[發明專利]一種利用液態金屬進行增材制造的裝置及方法

在審

• 申請號: 201710584407.7
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN109261939A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 王增輝;陳然;賈瀟;倪明玖
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: B22D23/00
• 分類號: B22D23/00;B22D27/02;B22D27/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種利用液態金屬進行增材制造的裝置及方法，液態金屬在電場和磁場生成的洛倫茲力與重力作用下形成不同的液柱，懸掛冷卻器對液態金屬進行快速冷卻形成金屬固件結構，實現液態金屬的增材制造。本發明提出的通過施加電磁場并對液態金屬熔池通電的增材制造方法可以有效地減少金屬固件的制造成本、提高制造的效率，可以大面積的應用到工業實際中去，提高現代工業的制造效率以及制造水平。

技術領域

本發明涉及增材制造領域，尤其涉及一種利用液態金屬進行快速增材制造的裝置及方法。

背景技術

目前，增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，而傳統的材料制造技術是去除——切削加工技術。傳統的技術需要將金屬不斷熔煉去除雜質，再通過鑄造或者鍛造等手段形成一定的形狀，之后再予以加工成型。這些步驟之間都會有一定量的金屬的損失，使得成型工藝效率很難提高。而增材制造工藝則是包含無模成型、3D打印，快速成型/制模等，可以節省傳統制造工藝中一個甚至多個步驟，使得金屬固件的制造效率大大增加。

經實驗研究液態金屬在通電強磁場的情況下，液態金屬自由表面會發生局部的聚集并逐漸長高，直至液態金屬內部的各個力平衡最后形成一個穩定的液柱形狀，因此，液態金屬在電磁場下的變化可用于增材制造。因為液態金屬受到的外加電磁場會產生洛倫茲力，另外產生的還有感應電流和感應磁場所產生的感應洛倫茲力，這些力會和自由形變的液態金屬的重力以及表面張力形成平衡的力，使得液面形成一個穩定的形狀。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提出一種利用液態金屬進行增材制造的裝置及方法，解決了現有技術中金屬固件制造損耗的問題，并且使得固件制造效率大大提高。

(二)技術方案

本發明提供一種利用液態金屬進行增材制造的裝置，其中，該裝置包括液態金屬熔池、電磁鐵和懸掛冷卻器；

所述液態金屬熔池，用于容置液態金屬，其中液態金屬熔池底部設置有多個電極；

所述電磁鐵，包括磁場N極和磁場S極，分別設置于液態金屬熔池的兩側，且與液態金屬熔池外壁保持一定距離，磁場S極與磁場N極相對，用于產生平行于液態金屬熔池液面的均勻磁場；

所述懸掛冷卻器，置于液態金屬熔池正上方，與液態金屬熔池保持水平，用于冷卻液態金屬，使液態金屬從液態轉變成固態；

其中，所述液態金屬在電場和磁場生成的洛倫茲力與重力作用下形成不同的液柱，懸掛冷卻器對液態金屬進行冷卻形成金屬固件結構，實現液態金屬的增材制造。

其中，所述液態金屬熔池為耐火材料制成的液態金屬熔池。

其中，所述多個電極成排交錯設置，且各排相鄰電極的孔心距離相等。

其中，所述電極采用的材料為鎢、錸、鉭、鉬、鈮、鉿、釩、鉻、鋯、

鈦、銅及其合金。

其中，所述懸掛冷卻器為陶瓷冷卻器，內部通冷卻水。

其中，所述懸掛冷卻器包括冷卻器本體和懸掛臂，所述懸掛臂置于冷卻器本體上方。

本發明的另一方面還提供一種利用液態金屬進行增材制造的方法，采用上述的利用液態金屬進行增材制造的裝置，該方法包括：

液態金屬熔池底部至少兩個電極被加電壓產生電場；

電磁鐵通電產生平行于液態金屬熔池液面的均勻磁場；

液態金屬在電場和磁場生成的洛倫茲力與重力作用下形成不同的液柱；以及

懸掛冷卻器對液態金屬進行冷卻形成金屬固件結構，實現液態金屬的增材制造。