JP7014932B2 - 大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置及び方法 - Google Patents

大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置及び方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7014932B2
JP7014932B2 JP2021509862A JP2021509862A JP7014932B2 JP 7014932 B2 JP7014932 B2 JP 7014932B2 JP 2021509862 A JP2021509862 A JP 2021509862A JP 2021509862 A JP2021509862 A JP 2021509862A JP 7014932 B2 JP7014932 B2 JP 7014932B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling
array
solidification
chamber
nozzle
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.)
Active
Application number
JP2021509862A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021525654A (ja
Inventor
チャン、チアオ
スン、パオトー
トン、チン
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.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
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 Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Publication of JP2021525654A publication Critical patent/JP2021525654A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7014932B2 publication Critical patent/JP7014932B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/22—Direct deposition of molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/003—Moulding by spraying metal on a surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/55—Two or more means for feeding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE 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
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • C22C1/0416—Aluminium-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/123—Spraying molten metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • C23C4/185—Separation of the coating from the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/20—Cooling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B22F12/33—Platforms or substrates translatory in the deposition plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、冶金分野に関し、具体的に、大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置及び方法に関する。
半連続鋳造は、産業で通常使用される大型アルミニウム合金インゴットの製造方法であり、主にホットトップ鋳造とダイレクトチル鋳造を含んでいる。ホットトップ鋳造の利点は、鋳造時に液面が安定であるが、インゴットの中心に比較的に深いサンプが形成され、凝固組織に大きな柱状晶領域が含まれ、インゴットの中心からエッジ部にわたってマクロ偏析が顕著となり、比較的に大きい内部応力が残留された。このため、インゴットが亀裂しやすく、歩留まりが低いので、高合金アルミニウム合金インゴットの生産に適しない。ダイレクトチル鋳造の利点は、インゴットの中心位置のサンプの深さを大幅に小さくすることができ、さらにインゴットのマクロ偏析と内応力を低減させることができるが、鋳造時に液面が不安定になり、モールドパウダが巻き込まれやすく、柱状晶領域の生成も避けることが困難である。したがって、通常のプロセスで均質性に優れた大型インゴットを製造することは極めて困難である。
付加製造は、アルミニウム溶湯の大範囲の凝固による鋳造方法の代わりに、微小エリアの連続溶融及び積み上げで大きなインゴットを製造するものであり、サンプの形成を防ぐことができるとともに、冷却速度が速くなり等軸晶の組織の形成に寄与できるので、通常の鋳造方法による一連の欠陥を解消した。従来の代表的な方法として、スプレーフォーミング及び選択的レーザー再溶融方法がある。スプレーフォーミングで無マクロ偏析のインゴットを製造することができるが、製造されたアルミニウムインゴットは、気孔率が高く、組織が緻密でなく、酸化が顕著である。選択的レーザー再溶融方法は、上記の問題が発生せず、凝固組織が比較的に理想的であるが、製造効率が低く、製造時間が長く、コストが高く、大型インゴットの量産に適用することは困難である。従来の技術において、帯電金属液滴を磁気的制御して直接に堆積して成形する金属微小液滴付加製造方法があるが、金属液滴成形の効率が低く、大型インゴットの生産に適用することが不可能である。現在、負圧により大きな体積の溶融液を噴射し、安定且つ連続的に金属液柱を形成し、急冷凝固して、大型、異形の無偏析等軸晶組織のインゴットを製造する方法が開示されていない。
本発明は、従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置及び方法を提出する。したがって、負圧により、大きな体積の溶融液を噴射し、安定且つ連続的に金属液柱を形成し、さらに、複数のノズルをアレイ状に配置することにより、大きな体積のアルミニウム溶湯が、数十ひいては数百の連続的な流れに均一に分散され、下方の急冷凝固テーブルの三次元移動と協働して、薄いアルミニウム溶湯層を幅広く展開させ、連続的な凝固により、インゴットを形成することができる。この方法は、生産効率が高く、超大型のアルミニウム金属インゴットを製造することができ、凝固組織が等軸晶となり、無マクロ偏析となる。
本発明は、以下の技術方案で実現される。
本発明は、標準気圧チャンバー内に設置され、アレイ状に配置されるノズルを備える液態アルミニウム噴射機構と、液態アルミニウム噴射機構の下方に位置し、標準気圧チャンバー内に設置される可動冷却凝固機構と、制御機構とを備え、制御機構は、放出機構に引き上げ命令を送信し、可動冷却凝固機構に三次元移動命令を送信し、液態アルミニウム噴射機構内のアルミニウム溶湯を予め設定された経路に沿ってアレイ状の連続的な流れで可動冷却凝固機構の表面に噴射し、急冷凝固でインゴットを形成するように構成される。
前記標準気圧チャンバーには、制御機構と接続され、内部の気圧を調節する真空ポンプが接続される。
前記標準気圧チャンバーは、その内部に不活性ガスを導入し保護するために、不活性ガス源と接続される。
前記液態アルミニウム噴射機構は、制御機構と接続され、アルミニウム溶湯の噴射の開閉を制御するための放出機構と、アルミニウム溶湯チャンバーと、アルミニウム溶湯チャンバーの底部に設置されるアレイ状に配置されるノズルを備える。
前記放出機構は、アレイ状に配置されるノズルに対応するように設置される封止ロッドと、封止ロッド及び制御機構と接続され、放出命令を受信して、アレイ状に配置されるノズルを開放するように封止ロッドを引き上げる引き上げ装置を備える。
前記アルミニウム溶湯チャンバーに、制御機構と接続されるチャンバー内ヒーターがさらに設置される。
前記アルミニウム溶湯チャンバーに液位計が設置される。
前記アルミニウム溶湯チャンバーの一側に、アルミニウム溶湯を流入させるために、シャッターを備える液体流入タンクが設けられる。
前記アルミニウム溶湯チャンバーの外部に保温構造が設けられる。
前記アレイ状に配置されるノズルの外側に、ノズルヒーターがさらに設置される。
前記可動冷却凝固機構は、アレイ状に配置されるノズルと真正面に対向するように設置されている冷却凝固テーブルと、冷却凝固テーブルの下方に鉛直方向移動可能に設置される二次元移動機構と、引き下げ装置と、を備え、二次元移動機構及び引き下げ装置は、それぞれ制御機構と接続され、二次元移動命令及び鉛直方向への移動命令を受信して三次元移動を実現するように構成される。
