[發明專利]一種液氮隨動冷卻增材制造裝置及方法

在審

• 申請號: 201911388059.1
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111283305A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 彭勇;李凡;王克鴻;周琦;楊東青;范霽康;陳海瑞
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K9/16
• 分類號: B23K9/16;B23K9/133;B23K9/28;B23K9/32;B33Y10/00;B33Y30/00;G01J5/00;G01J5/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發明屬于增材制造領域，具體涉及一種液氮隨動冷卻增材制造裝置及方法。包括增材機器人，焊槍槍頭，連接機構和噴嘴；增材機器人用于增材制造，增材機器人的頭部設有焊槍槍頭，噴嘴連接液氮導管，噴嘴通過連接機構和焊槍槍頭連接，從而當焊槍移動時，噴嘴跟隨焊槍移動進行冷卻。本發明可以有效的散失增材制造過程中累加的熱量，減小由于過多的熱量輸入引起的殘余應力和變形，提高成型質量和機械性能。針對金屬增材制造過程中有可能出現的氧化，采用液氮作為冷卻介質進行冷卻的過程中，可以在冷卻的同時避免增材制造過程中的氧化問題。

技術領域

本發明屬于增材制造領域，具體涉及一種液氮隨動冷卻增材制造裝置及方法。

背景技術

增材制造技術是根據CAD/CAM設計，采用逐層累積的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的減材制造(切削加工)技術，是一種材料累積的制造方法，金屬材料的增材制造過程一般使用的熱源有髙能束流和電弧。

在金屬增材制造過程中，尤其是增材一些熱導率比較低的材料時，如不銹鋼、高強鋼、高氮鋼等，存在熱量不容易散失的問題。增材制造樣件隨著熱量不斷的累加，材料經歷快速熔化和自由凝固等多次熱循環過程，其幾何精度和成形質量下降。過多的熱量輸入也會引起殘余應力和變形，從而形成較差的機械性能。所以在此背景下，需要發明一種增材過程中隨著焊槍同步移動的冷卻方法，對增材后的樣件進行冷卻。

專利號為CN03119343.9的發明專利公開了一種薄壁零件在激光熔敷、熱噴涂及焊接加工中的局部高效冷卻方法，可以防止薄壁零件在加工過程中的過渡受熱、變形、過燒、燒穿。但該方法并不適用于金屬增材制造領域。

專利號為CN 108436229 A的發明專利公開了一種用于電弧增材制造的局部冷卻裝置及其冷卻方法，通過紫銅珠與電弧增材結構件、紫銅珠之間及紫銅珠與水冷銅壁之間的柔性接觸，將熱量傳導出去，起到快速冷卻的作用。但該裝置受到使用空間的限制，并不適用于結構較為復雜的增材制造結構件。

發明內容

本發明的目的在于提供一種液氮隨動冷卻增材制造裝置及方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種液氮隨動冷卻增材制造裝置，包括增材機器人，焊槍槍頭，連接機構和噴嘴；

所述增材機器人用于增材制造，增材機器人的頭部設有焊槍槍頭，所述噴嘴連接液氮導管，噴嘴通過連接機構和焊槍槍頭連接，從而當焊槍移動時，噴嘴跟隨焊槍移動進行冷卻。

進一步的，所述連接機構包括焊槍槍頭夾具，連接桿和噴嘴夾具；

所述焊槍槍頭夾具為圓環形夾具，用于夾緊焊槍槍頭；

所述連接桿為一端帶有圓形夾具的圓柱體，用于連接焊槍槍頭夾具和噴嘴夾具；

所述噴嘴夾具為兩端都帶有圓形夾具的圓柱體，用于夾緊連接桿和噴嘴。

進一步的，所述噴嘴通過液氮導管連接自增壓液氮瓶，在自增壓液氮瓶上安裝液氮流量計，實現對噴嘴噴出的液氮的流量調節。

進一步的，還包括紅外測溫儀，用于監測增材樣件表面的溫度。

進一步的，還包括紅外測溫儀夾具，所述紅外測溫儀通過紅外測溫儀夾具固定在基板附近的夾具上，使紅外測溫儀對準增材樣件的表面；通過所述紅外測溫儀夾具調節紅外測溫儀的高度以及與增材樣件的相對距離。

一種利用上述的裝置進行增材制造的方法，包括如下步驟：

步驟(1)：將增材成型路徑導入增材機器人中；

步驟(2)：裝配裝置，進行準備工作；

步驟(3)：開始進行增材制造試驗，同時打開紅外測溫儀，打開自增壓液氮瓶的閥門，開啟液氮流量計并調節流量的大小；