[發明專利]一種用于激光熔化沉積成形的超聲原位加載裝置

有效

• 申請號: 202110366543.5
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113084167B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 黃永江;趙文杰;呂云卓;胡偉華;陸毅;李紅革;寧志良;姜思達;孫劍飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F10/50;B22F10/30;B22F12/82;B22F12/20;B22F12/00;B33Y40/00;B33Y30/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種用于激光熔化沉積成形的超聲原位加載裝置，涉及一種用于激光熔化沉積成形的超聲原位加載裝置。目的是解決現有激光熔化沉積設備成形過程中易產生定向凝固組織的問題。裝置由基板、控溫板、風冷倉、水冷倉、固定基座和超聲振子構成。本發明裝置在激光熔化沉積成形過程中產生高頻超聲場，實現成形制品組織的均勻化與晶粒細化，提高激光熔化沉積制品的強度。同時，本發明通過在基板下方設置有可調節溫度的控溫板，實現了基板溫度的可調節。本發明適用于激光熔化沉積成形。

技術領域

本發明涉及金屬激光熔化沉積成形設備技術領域，具體涉及一種用于激光熔化沉積成形的超聲原位加載裝置。

背景技術

隨著綠色可持續發展理念的不斷深入，3D打印技術以其特有的增材成形方式，極大地減少了原料的浪費，成為一種極具發展前景的先進制造技術。激光熔化沉積技術作為3D打印技術在金屬領域的一個重要發展方向，采用激光同軸送粉的工作方式，在電腦控制下，逐道、逐層實現金屬制品的成形。在激光熔化沉積設備工作過程中，金屬粉末與保護氣同步從激光熔化沉積設備的噴嘴噴射而出，金屬粉末在保護氣氛圍下進行熔化與凝固。采用現有激光熔化沉積設備成形的金屬零件內部存在大量呈定向排布的長條狀晶體組織，導致零件在垂直于定向組織方向受力時存在明顯脆性。

發明內容

本發明為了解決現有激光熔化沉積設備成形過程中易產生定向凝固組織的問題，提出一種用于激光熔化沉積成形的超聲原位加載裝置。

本發明用于激光熔化沉積成形的超聲原位加載裝置由基板、控溫板、風冷倉、水冷倉、固定基座和超聲振子構成；

基板設置在控溫板的上表面且通過螺栓固定連接；風冷倉設置在控溫板下方，風冷倉的底板為固定基座，風冷倉的側壁開有通風口，通風口內設置有風扇；水冷倉設置在風冷倉內，水冷倉的底板與風冷倉的內壁固接；水冷倉的頂板上設置有多個通孔，每個通孔下方的水冷倉的底板上設置有安裝孔，風冷倉中設置有數個超聲振子，超聲振子下端為超聲波換能器，上端為與超聲波換能器固接的變幅桿，變幅桿上端部為螺紋桿；變幅桿中部設置有環形凸緣；變幅桿依次穿過水冷倉的底板的安裝孔、水冷倉頂板的通孔和風冷倉的頂板上設置的階梯孔，變幅桿上端部的螺紋桿旋入至控溫板的下表面，變幅桿設置在水冷倉內，超聲波換能器設置在風冷倉內，水冷倉的底板上設置的安裝孔與超聲振子之間設置有密封組件，超聲振子的環形凸緣設置在風冷倉的頂板上設置的階梯孔內；

所述密封組件由橡膠套、壓板和密封膠帶構成，壓板為環形，水冷倉的底板上表面安裝孔的周圍設置有環形的防漏凹槽，橡膠套套設在變幅桿下部，橡膠套的上部設置在防漏凹槽內且通過壓板和螺栓固定；橡膠套的下部與變幅桿通過密封膠帶纏繞密封；

控溫板為中空平板，控溫板內設置有制冷液循環管和電阻絲，制冷液循環管和電阻絲均呈蛇形排布在控溫板內；制冷液循環管的進液端與制冷液箱的出液口連接，制冷液循環管的出液端與制冷液箱的進液口連接；控溫板上表面設置有多個控溫板溫度傳感器；控溫板外部設置有控溫板溫度控制器，控溫板溫度控制器設置在控溫板控制箱內；電阻絲的兩端分別與電源的兩極連接，電阻絲的一端設置有控制開關；水冷倉上設置有冷卻水進水管和冷卻水回水管，冷卻水進水管和冷卻水回水管分別與冷卻水箱的進水口和出水口連接。

本發明原理及有益效果為：

1、本發明裝置中，超聲振子安裝在控溫板下方，超聲波換能器能夠產生超聲振動，變幅桿能夠增大超聲波振幅，超聲振子的變幅桿浸泡在水冷倉內，超聲振子的超聲波換能器處于風冷倉中，如此設置能夠防止來自基板的熱量和超聲波換能器自身產熱導致超聲波換能器損壞，提高了使用效果，延長了使用壽命。

2、本發明在激光熔化沉積成形過程中，超聲振子在基板表面產生高頻超聲場，超聲波被原位加載到激光熔化沉積過程中，超聲波的高頻率振動在熔池內部產生聲壓場，加速激光熔化沉積過程中熔池內部熔質流動，并破碎凝固枝晶，攪拌熔質，實現成形制品組織的均勻化與晶粒細化，提高激光熔化沉積制品的強度。