鉛直方向への移動は、二次元移動機構の下部に設置された引き下げ装置により実現される。
前記冷却凝固テーブルの内部に冷却液流路が設けられている。
前記制御機構は、移動制御ユニット及び統合制御ユニットを備え、移動制御ユニットは、統合制御ユニットと接続され、可動冷却凝固機構の移動情報を伝送するように構成され、統合制御ユニットは、それぞれ放出機構及び真空ポンプと接続され、放出機構の移動及び真空ポンプの開閉の情報を伝送し、二次元移動機構と接続され、二次元移動機構の移動情報を伝送し、引き下げ装置と接続され、引き下げ装置の移動情報を伝送するように構成される。
本発明の上記の装置による大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ１において、封止ロッドを最下位に移動させ、ノズルがオフ状態となるようにし、チャンバー内ヒーターを起動して、アルミニウム溶湯の温度になるように予め加熱して、その温度を維持し、さらに、入口シャッターを開き、アルミニウム溶湯をアルミニウム溶湯チャンバーに流入させ、液位計でアルミニウム溶湯が予め設定された高さとなることを検出するとき、入口シャッターを閉じて、ノズルヒーターを起動してノズルを予め加熱し、そして、密閉冷却凝固チャンバーを密閉し、真空ポンプを起動して密閉冷却凝固チャンバに対して真空排気を行い、真空度が要求に満足した後、真空ポンプを停止させ、予め設定された圧力となるように不活性ガスを導入する。
ステップ２において、冷却水を導入し、そして移動制御ユニットにより引き下げ装置を制御して、ノズルから冷却凝固テーブルまでの距離を予め設定された距離となるように調節し、その後、二次元移動装置を起動して、ノズルが冷却凝固テーブルに対して周期的に往復移動するように駆動し、さらに、引き上げ装置を起動し、封止ロッドを引き上げてアルミニウム溶湯がノズルに入るようにし、そして、真空ポンプを起動して密閉冷却凝固チャンバの圧力が標準気圧より小さくなるように排気し、アルミニウム溶湯が、密閉冷却凝固チャンバに形成された負圧により、ノズルを介して安定に液柱に形成されて噴射され、そして、冷却凝固テーブルに噴射され、インゴットが形成され、インゴットの製造が開始した後、引き下げ装置を制御して冷却凝固テーブルを下へ移動させ、インゴットの製造において、アルミニウム溶湯を消耗し続けており、アルミニウム溶湯チャンバーにおけるアルミニウム溶湯の液面が警戒水位まで低下すると、入口シャッターを開き、安定なレベルとなるようにアルミニウム溶湯を補填して、再び入口シャッターを閉じる。
ステップ３において、インゴットの製造が完了した後、封止ロッドでアルミニウム溶湯のノズルからの流出を遮断し、二次元移動装置及び引き下げ装置を停止させ、ヒータの電源をオフにし、インゴットが冷却された後、冷却水の導入を遮断し、製造が完了する。
技術的効果
本発明は、従来技術に比べて、負圧により、大きな体積の溶融液を噴射し、安定且つ連続的に金属液柱を形成し、さらに、複数のノズルをアレイ状に配置することにより、大きな体積のアルミニウム溶湯が、数十ひいては数百の連続的な流れに均一に分散され、下方の急冷凝固テーブルの三次元移動と協働して、薄いアルミニウム溶湯層を幅広く展開させ、連続的な凝固により、インゴットを形成することができる。
本発明による構成模式図である。 ノズルの構成模式図である。 ノズル液柱の移動経路の模式図である。 実施例１の金属組織の写真である。 実施例１の金属組織の写真である。 実施例２の金属組織の写真である。 実施例２の金属組織の写真である。
実施例１
図１に示すように、本実施例による大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置は、入口シャッター１、ガイドタンク２、アルミニウム溶湯３、保温層４、ガス進入管５、不活性ガス６、ノズルヒーター７、ブロック板８、冷却凝固テーブル９、二次元移動装置１０、ガイドレール１１、支持テーブル１２、引き上げ装置１３、封止ロッド１４、チャンバー内ヒーター１５、アルミニウム溶湯チャンバー１６は、ノズル１７、液位計１８、インゴット１９、冷却水管２０、密閉冷却凝固チャンバ２１、移動制御ユニット２２、引き下げ装置２３、真空ポンプ２４及び統合制御ユニット２５を備える。
前記アルミニウム溶湯チャンバー内の圧力は、標準気圧に保たれ、密閉冷却凝固チャンバは、完全に密閉される。圧力Ｐは、真空ポンプ２４と吸気管により調節される。インゴットの製造において、圧力Ｐは、標準気圧よりも小さくする。
図２に示すように、前記ノズル１７は、アレイ状に配置され、その行の間隔がＷ（Ｗ＜３００ｍｍ）、その列の間隔がＬ（Ｌ＜３００ｍｍ）、その口径がＤ（０．２ｍｍ＜Ｄ＜３０ｍｍ）に設定される。
