CN218252907U - 一种定向能量沉积原位合成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定向能量沉积原位合成系统，包括：密封腔，用于提供密封环境；沉积头，工作时固定在密封腔的上方；激光器，与所述沉积头连接，用于提供激光，熔化粉末；送粉器，用于提供粉末；滑台，设置在所述密封腔的内部，可在所述密封腔的内部移动，用于安放代加工的工件。本实用新型将工件的成型区域安置在密封腔内，隔绝氧气，使原位合成系统既可以加工不易氧化的材料，也可以加工钛铝镁等在高温下易与氧气反应的材料。本实用新型可广泛应用于材料合成技术领域。

Description

一种定向能量沉积原位合成系统

技术领域

本实用新型涉及材料合成技术领域，尤其涉及一种定向能量沉积原位合成系统。

背景技术

定向能沉积是通过使用激光(或电子)束来熔化金属粉末，以获得指定形状工件的技术。传统复合材料制备方法有粉末冶金法、喷射成型法和各种铸造技术即模压铸造、流变铸造和混砂铸造等。这些制备方法的复合材料存在增强体颗粒尺寸粗大、热力学不稳定、界面结合强度低等缺点。为了克服这些缺点，近年来出现了原位合成技术。

参见图1，图1是传统的激光定向能量沉积示意图。传统的系统中，将沉积头安装在机械臂，通过控制机械臂来移动沉积头的位置，以移动激光头获得增材制造工件。因此机械臂的体积比较大，现有的激光定向能量沉积设备都是在开放的环境中工作，因此可加工的材料有限，只能增材制造不锈钢，铜等不易氧化的材料，不能制造像钛，铝，镁等易氧化的材料。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种定向能量沉积原位合成系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种定向能量沉积原位合成系统，包括：

密封腔，用于提供密封环境；

沉积头，工作时固定在密封腔的上方；

激光器，通过光纤与所述沉积头连接，用于提供激光，熔化粉末；

送粉器，用于提供粉末；通过第一电磁阀改变送粉所需的气体类型，其中，第一电磁阀的一端与气瓶连接，另一端与送粉器连接；

滑台，设置在所述密封腔的内部，可在所述密封腔的内部移动，用于安放代加工的工件。

进一步地，所述定向能量沉积原位合成系统还包括保护气输送装置，用于提供保护沉积头的气体。

所述保护气输送装置的第二电磁阀与所述沉积头连接。

进一步地，所述定向能量沉积原位合成系统还包括过滤器，用于过滤掉尾气中的烟尘及粉末颗粒。

进一步地，所述密封腔包括外壳和密封门，

所述外壳的顶部设有通孔，所述沉积头通过通孔固定在所述密封腔上，并将激光和粉末输送到所述密封腔的内部。

进一步地，所述外壳的顶部还设有测氧仪，用于监测所述密封腔内部的氧气浓度。

进一步地，所述外壳的顶部还设有压力开关，用于监测所述密封腔内部气体压力，当检测到内部压力超过预设阈值，打开密封腔排气开关。

进一步地，所述外壳的顶部还设有触摸屏。

进一步地，所述外壳的顶部还设有进气口及出气口。

进一步地，所述外壳的顶部还设有把手，所述外壳的底部设有固定脚。

进一步地，所述密封门设置在所述外壳的第一表面上，且所述第一表面上还设有电源接口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将工件的成型区域安置在密封腔内，隔绝氧气，使原位合成系统既可以加工不易氧化的材料，也可以加工钛铝镁等在高温下易与氧气反应的材料。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是传统的激光定向能量沉积的示意图。

图2是本实用新型实施例中一种定向能量沉积原位合成系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中密封腔的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中密封腔的内部结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图2所示，本实施例提供一种定向能量沉积原位合成系统，包括：

密封腔，用于提供密封环境；

沉积头，工作时固定在密封腔的上方；

激光器，与沉积头连接，用于提供激光，熔化粉末；

送粉器，用于提供粉末；该送粉器可以是双筒，三筒或者更多筒的送粉器；通过第一电磁阀改变送粉所需的气体类型，其中，第一电磁阀的一端与气瓶连接，另一端与送粉器连接；

滑台，设置在密封腔的内部，可在密封腔的内部移动，用于安放代加工的工件。该滑台可根据实际需求，可以设计为三轴滑台、四轴滑台或者五轴滑台。

定向能量沉积原位合成系统还包括保护气输送装置，用于提供保护沉积头的气体。

上述系统的工作方式如下：1、排净密封腔内的空气；该步骤有多种实现方式，其中一种方式：对密封腔进行抽真空，然后输入保护氩气；另一种方式：打开排气口电磁阀，持续通入保护氩气，直至密封腔内部气体及压力满足要求。2、正常沉积，用氩气将送粉器中的粉末送入沉积头，打开激光器，粉末在激光作用下沉积在基板上，层层沉积，最终增材制造出工件。3、原位合成，需要原位合成时，改变粉末类别或者保护气和送粉气的类别，就可以实现原位合成。

进一步作为可选的实施方式，所述定向能量沉积原位合成系统还包括过滤器，用于过滤掉尾气中的烟尘及粉末颗粒。通过过滤器对原位合成过程中产生的烟尘及粉末颗粒进行及时排出，避免影响合成效果。

