二电磁铁22，第二磁性组件3包括第三电磁铁31及第四电磁铁32。
其中，第一电磁铁21及第二电磁铁22对称设置在基板1边缘并相对于基板1沿基板1板面的垂直方向同步往复移动，第一电磁铁21及第二电磁铁22极性相反并在第一电磁铁21及第二电磁铁22之间产生第一磁场，第一方向201在沿第一电磁铁21朝向第二电磁铁22的方向以及沿第二电磁铁22朝向第一电磁铁21的方向之间往复切换。
第三电磁铁31及第四电磁铁32对称设置在基板1边缘并相对于基板1沿基板1板面的垂直方向同步往复移动，第三电磁铁31及第四电磁铁32均位于第一电磁铁21及第二电磁铁22之间，第三电磁铁31及第四电磁铁32极性相反并在第三电磁铁31及第四电磁铁32之间产生第二磁场，第二方向301在沿第三电磁铁31朝向第四电磁铁32的方向以及沿第四电磁铁32朝向第三电磁铁31的方向之间往复切换。
第一电磁铁21、第二电磁铁22、第三电磁铁31及第四电磁铁32均为单极电磁铁，并与电流控制器电性连接，电流控制器通过改变电流方向和大小控制第一磁场与第二磁场的磁感线方向和磁场大小。通常来说，电流控制器通24V直流电后使第一磁性组件2及第二磁性组件3产生沿水平方向的稳态磁场。
在图1所示的一优选实施例中，结合图6，也可以在熔池10及熔道内产生交流电流，第一方向201的切换频率为第一磁性组件2切换移动方向的频率的奇数倍；第二方向301的切换频率为第二磁性组件3切换移动方向的频率的奇数倍。在实际实施中，优选在熔池10及熔道内产生的交流电流，尽管其外场辅助效果稍弱于直流电流，但由于熔池10的凝固速度较快，通过控制第一磁性组件2及第二磁性组件3的升降速度大于熔池10凝固速度的难度较大，为了尽可能的提高熔池10切割磁感线的效率，需要结合控制第一磁性组件2及第二磁性组件3的升降切换以及第一磁性组件2及第二磁性组件3的磁场方向切换，但这就造成如果仍然需要控制直流电流叠加而增大外场辅助效果的难度较大，因此在熔池10及熔道内产生的交流电流更符合实际实施的需求。
在图4所示的一优选实施例中，结合图7，为了进一步提高外场辅助效果，还包括电磁单元4。
其中，电磁单元4设置在基板1朝向地面的一侧并相对于基板1沿水平方向往复移动，电磁单元4产生第三磁场。如前所述，随着电磁单元4的水平移动，熔池10及已凝固的熔道切割第三磁场的磁感线产生感应电流和水平方向的洛伦兹力，具体来说，感应电流沿已凝固熔道导通产生水平方向的电磁力冲击效应，同时感应电流使熔池10内部产生了大量金属带电粒子，这些金属带电粒子此时不仅受到垂直升降的第一磁场和第二磁场的作用，同时还受到水平移动的第三磁场的作用，大量金属带电粒子在水平移动的第三磁场作用下在熔池10内产生水平方向的洛伦兹力，因此可以使熔池10同时受到水平和垂直两个方向的洛伦兹力，从而进一步提升外场辅助效果。
第三磁场的磁感线方向预设为第三方向401，第三方向401为基板1板面的垂直方向；熔池10位于第一磁场、第二磁场或者第三磁场至少其中一个之内。
在图4所示的一优选实施例中，电磁单元4水平移动的速度沿第一方向201的分量大于熔池10的凝固速度；电磁单元4水平移动的速度沿第二方向301的分量大于熔池10的凝固速度。
在图4所示的一优选实施例中，第三方向401在沿垂直于基板1板面且朝向地面的方向以及沿垂直于基板1板面且远离地面的方向之间往复切换。电磁单元4也可以电性连接电流控制器，从而实现磁场大小及方向的调控。
在图4所示的一优选实施例中，结合图8，第三方向401的切换频率为电磁单元4沿第一方向201或者第二方向301移动时切换移动方向的频率的奇数倍。
如图1所示，本发明的一种外场辅助激光增材制造装置的使用方法，采用上述任一实施例的外场辅助激光增材制造装置，包括以下步骤。
步骤一，将金属的基板1进行打磨和喷砂后固定在可升降的水平工作台上，根据设定好的激光扫描路径利用激光熔化金属材料在基板1上形成熔池10；同时可以在工作台上安装高速摄像机，采用高速摄像机对成形过程进行监测。
步骤二，驱使第一磁性组件2或者第二磁性组件3相对于基板1沿基板1板面的垂直方向往复移动，使第一磁场或者第二磁场的磁感线与激光扫描路径相垂直，并使熔池10及已凝固的熔道切割第一磁场或第二磁场的磁感线或者同时切割第一磁场及第二磁场的磁感线。