前記二次元移動装置１０は、冷却凝固テーブルのＸ、Ｙの２つの水平方向に沿う移動を駆動する。移動速度が、ｖ（ｖ＜１０００ｍｍ／ｓ）に設定され、２つの方向における最大ストロークが、それぞれＸ（Ｘ＜１ｍ）、Ｙ（Ｙ＜１ｍ）に設定される。冷却凝固テーブルの移動により、冷却凝固テーブルに対するノズル液柱の移動経路が図３のようになるが、このような移動経路に限定されない。また、ノズル液柱の移動経路において、隣接するパスの間隔がｄ（ｄ＜３０ｍｍ）に設定される。図２及び図３に示すように、１つのパスにおけるノズルの移動距離は、ノズルの列の間隔Ｌと同じであり、当該ノズルの移動の全幅は、ノズルの行の間隔Ｗと同じである。
前記引き下げ装置１３は、冷却凝固テーブルの鉛直方向に沿う移動を実現するためのものである。その移動速度がｖ１（ｖ１＜５０ｍｍ／ｓ）に設定され、その合計の移動距離がＺ（Ｚ＜５ｍ）に設定される。
本実施例による大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造方法は、以下のステップを含む。
ステップ１
封止ロッドを最下位に移動させ、ノズルがオフ状態となるようにする。そして、チャンバー内ヒーターを起動して、アルミニウム溶湯の温度Ｔ１（Ｔ１＞６００℃）になるように予め加熱して、その温度を維持する。さらに、入口シャッターを開き、アルミニウム溶湯をアルミニウム溶湯チャンバーに流入させ、液位計でアルミニウム溶湯が予め設定された高さとなることを検出するとき、入口シャッターを閉じて、ノズルヒーターを起動してノズルをＴ２（Ｔ２＞５００℃）の温度となるまで予め加熱する。そして、密閉冷却凝固チャンバを密閉し、真空ポンプを起動して密閉冷却凝固チャンバに対して真空排気を行う。真空度が要求に満足した後、真空ポンプを停止させ、ガス進入管を介してＰ１（Ｐ１＝標準気圧）の圧力となるように不活性ガスを導入する。
ステップ２
冷却水を導入し、そして移動制御ユニットにより引き下げ装置を制御して、ノズルから冷却凝固テーブルまでの距離をＨ（Ｈ＜５０ｃｍ）となるように調節する。その後、二次元移動装置を起動して、ノズルが冷却凝固テーブルに対して図２のように周期的に往復移動するように駆動する。さらに、引き上げ装置を起動し、封止ロッドを引き上げてアルミニウム溶湯がノズルに入るようにする。そして、真空ポンプを起動して密閉冷却凝固チャンバの圧力がＰ２（Ｐ２＜標準気圧）となるまで排気する。アルミニウム溶湯が、密閉冷却凝固チャンバに形成された負圧により、ノズルを介して安定に液柱に形成されて噴射される。そして、冷却凝固テーブルに噴射され、インゴットが形成される。インゴットの製造が開始した後、ｖ１（ｖ１＜５０ｍｍ／ｓ）の速度で引き下げ装置を制御し、ノズルからインゴットの表面までの高さが常にＨとなるように、冷却凝固テーブルを下へ移動させる。インゴットの製造において、アルミニウム溶湯を消耗し続けており、アルミニウム溶湯チャンバーにおけるアルミニウム溶湯の液面が警戒液位まで低下すると、入口シャッターを開き、安定なレベルとなるようにアルミニウム溶湯を補填して、再び入口シャッターを閉じる。
ステップ３
インゴットの製造が完了した後、封止ロッドでアルミニウム溶湯のノズルからの流出を遮断し、二次元移動装置及び引き下げ装置を停止させ、ヒータの電源をオフにする。インゴットが冷却された後、冷却水の導入を遮断し、製造が完了する。
上記の方法で７０５０アルミニウム合金インゴットを製造する。アルミニウム溶湯の温度を６８０℃に、ノズルの口径を８ｍｍに、冷却凝固テーブルの水平方向における移動速度を３００ｍｍ／ｓに、アレイ状に配置されるノズル噴射面積を２ｍ×５ｍに、インゴットの厚さを０．５ｍに設定し、４０分間を経て、２ｍ×５ｍ×０．５ｍの大きなインゴットを製造した。図４に示すように、当該インゴットは、凝固組織が緻密で、無マクロ偏析となり、平均粒径が６０～８０μｍとなる等軸晶からなる。図５は、半連続鋳造で形成されたインゴットの結晶粒組織である。図面から分かるように、本方法で製造されたインゴットの結晶粒組織が著しく微細化された。
実施例２
本実施例は、実施例１と同様の方法でＡｌ－４．５Ｃｕアルミニウム合金インゴットを製造する。アルミニウム溶湯の温度を７００℃に、ノズルの口径を６ｍｍに、冷却凝固テーブルの水平方向における移動速度を２６０ｍｍ／ｓに、アレイ状に配置されるノズルの噴射面積を２ｍ×５ｍに、インゴットの厚さを０．８ｍに設定し、６０分間を経て、２ｍ×５ｍ×０．８ｍの大きなインゴットを製造した。当該インゴットは、組織が緻密で、無マクロ偏析となり、平均粒径が６０～９０μｍとなる等軸晶からなる。インゴットの断面に沿う中心線の１／４の箇所と１／２の箇所の金属組織の写真は、それぞれ図６、図７に示される。
