[發明專利]一種用于增材制造的溫度控制系統和方法

有效

• 申請號: 201810030753.5
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN110026649B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 吳勇;昌海;王一楓;翟梓融;鐘大龍;武穎娜;詹移民
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K10/02;B23K15/00;B23K37/00;B22F3/105;B22F3/17
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

本發明涉及增材制造的溫度控制系統和方法。該溫度控制系統包括：熔覆裝置，用來將材料熔化并形成熔覆層，該熔覆裝置包括第一能量源，設置來使能量束指向材料，以將至少部分材料熔化以形成熔覆層；微鍛裝置，耦接到熔覆裝置來對熔覆層進行鍛造；檢測裝置，用于檢測熔覆層的鍛造位置在微鍛裝置鍛造作用下的第一內效應參數；控制模塊，接收檢測裝置檢測到的第一內效應參數，并基于第一內效應參數來計算鍛造位置的第一計算溫度值；調整模塊，耦接至第一能量源和微鍛裝置中的至少一個，接收第一計算溫度值，當鍛造位置的第一計算溫度值不在期望溫度范圍內時，通過調整第一能量源和微鍛裝置中的至少一個使第一計算溫度值落在期望溫度范圍內。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，尤其涉及一種增材制造的溫度控制系統和方法。

背景技術

增材制造技術是一種快速發展的材料加工新興技術。目前主流的增材制造通常是通過“熔化-凝固”方式來實現金屬材料的冶金結合，其特點是采用激光束、電子束和電弧束等高能量束作為熱源，來熔化同步送進的金屬材料，如金屬粉末、金屬絲材等，層層堆積，以堆焊的方式實現零部件的制造，所制得的零部件的內部顯微組織為凝固組織。

與傳統的鍛造組織相比，上述采用“熔化-凝固”方式獲得的凝固組織中晶粒十分粗大，且具有明顯的方向性，因而從普遍意義來講，很難達到與鍛造材料相當的綜合性能。為了提高所獲得的零部件的力學性能，減少內部缺陷，后來逐漸發展出了將熔化沉積增材與熱機械加工結合的方法，即，通過熔化-凝固實現材料沉積和冶金結合，再增加滾壓、沖擊等工藝來細化晶粒，提高內部質量。

在這種熔化結合鍛造的增材制造過程中，影響獲得的零部件表面質量和力學性能的最重要的因素之一就是對鍛造位置的溫度進行控制。而由于工藝和裝備的復雜程度高，可能導致鍛造裝置和鍛造位置之間的縫隙過小，無法通過常規的溫度傳感器實時的監測鍛造位置的溫度來進行有效的控制，從而影響材料的適用范圍和鍛造的效果。

因此，需要一種新的增材制造的溫度控制系統和方法，解決至少一個上述問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種增材制造的溫度控制系統和方法。

在一個方面，本發明的實施例涉及一種增材制造的溫度控制系統，其包括熔覆裝置、微鍛裝置、檢測裝置、控制模塊和調整模塊。熔覆裝置，用來將材料熔化并形成熔覆層，該熔覆裝置包括第一能量源，設置來使能量束指向材料，以將至少部分材料熔化以形成熔覆層。微鍛裝置，耦接到熔覆裝置來對熔覆層進行鍛造。檢測裝置，用于檢測熔覆層的鍛造位置在微鍛裝置鍛造作用下的第一內效應參數?？刂颇K，接收檢測裝置檢測到的第一內效應參數，并基于第一內效應參數來計算鍛造位置的第一計算溫度值。調整模塊，耦接至第一能量源和微鍛裝置中的至少一個，接收第一計算溫度值，當鍛造位置的第一計算溫度值不在期望溫度范圍內時，通過調整第一能量源和微鍛裝置中的至少一個使第一計算溫度值落在期望溫度范圍內。

在另一個方面，本發明的實施例涉及一種增材制造的溫度控制方法。該方法包括：將第一能量源的能量束指向材料并將至少部分材料熔化來形成熔覆層；通過微鍛裝置對熔覆層進行鍛造；檢測熔覆層的鍛造位置在微鍛裝置鍛造作用下的第一內效應參數；基于第一內效應參數來計算熔覆層的鍛造位置的第一計算溫度值；當所述第一計算溫度值不在期望溫度范圍內時，調整第一能量源和微鍛裝置中的至少一個。

在又一個方面，本發明的實施例涉及一種增材制造的溫度控制方法。該方法包括如下步驟：

a)將第一能量源的能量束指向材料并將至少部分材料熔化來形成熔覆層；

b)通過微鍛裝置對熔覆層進行鍛造；

c)檢測微鍛裝置鍛造熔覆層時的振幅，并基于振幅來確定熔覆層在鍛造位置的應變。

d)基于應變和應變-溫度曲線計算出鍛造位置的第一計算溫度值；