步骤三，按照预先设定的二维图形完成单层沉积后，粉末喷嘴和聚焦镜随升降平台一同上升与单层沉积厚度相同的高度，重复步骤一和步骤二，逐层沉积直至整个成形零件制造完成。
在图4所示的一优选实施例中，在步骤二中，在驱使第一磁性组件2或者第二磁性组件3相对于基板1沿基板1板面的垂直方向往复移动时，同时驱动电磁单元4水平移动并使电磁单元4的移动方向与激光扫描路径相垂直，并使熔池10及已凝固的熔道同时切割第一磁场及第三磁场的磁感线或者同时切割第二磁场及第三磁场的磁感线或者同时切割第一磁场、第二磁场及第三磁场的磁感线。
另外，本发明设计效果验证试验及结果分析如下。其中，设计实验例一、二与对比例。
在实验例一中，将粒径为53-105μm的AlCoCrFeNi2.1高熵合金粉末在VO-6050T真空干燥箱中100℃干燥2h，取出后加入送粉器中，将316不锈钢基板1进行打磨和喷砂处理后固定在水平工作台上，实验采用6kW连续光纤激光器，工艺参数如表1所示，根据设定好的激光扫描路径开启电磁单元2，控制磁场强度稳定在50mT，驱动电磁单元2以100mm/s的速度水平移动并使电磁单元2的移动方向与激光扫描路径相垂直。在电磁场辅助下，激光增材制造AlCoCrFeNi2.1高熵合金得到试样1和2。
表1
在实验例二中，同时开启电磁单元2及两个磁性组件并同时进行磁场往复运动，其他工艺参数均与实验例一相同，在此情况下激光增材制造AlCoCrFeNi2.1高熵合金得到试样3和4。
在对比例中，开启电磁单元2但无磁场往复运动，其他工艺参数均与实验例一相同，在此情况下激光增材制造AlCoCrFeNi2.1高熵合金得到试样5和6。
后采用电火花线切割的方式将实验例一、二和对比例中制备的样品1至6从基板1分离，使用光学显微镜(OM，Leica Microsystem DM 3000)来分析试样的致密度，其计算方式为致密度＝1-Rp，Rp是气孔率，由Image Pro Plus(IPP)软件从五个截面上获得，获得结果见表2。且获得实验例一与对比例中试样纵截面的金相照片分别如图9和图10所示。
表2
将实验例一、二及对比例进行比较，可见本发明通过电磁单元2及两个磁性组件进行机械往复运动产生熔池10及熔道切割磁感线运动，在熔池10及熔道内内产生感应电流和洛伦兹力，从而调控熔池10中熔熔体的流动和已凝固熔道的热应力情况，可明显消除AlCoCrFeNi2.1高熵合金的气孔缺陷，提高致密度；且可以发现相比于单一方向的切割磁感线运动，同时进行水平和竖直方向的切割磁感线运动，对熔池10的优化效果越好。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：包括基板(1)、第一磁性组件(2)及第二磁性组件(3)；
所述基板(1)上沿水平方向由金属材料通过激光熔化形成熔池(10)；
所述第一磁性组件(2)及第二磁性组件(3)均跨设在基板(1)上并分别相对于基板(1)沿基板(1)板面的垂直方向往复移动，所述第一磁性组件(2)与第二磁性组件(3)分别产生第一磁场与第二磁场；
所述第一磁场的磁感线方向水平延伸且预设为第一方向(201)，所述第二磁场的磁感线方向水平延伸且预设为第二方向(301)，所述第一方向(201)为第二方向(301)的垂直方向；
所述熔池(10)位于第一磁场或者第二磁场至少其中一个之内。
2.根据权利要求1所述的一种外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：所述第一磁性组件(2)沿基板(1)板面的垂直方向移动的速度大于熔池(10)的凝固速度；所述第二磁性组件(3)沿基板(1)板面的垂直方向移动的速度大于熔池(10)的凝固速度。
3.根据权利要求1所述的一种外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：所述第一磁性组件(2)包括第一电磁铁(21)及第二电磁铁(22)，所述第二磁性组件(3)包括第三电磁铁(31)及第四电磁铁(32)；