当業者は、本発明の原理と主旨から逸脱しない範囲内で、上記の具体的な実施例に対して、異なる方法でその一部を調整することができる。本発明の保護範囲は、上記の具体的な実施例に限定されず、特許請求の範囲に準ずる。その範囲内の各実施形態は、すべて本発明に属する。
１…入口シャッター
２…ガイドタンク
３…アルミニウム溶湯
４…保温層
５…ガス進入管
６…不活性ガス
７…ノズルヒーター
８…ブロック板
９…冷却凝固テーブル
１０…二次元移動装置
１１…ガイドレール
１２…支持テーブル
１３…引き上げ装置
１４…封止ロッド
１５…チャンバー内ヒーター
１６…アルミニウム溶湯チャンバー
１７…ノズル
１８…液位計
１９…インゴット
２０…冷却水管
２１…密閉冷却凝固チャンバ
２２…移動制御ユニット
２３…引き下げ装置
２４…真空ポンプ
２５…統合制御ユニット

Claims (6)

  1. 標準気圧チャンバー内に設置され、放出機構を備える液態アルミニウム噴射機構と、前記液態アルミニウム噴射機構の下方に位置し、前記標準気圧チャンバー内に設置される可動冷却凝固機構と、制御機構と、を備え、
    前記制御機構は、前記放出機構に引き上げ命令を送信し、前記可動冷却凝固機構に三次元移動命令を送信し、前記液態アルミニウム噴射機構内のアルミニウム溶湯を予め設定された経路に沿って連続的な流れで前記可動冷却凝固機構の表面に噴射し、急冷凝固でインゴットを形成するように構成され、前記放出機構は、前記制御機構と接続され、前記アルミニウム溶湯の噴射速度を制御するために設けられ、
    前記液態アルミニウム噴射機構は、アルミニウム溶湯チャンバーと、前記アルミニウム溶湯チャンバーの底部に設置されるアレイ状に配置されるノズルを備え、
    前記アレイ状に配置されるノズルの行の間隔及び列の間隔は、３００ｍｍよりも小さく設定され、前記ノズルの口径は、０．２ｍｍ～３０ｍｍであり、
    各ノズルの行方向における移動距離は、前記ノズルの列の間隔と同じであり、各ノズルの列方向における移動距離は、前記ノズルの行の間隔と同じであり、
    前記可動冷却凝固機構は、前記アレイ状に配置されるノズルと真正面に対向するように設置されている冷却凝固テーブルと、前記冷却凝固テーブルの下方に鉛直方向移動可能に設置される二次元移動機構と、引き下げ装置と、を備え、
    前記二次元移動機構及び前記引き下げ装置は、それぞれ前記制御機構と接続され、二次元移動命令及び鉛直方向への移動命令を受信して三次元移動を実現するように構成され、
    前記放出機構は、前記アレイ状に配置されるノズルに対応するように設置される封止ロッドと、前記封止ロッド及び前記制御機構と接続され、放出命令を受信して、前記アレイ状に配置されるノズルを開放するように前記封止ロッドを引き上げる引き上げ装置と、を備える
    ことを特徴とする大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置。
  2. 前記標準気圧チャンバーには、前記制御機構と接続され、内部の気圧を調節する真空ポンプが接続され、
    前記標準気圧チャンバーは、その内部に不活性ガスを導入し保護するために、不活性ガス源と接続される
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 前記アルミニウム溶湯チャンバーに、前記制御機構と接続されるチャンバー内ヒーターがさらに設置される
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 前記アレイ状に配置されるノズルの外部に、ノズルヒーターがさらに設置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  5. 前記冷却凝固テーブルの内部に冷却液流路が設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  6. 前記制御機構は、移動制御ユニット及び統合制御ユニットを備え、
    前記移動制御ユニットは、前記統合制御ユニットと接続され、前記可動冷却凝固機構の移動情報を伝送するように構成され、
    前記統合制御ユニットは、それぞれ前記放出機構及び真空ポンプと接続され、前記放出機構の動作及び前記真空ポンプの開閉の情報を伝送し、前記二次元移動機構と接続され、前記二次元移動機構の移動情報を伝送し、前記引き下げ装置と接続され、前記引き下げ装置の移動情報を伝送するように構成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
