[發明專利]一種電磁場輔助激光增材制造的裝置

有效

• 申請號: 201610081496.9
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105522153B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 孫桂芳;盧軼;倪中華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及激光增材制造領域，特指一種通過外加電磁場來改善增材制造內部質量的裝置，它通過產生交變磁場以及靜電場配合激光增材制造參數獲得良好的增材制造質量。

背景技術

現代工業高端裝備正向大型化、高參數、極端惡劣條件下高可靠、長壽命服役的方向快速發展，高性能難加工金屬大型關鍵構件制造技術被公認為是重大高端裝備制造業的基礎和核心關鍵技術。增材制造技術有望為國防及工業重大裝備中大型難加工金屬構件的制造提供一條快速、柔性、低成本、高性能、短周期的技術新途徑。從1992年起，基于同軸送粉激光熔化沉積的致密金屬零件激光增材制造技術在世界范圍內引起了人們的高度關注，國內外眾多大學及研究院所在鈦合金、鎳基高溫合金、超高強度鋼、不銹鋼、難熔合金等高性能金屬材料的激光增材制造工藝、裝備、組織及性能研究等方面取得了大量研究成果。

激光增材制造技術作為一項新的制造技術，其增材制造件中存在一些缺陷：如層間及道間局部未熔合、氣隙、卷入性和析出性氣孔、微細陶瓷夾雜物、內部特殊裂紋等。由于未能有效解決增材制造過程中“內部質量”的控制問題而一直未能實現承力關鍵構件的激光增材制造關鍵技術的突破。

發明內容

技術問題：基于以上不足，基于激光增材制造技術的現狀，本發明提出一種電磁場輔助激光增材制造的裝置。該裝置能夠有效減少制造過程中零件內部產生的氣孔，微裂紋，同時能夠細化組織晶粒，得到性能優異的零件。

技術方案：本發明的一種電磁場輔助激光增材制造的裝置，在激光作用區域的熔池內部形成交變磁場，在熔池內部形成一定的電磁振蕩攪拌作用，防止枝晶形成，改善層與層之間的結合狀態，形成細小的晶粒。同時在激光頭與增材制造基底之間形成正電場，引導粉末均勻的沉積在基體上，保證制造質量。

本發明的一種電磁場輔助激光增材制造的裝置包括激光頭，由基底、絕緣散熱層、磁場發生裝置、水冷裝置構成的制造基座，交流電源，縱向磁場生成器，直流電源，控制器；

其中，制造基座從上到下分為4層，最上層為基底，基底的下方為絕緣散熱層，用于控制基底的溫度并防止基底與磁場發生裝置連通，絕緣散熱層的下方為磁場發生裝置；磁場發生裝置與控制器相連并受控于控制器，控制器與交流電源相連，由交流電源向控制器供電；磁場發生裝置中設有多個生磁棒，磁場發生裝置下方設有水冷裝置，用于保持制造基底處于適當的溫度范圍內；

縱向磁場生成器包含空心軸電機，磁桿，磁桿與控制器相連，控制器控制磁桿中的生磁棒產生環形磁場。

所述的激光頭內設有混粉室，混粉室及基底分別接直流電源的一個電極。

本發明的實施方式為：

首先將激光增材制造的掃描路徑，激光參數輸入控制器中，控制器根據制造參數控制磁場發生裝置中不同位置的生磁棒，控制器不斷改變生磁棒中的電流方向，產生方向不斷變化的高頻磁場，控制器使交變磁場變化頻率高于激光頻率確保熔池充分振蕩，當材料生長到一定厚度時，通過控制激活生磁棒的個數與位置產生不同高度的磁場，對不同位置的熔池進行振蕩攪拌如圖2所示。

在激光增材制造的同時，打開直流電源，使混粉室和基底帶電，在激光頭和基底之間形成垂直于基底表面的縱向電場，使粉末能夠均勻的進行沉積。

當材料增長到一定高度時，則使用縱向磁場生成器在沉積區域生成環形磁場，控制器控制磁桿中的生磁棒生成交變的磁場對熔池進行振蕩攪拌。空心軸電機帶動磁桿繞激光頭旋轉，對不同位置的熔池進行振蕩攪拌。

有益效果：本發明的優點在于：

1.本發明提出以高頻磁場對激光增材制造過程中形成的熔池進行攪拌，可保證材料組織的均勻性，能夠得到晶粒更加細小的激光增材制造零件，提高零件的性能。

2.本發明提出了采用靜電場加速激光增材制造粉末沉積的方法，通過電場可加速粉末沉積速度，提高粉末沉積的均勻性和粉末利用率，提高增材制造件的內部質量提高。

3.采用高頻磁場攪拌能夠加快熔池中的氣孔等夾雜物的上浮速度，從而大幅減少增材制造件中的氣孔等缺陷，提高激光增材制造件的內部質量。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構圖；

圖2是本發明磁場調控示意圖；

圖3是環形磁場示意圖。

其中有：激光頭1，混粉室2，粉末引導管3，粉末4，熔池5，直流電源6，控制器7，交流電源8，絕緣散熱層9，基底10，磁場發生裝置11，水冷裝置12，生磁棒13，材料14，磁場15，粉末噴嘴16，空心軸電機17，磁桿18，環形磁場19。

具體實施例