所述第一电磁铁(21)及第二电磁铁(22)对称设置在基板(1)边缘并相对于基板(1)沿基板(1)板面的垂直方向同步往复移动，所述第一电磁铁(21)及第二电磁铁(22)极性相反并在第一电磁铁(21)及第二电磁铁(22)之间产生第一磁场，所述第一方向(201)在沿第一电磁铁(21)朝向第二电磁铁(22)的方向以及沿第二电磁铁(22)朝向第一电磁铁(21)的方向之间往复切换；
所述第三电磁铁(31)及第四电磁铁(32)对称设置在基板(1)边缘并相对于基板(1)沿基板(1)板面的垂直方向同步往复移动，所述第三电磁铁(31)及第四电磁铁(32)均位于第一电磁铁(21)及第二电磁铁(22)之间，所述第三电磁铁(31)及第四电磁铁(32)极性相反并在第三电磁铁(31)及第四电磁铁(32)之间产生第二磁场，所述第二方向(301)在沿第三电磁铁(31)朝向第四电磁铁(32)的方向以及沿第四电磁铁(32)朝向第三电磁铁(31)的方向之间往复切换。
4.根据权利要求3所述的一种外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：所述第一方向(201)的切换频率为第一磁性组件(2)切换移动方向的频率的奇数倍；所述第二方向(301)的切换频率为第二磁性组件(3)切换移动方向的频率的奇数倍。
5.根据权利要求1所述的一种外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：还包括电磁单元(4)；
所述电磁单元(4)设置在所述基板(1)朝向地面的一侧并相对于基板(1)沿水平方向往复移动，所述电磁单元(4)产生第三磁场；
所述第三磁场的磁感线方向预设为第三方向(401)，所述第三方向(401)为基板(1)板面的垂直方向；
所述熔池(10)位于第一磁场、第二磁场或者第三磁场至少其中一个之内。
6.根据权利要求5所述的一种外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：所述电磁单元(4)水平移动的速度沿第一方向(201)的分量大于熔池(10)的凝固速度；或者所述电磁单元(4)水平移动的速度沿第二方向(301)的分量大于熔池(10)的凝固速度。
7.根据权利要求5所述的一种外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：所述第三方向(401)在沿垂直于基板(1)板面且朝向地面的方向以及沿垂直于基板板面且远离地面的方向之间往复切换。
8.根据权利要求7所述的一种外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：所述第三方向(401)的切换频率为电磁单元(4)沿第一方向(201)或者第二方向(301)移动时切换移动方向的频率的奇数倍。
9.一种外场辅助激光增材制造装置的使用方法，采用权利要求1至8任意一项所述的外场辅助激光增材制造装置，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，根据设定好的激光扫描路径利用激光将金属材料熔化在基板(1)上形成熔池(10)；
步骤二，驱使所述第一磁性组件(2)或者第二磁性组件(3)相对于基板(1)沿基板(1)板面的垂直方向往复移动，使所述第一磁场或者第二磁场的磁感线与激光扫描路径相垂直，并使所述熔池(10)和已凝固的熔道切割第一磁场或第二磁场的磁感线或者同时切割第一磁场及第二磁场的磁感线；
步骤三，按照预先设定的二维图形完成单层沉积后，重复所述步骤一和步骤二，逐层沉积直至整个成形零件制造完成。
10.根据权利要求9所述的一种外场辅助激光增材制造装置的使用方法，其特征在于：在所述步骤二中，在驱使所述第一磁性组件(2)或者第二磁性组件(3)相对于基板(1)沿基板(1)板面的垂直方向往复移动时，同时驱动所述电磁单元(4)水平移动并使电磁单元(4)的移动方向与激光扫描路径相垂直，并使所述熔池(10)和已凝固的熔道同时切割第一磁场及第三磁场的磁感线或者同时切割第二磁场及第三磁场的磁感线或者同时切割第一磁场、第二磁场及第三磁场的磁感线。
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