一种用于激光增材制造的辅助装备的制作方法

1.本实用新型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：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.本实用新型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。
6.为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
7.一种用于激光增材制造的辅助装备，包括：
8.支架；
9.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；
10.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。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.本实用新型的有益效果在于：本实用新型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
21.图1是本实用新型一种用于激光增材制造的辅助装备的轴测图。
22.图2是图1护板组件的轴测图。
23.图3是图1护板组件与电磁铁组件装配后的轴测图。
24.图中：
25.1、支架；
26.2、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；
27.31、电机；32、同步带。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型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实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说
明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
29.在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。
30.在本实用新型中，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。
31.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实用新型的限制。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。
32.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。
33.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。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.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，将本实用新型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。
40.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型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实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。