[發(fā)明專利]一種超聲波輔助增材制造成型方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210173679.9
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114570942A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉臻;侯森;王蕭;潘洲鎮(zhèn);劉愷;韋應(yīng)千;郭鑄城;鄭子健
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州喜馬拉雅信息科技有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/50;B22F12/00;B22F12/90;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京博海嘉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 16007
• 代理人: 趙赟鑫

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波輔助增材制造成型方法及裝置，包括產(chǎn)生超聲波的超聲波發(fā)生系統(tǒng)、用于熔化金屬粉末的高能束發(fā)生系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、用于工件成型的成型平臺以及金屬粉末輸送和回收系統(tǒng)。超聲振子安放在成型平臺下方以及成型缸側(cè)壁，可以依據(jù)需要在成型平臺底部或四周施加超聲波，通過在金屬增材制造過程中施加超聲波，作用于熔池內(nèi)的熔融金屬的凝固過程，誘發(fā)柱狀晶粒向等軸晶粒的轉(zhuǎn)變，改善成型件組織，減少成型缺陷，提升成型件性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種超聲波輔助增材制造成型方法及裝置。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)俗稱3D打印技術(shù)，該技術(shù)基于離散-堆積的原理，使用計算機控制高能束(激光束/電子束/電弧等)對預(yù)先鋪放好的粉末進行選擇性的熔化，熔化后的金屬粉末形成熔池，熔融金屬快速冷卻凝固后形成熔點，而后由點及線，由線及面，由面及體逐漸堆積形成工件。增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，具有成型自由度高、材料利用率高、生產(chǎn)周期短等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、醫(yī)療等領(lǐng)域。

然而，增材制造技術(shù)也存在諸多不足之處。由于增材制造過程中形成的熔池較小，因此熔融金屬冷速極快，存在較高的溫度梯度，凝固后的組織多為柱狀晶。這種組織具有各向異性，且易引起微孔、變形、裂紋等缺陷，嚴重影響成型工件的使用性能。因此，如何調(diào)控熔融金屬凝固過程，使柱狀晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶組織，以減少工件內(nèi)部缺陷提升工件性能，便成為實際生產(chǎn)過程中亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波輔助增材制造成型方法及裝置，克服已有增材制造技術(shù)的不足，通過引入超聲波破碎熔融金屬快速凝固過程中形成的枝晶，形成大量的異質(zhì)形核點，增加形核率，達到對凝固過程的調(diào)控，使柱狀晶組織向等軸晶組織轉(zhuǎn)變，細化成型件晶粒，減少成型件內(nèi)部缺陷，提升成型件性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下方案：

本發(fā)明提供一種超聲波輔助增材制造成型裝置，包括超聲波發(fā)生系統(tǒng)、高能束發(fā)生系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、成型平臺以及金屬粉末輸送和回收系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述超聲波發(fā)生系統(tǒng)包括安放在成型平臺下方的超聲振子、成型倉側(cè)壁的超聲振子，以及與其相連的超聲控制器，超聲控制器可以控制超聲振子發(fā)出不同強度、不同頻率的超聲波。

優(yōu)選的，所述高能束發(fā)生系統(tǒng)包括放置在成型倉上部的高能束產(chǎn)生裝置和聚焦裝置，所產(chǎn)生的高能束可以是激光束、電子束或其他高能量密度的熱源。

優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)用于控制增材制造裝置各工作單元的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，所述電力系統(tǒng)為增材制造裝置提供電能。

優(yōu)選的，所述成型平臺四周圍繞成型缸，底部與成型平臺傳動裝置相連，傳動裝置可以控制成型平臺上下運動。

優(yōu)選的，所述粉末輸送系統(tǒng)包括供粉平臺、供粉缸、供粉平臺傳動裝置以及刮刀，用于金屬粉末的輸送與鋪展。

優(yōu)選的，所述粉末回收系統(tǒng)包括收粉平臺、收粉缸、收粉平臺傳動裝置，用于多余金屬粉末的回收。

本發(fā)明還提供一種基于所述增材制造成型裝置的超聲波輔助增材制造成型方法，包含如下步驟：

步驟一，粉末輸送系統(tǒng)將金屬粉末均勻鋪放在成型平臺上；

步驟二，所述高能束發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生高能束，在控制系統(tǒng)的控制下，熔化成型平臺上的指定區(qū)域，結(jié)束后成型平臺下降指定高度；

步驟三，所述超聲波發(fā)生系統(tǒng)在高能束熔化金屬粉末的同時產(chǎn)生超聲波，作用于金屬粉末熔化后形成的熔池中；

步驟四，重復(fù)上述三個步驟，通過逐層堆積的方式完成工件的增材制造成型。

優(yōu)選的，所述超聲波發(fā)生系統(tǒng)可以在超聲控制器的控制下，由超聲振子發(fā)出不同強度、不同頻率的超聲波，且不同位置的超聲振子可以獨立運行。