JP2021509862A 2018-11-16 2018-12-20 大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置及び方法 Active JP7014932B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811363977.4A CN109202084B (zh) 2018-11-16 2018-11-16 阵列喷射式大尺寸全等轴晶铝合金锭增材制造装备及方法
CN201811363977.4 2018-11-16
PCT/CN2018/122252 WO2020098065A1 (zh) 2018-11-16 2018-12-20 阵列喷射式大尺寸全等轴晶铝合金锭增材制造装备及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021525654A JP2021525654A (ja) 2021-09-27
JP7014932B2 true JP7014932B2 (ja) 2022-02-01

Family

ID=64995018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021509862A Active JP7014932B2 (ja) 2018-11-16 2018-12-20 大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置及び方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11524332B2 (ja)
EP (1) EP3862112B1 (ja)
JP (1) JP7014932B2 (ja)
CN (1) CN109202084B (ja)
RU (1) RU2768633C1 (ja)
WO (1) WO2020098065A1 (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110125347B (zh) * 2019-06-14 2021-06-25 上海交通大学 等轴晶铝合金的高动量快速成型制备装置及方法
CN110202152B (zh) * 2019-06-14 2020-11-03 上海交通大学 间歇喷射式合金锭增材制造装置及方法
CN110125411B (zh) * 2019-06-14 2020-12-08 上海交通大学 熔体微区冲击式全等轴晶铸锭的制备装置及方法
CN111515397B (zh) * 2020-05-06 2022-06-10 中国航空制造技术研究院 一种增材制造面热源的设计方法及使用方法
CN114226756B (zh) * 2020-09-09 2023-06-16 上海交通大学 增材制造方法
CN114433819B (zh) * 2020-10-30 2022-12-16 上海交通大学 一种高强韧铝合金及其复合材料、其液态组装制备方法和应用
CN114433820B (zh) * 2020-10-30 2023-02-28 上海交通大学 液态组装法制备超细晶金属材料的系统和超细晶金属材料
CN114619032B (zh) * 2020-12-10 2023-04-07 上海交通大学 一种用于无重力环境下的铸锭装置及其使用方法
CN114619033B (zh) * 2020-12-10 2022-12-16 上海交通大学 一种多尺度混晶异构铝合金材料及其制备方法和应用
CN115491555B (zh) * 2021-06-17 2023-09-01 上海交通大学 一种7000系稀土铝合金薄板及其制备方法
CN113458422B (zh) * 2021-07-01 2024-01-19 上海交通大学 一种金属液喷射成型控制方法
CN113523283A (zh) * 2021-07-27 2021-10-22 哈尔滨理工大学 一种用于激光增材制造的水冷式测力仪
CN113579255B (zh) * 2021-07-28 2023-03-28 重庆通用工业(集团)有限责任公司 一种金属熔丝增材制造基板冷却装置和方法
CN113714512B (zh) * 2021-09-08 2022-11-04 上海交通大学 一种铝合金大规格扁锭及其制备方法和制备装置
CN113732304B (zh) * 2021-09-08 2022-11-04 上海交通大学 一种液态金属3d打印方法和液态金属3d打印铝合金材料
CN113695537B (zh) * 2021-09-08 2023-02-28 昆山晶微新材料研究院有限公司 一种空心铸锭、其制备方法以及空心型材
CN113732270B (zh) * 2021-09-08 2023-09-01 昆山晶微新材料研究院有限公司 一种圆柱形金属铸锭的增材制造方法及装置
CN113857494A (zh) * 2021-10-08 2021-12-31 上海交通大学 高锌铝合金型材及其铸造设备、铸造方法