参见图3，进一步作为可选的实施方式，密封腔包括外壳7和密封门8，外壳7的顶部设有通孔，沉积头4通过通孔固定在密封腔上，并将激光和粉末输送到密封腔的内部。

该沉积头4在工作时，通过通孔将其安装在密封腔，如图3所示，在非工作时，可以将沉积头4取下，方便对沉积头4的维修护理。

参见图3，进一步作为可选的实施方式，外壳7的顶部还设有测氧仪3，用于监测密封腔内部的氧气浓度。通过测氧仪3实时监测并显示密封腔内的氧气浓度，避免氧气出现过高或过低的情况，影响合成效果。

参见图3，进一步作为可选的实施方式，外壳7的顶部还设有压力开关5，用于监测密封腔内部气体压力，当检测到内部压力超过预设阈值，打开密封腔排气开关。

在本实施例中，该压力开关5数显式压力开关5，可以实时显示密封腔内的压强数据。参见图2，在检测到压强超过预设值时，打开安全阀，降低压强。

参见图3，进一步作为可选的实施方式，外壳7的顶部还设有触摸屏1。该触摸屏1用于控制密封腔内部的三轴滑台的启动停止，以及设置速度参数，并实时显示合成进度以及工作状况。

参见图3，进一步作为可选的实施方式，外壳7的顶部还设有进气口及出气口。

如图3所示，在本实施例中，一共包含有6个气口，其中4个为进气口，2个为出气口。通过这些气口输入、输出保护气以及送粉气中的气体。

参见图3，进一步作为可选的实施方式，外壳7的顶部还设有把手9，外壳7的底部设有固定脚。

通过把手9，方便工作人员搬移密封腔。通过固定脚，方便调整密封腔的平衡，以及避免密封腔滑动。

参见图3，进一步作为可选的实施方式，密封门8设置在外壳7的第一表面上，且第一表面上还设有电源接口6。

参见图4，进一步作为可选的实施方式，密封腔内部分为左右两部分，左边为腔体，右边为控制柜，腔体内部为三轴滑台，控制柜内部为PLC，断路器，变压器，驱动器，电磁阀等电气元件。

进一步作为可选的实施方式，上述的定向能量沉积原位合成系统的工作流程如下：

第1步：先通电，将电源接口6处的电源接口接上220V的电源，并打开电源接口6处的开关。

第2步，打开密封门，将基板固定在三轴滑台上方，调整好竖直方向的位置，关闭密封门。

第3步，在触摸屏1上，打开保护气的电磁阀，将氩气通过激光头持续通入密封腔内，直至测氧仪3上的示数满足要求。

第4步，在触摸屏1上，设置相关的参数(包括：激光功率，工件大小，扫描速度等等)。

第5步，在触摸屏1上，点击开始，整个系统开始工作，(此时，激光器出光，送粉器送粉，三轴滑台运动，打印就开始了)根据编写好的运动控制程序，一步一步执行。

第6步，如需别的气体参与反应，在触摸屏1上，点击气体切换，电磁阀动作，就可以切换成所需的气体。

第7步，打印完成后，打开密封门，取出基板。

综上所述，本实施例提供的定向能量沉积原位合成系统，在成型区域周围添加密封腔，隔绝氧气，既可以加工不易氧化的材料，也可以加工钛铝镁等在高温下易与氧气反应的材料。另外，还改进了设备的气路结构，使得设备不仅可以增材制造单质化材料，也可以实现气氛原位合成多材料结构及梯度材料结构。气氛原位合成，即粉末与气体反应；传统的设备，只有一种气体(一般是氩气)，所以只能制造单质化材料，本实施例系统可以使用两种以及更多种气体，不同气体与粉末反应生成不同产物，就可以制造出多材料结构及梯度材料结构。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，包括：

密封腔，用于提供密封环境；

沉积头，工作时固定在密封腔的上方；

激光器，与所述沉积头连接，用于提供激光，熔化粉末；

送粉器，用于提供粉末；

滑台，设置在所述密封腔的内部，可在所述密封腔的内部移动，用于安放代加工的工件。

2.根据权利要求1所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述定向能量沉积原位合成系统还包括保护气输送装置，用于提供保护沉积头的气体。

3.根据权利要求1所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述定向能量沉积原位合成系统还包括过滤器，用于过滤掉尾气中的烟尘及粉末颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述密封腔包括外壳和密封门；

所述外壳的顶部设有通孔，所述沉积头通过通孔固定在所述密封腔上，并将激光和粉末输送到所述密封腔的内部。

5.根据权利要求4所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述外壳的顶部还设有测氧仪，用于监测所述密封腔内部的氧气浓度。

6.根据权利要求4所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述外壳的顶部还设有压力开关，用于监测所述密封腔内部气体压力，当检测到内部压力超过预设阈值，打开密封腔排气开关。

7.根据权利要求4所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述外壳的顶部还设有触摸屏。

8.根据权利要求4所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述外壳的顶部还设有进气口及出气口。

9.根据权利要求4所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述外壳的顶部还设有把手，所述外壳的底部设有固定脚。

10.根据权利要求4所述的一种定向能量沉积原位合成系统，其特征在于，所述密封门设置在所述外壳的第一表面上，且所述第一表面上还设有电源接口。

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