CN113862534B (zh) * 2021-10-08 2022-07-29 上海交通大学 一种铝合金材料组织遗传性的调控方法及7085铝合金厚板的制备方法
CN114425620B (zh) * 2022-02-07 2023-05-09 上海交通大学 制备轧辊的设备、方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105499578A (zh) 2016-01-15 2016-04-20 渭南鼎信创新智造科技有限公司 一种压力铸造极坐标3d打印设备与方法
US20170100772A1 (en) 2015-10-07 2017-04-13 Caterpillar Inc. Manufacturing article from metal alloy
CN108405863A (zh) 2018-05-03 2018-08-17 温州大学激光与光电智能制造研究院 一种基于感应熔炼的并行式金属三维打印成型方法
CN108788102A (zh) 2017-06-07 2018-11-13 上海交通大学 增材法快速凝固全等轴晶铝合金铸锭的制备方法及装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003103355A (ja) * 2001-09-26 2003-04-08 Hitachi Metals Ltd 鍛造用鋼塊の製造方法
US8828311B2 (en) * 2009-05-15 2014-09-09 Board Of Regents, The University Of Texas System Reticulated mesh arrays and dissimilar array monoliths by additive layered manufacturing using electron and laser beam melting
US10029416B2 (en) 2014-01-28 2018-07-24 Palo Alto Research Center Incorporated Polymer spray deposition methods and systems
CN104001906B (zh) * 2014-05-26 2016-03-30 上海大学 薄层快速凝固成型装置及方法
JP6249940B2 (ja) 2014-12-26 2017-12-20 株式会社神戸製鋼所 ３基の鋳型と２基の鋳型とを非対称に配置した下注造塊装置における下注造塊方法
US20180009134A1 (en) 2015-02-03 2018-01-11 Philips Lighting Holding B.V. Fused deposition modeling based mold for molding, and replicating objects, method for its manufacture and fused deposition modeling 3d printer
CN106111985A (zh) * 2015-05-07 2016-11-16 吴小平 群扫描激光选择性烧结或固化方法及其3d成型机
CN204644435U (zh) * 2015-05-13 2015-09-16 上海交通大学 带有龙门架的精铝提纯装置
CN105345004B (zh) 2015-10-15 2018-09-14 江苏豪然喷射成形合金有限公司 一种利用喷射成形制备三维大规格铝锂合金圆锭的方法
CN106702237A (zh) * 2016-12-20 2017-05-24 江苏豪然喷射成形合金有限公司 一种铝锂合金的喷射成形方法
CN106493942B (zh) * 2016-12-21 2018-09-18 吉林大学 全息超声场面自成型增材制造方法及装置
CN108788155A (zh) * 2017-06-07 2018-11-13 上海交通大学 无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置
CN108788034A (zh) * 2017-06-07 2018-11-13 上海交通大学 纯铝微晶及非晶材料的制备方法及装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170100772A1 (en) 2015-10-07 2017-04-13 Caterpillar Inc. Manufacturing article from metal alloy
CN105499578A (zh) 2016-01-15 2016-04-20 渭南鼎信创新智造科技有限公司 一种压力铸造极坐标3d打印设备与方法
CN108788102A (zh) 2017-06-07 2018-11-13 上海交通大学 增材法快速凝固全等轴晶铝合金铸锭的制备方法及装置
CN108405863A (zh) 2018-05-03 2018-08-17 温州大学激光与光电智能制造研究院 一种基于感应熔炼的并行式金属三维打印成型方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3862112A4 (en) 2021-12-01
RU2768633C1 (ru) 2022-03-24
WO2020098065A1 (zh) 2020-05-22
EP3862112A1 (en) 2021-08-11
CN109202084B (zh) 2020-09-22
EP3862112B1 (en) 2022-08-31
JP2021525654A (ja) 2021-09-27
US11524332B2 (en) 2022-12-13
CN109202084A (zh) 2019-01-15
US20210362217A1 (en) 2021-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7014932B2 (ja) 大型等軸晶のアルミニウム合金インゴットのアレイ噴射式付加製造装置及び方法
CN108788102A (zh) 增材法快速凝固全等轴晶铝合金铸锭的制备方法及装置
CN110202152B (zh) 间歇喷射式合金锭增材制造装置及方法
CN104117639B (zh) 一种镁合金圆坯连铸结晶器
RU2561538C1 (ru) Гомогенизация in-situ металлов, получаемых литьем с прямым охлаждением и дополнительной закалкой
CN110125411A (zh) 熔体微区冲击式全等轴晶铸锭的制备装置及方法
CN108788155A (zh) 无偏析全等轴晶金属铸锭的制备方法及装置
US8365807B2 (en) Reduction of butt curl by pulsed water flow in DC casting
JP7215698B2 (ja) 付加製造及び急速凝固で等軸晶アルミニウム合金インゴットを製造する方法及び装置
KR101962230B1 (ko) 개선된 구조의 연속주조용 침지노즐
RU2123909C1 (ru) Способ получения отливок направленной кристаллизацией и устройство для его осуществления
JPH05214412A (ja) 亜鉛粒の製造方法および装置
JPH09108793A (ja) 連続鋳造方法およびそのストレート浸漬ノズル
KR101286173B1 (ko) 수평식 쌍롤 박판 주조장치
US11577305B2 (en) System, apparatus, and method for direct chill casting venting
KR101819347B1 (ko) 연속주조장치
KR101277984B1 (ko) 용강 배출 장치
KR101532016B1 (ko) 용탕 공급 장치
RU2536853C2 (ru) Способ получения отливки лопатки газовой турбины с направленной и монокристаллической структурой
CN114226756A (zh) 增材制造装置及增材制造方法
JPS6234650A (ja) 微細組織を有する鋳塊の鋳造装置
KR20160010032A (ko) 비정질금속 포일을 제조하기 위한 멜트 스피너의 용탕분사노즐
JPS62173069A (ja) 溶融金属の分散積層凝固法
JPH07124718A (ja) 鋳塊の連続鋳造法およびその装置
JPH03189068A (ja) 鋳造ノズル用ストッパの制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210219

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210219

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20210219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210817

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211221

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220120