一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的方法及装置

本发明涉及增材制造领域，特别涉及一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的方法及装置，还涉及一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置。

背景技术：

1、增材制造技术（additive manufacturing，am）是一种集材料、结构、工艺、功能于一体的快速成型技术。该技术具有零件的设计和优化的自由度高、零件整体化、净生产、定制小批量生产、周期短等高效净生产优势。由于该技术通过逐层堆积，使得因受传统制造方法制约而无法实现的复杂结构件的制造成为可能，并极大的节约原材料。

2、在制造过程中具有较高的冷却速率，更容易获得细密的微观组织，具有比传统铸造工件更小的柱状晶晶粒和更短的一次枝晶臂间距。该技术的提出推动了制造模式从大批量单一形式生产到个性化定制小批量的转变，在人体器官、复杂零部件、航空航天等诸多领域有着广阔的应用空间。航空航天是增材制造发展的关键市场驱动力，因为其高价值的零件往往需要多品种小批量生产。

3、合金增材制造技术被行业认为是最具难度的前沿发展方向，也是最直接可服务于装备制造业的成形技术。直接激光沉积增材技术，由于采用同轴送粉，金属粉体瞬间熔化，合金快速凝固，而合金是由多种元素组成，元素之间的熔点、收缩率等特性存在差异，所以在己开展的多项基础研究中，增材制造制备的块状合金存在孔洞（如图19所示），孔洞的存在严重影响了材料的致密性和强度，影响了增材制造零件的力学性能，从而制约了增材制造技术的大规模推广应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的方法，以解决现有增材制造制备的合金零件存在孔洞的技术问题；本发明的目的之二是提供一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置。

2、本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的方法，包括如下步骤：

4、步骤1：将增材制造的基板固定在振动装置上；

5、步骤2：调节振动装置振动频率为50—60赫兹；

6、步骤3：在基板上采用同轴送粉激光能量沉积方式制备合金零件。

7、本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

8、一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置，包括可拆装固定在工作台上的顶部开口的耐高温箱体，所述耐高温箱体的开口由中部带孔的耐高温柔性塑料薄膜罩封闭，增材制造的同轴送粉激光能量沉积喷嘴由孔伸入耐高温箱体，所述耐高温箱体内底部设有底座，所述底座通过多个弹性支撑装置支撑有水平的悬空的振动平台，所述振动平台上固定有变频振动电机，所述变频振动电机由位于耐高温箱体外的电机变频控制器控制，所述变频振动电机的振动频率为50—60赫兹，所述振动平台的顶面可拆装固定有水平的增材制造基板，所述同轴送粉激光能量沉积喷嘴与增材制造基板相对，对应振动平台上方的耐高温箱体侧面上设有可开关密封门，所述耐高温箱体还连接氩气送入管，氩气送入管连接氩气储罐。

9、进一步，所述弹性支撑装置包括两开口相对的限位杯，所述限位杯内套有橡胶套，一弹簧两端分别位于两限位杯内的橡胶套内，两限位杯分别固定在底座顶面和振动平台底面。

10、进一步，所述耐高温箱体透明。

11、进一步，增材制造基板的四角分别通过一端带螺栓的压板压接在振动平台上，所述螺栓螺纹连接振动平台。

12、更进一步，所述工作台上沿其宽度方向并列设有若干梯形槽，所述梯形槽内滑动设有梯形块，所述耐高温箱体的四角分别通过螺栓转动连接梯形块。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明的一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的方法，在增材制造过程中通过振动装置给基板上的零件熔池施加一个50—60赫兹振动场，让熔池中的气泡能够及时的排出，从而消除了合金零件孔洞，提高了合金零件的致密性，且熔池不会坍塌；本发明的一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置，变频振动电机为基板上的零件熔池提供50—60赫兹的振动场，该振动场既消除了合金零件内部的孔洞又能保证熔池不会坍塌，提高了增材制造合金零件的力学性能。

15、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

技术特征：

1.一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置，其特征在于：包括可拆装固定在工作台（2）上的顶部开口的耐高温箱体（1），所述耐高温箱体（1）的开口由中部带孔的耐高温柔性塑料薄膜罩（3）封闭，增材制造的同轴送粉激光能量沉积喷嘴（4）由孔（5）伸入耐高温箱体（1），所述耐高温箱体（1）内底部设有底座（6），所述底座（6）通过多个弹性支撑装置（7）支撑有水平的悬空的振动平台（8），所述振动平台（8）上固定有变频振动电机（9），所述变频振动电机（9）由位于耐高温箱体（1）外的电机变频控制器（10）控制，所述变频振动电机（9）的振动频率为50—60赫兹，所述振动平台（8）的顶面可拆装固定有水平的增材制造基板（11），所述同轴送粉激光能量沉积喷嘴（4）与增材制造基板（11）相对，对应振动平台（8）上方的耐高温箱体（1）侧面上设有可开关密封门（12），所述耐高温箱体（1）还连接氩气送入管（13），氩气送入管（13）连接氩气储罐。

3.根据权利要求2所述的一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置，其特征在于：所述弹性支撑装置（7）包括两开口相对的限位杯（71），所述限位杯（71）内套有橡胶套（72），一弹簧（73）两端分别位于两限位杯（71）内的橡胶套（72）内，两限位杯（71）分别固定在底座（6）顶面和振动平台（8）底面。

4.根据权利要求2所述的一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置，其特征在于：所述耐高温箱体（1）透明。

5.根据权利要求2所述的一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置，其特征在于：增材制造基板（11）的四角分别通过一端带螺栓的压板（14）压接在振动平台（8）上，所述螺栓螺纹连接振动平台（8）。

6.根据权利要求2-5任一所述的一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置，其特征在于：所述工作台（2）上沿其宽度方向并列设有若干梯形槽，所述梯形槽内滑动设有梯形块，所述耐高温箱体（1）的四角分别通过螺栓（15）转动连接梯形块。

技术总结
本发明公开了一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的方法，包括如下步骤：步骤1：将增材制造的基板固定在振动装置上；步骤2：调节振动装置振动频率为50—60赫兹；步骤3：在基板上采用同轴送粉激光能量沉积方式制备合金零件；该方法在增材制造过程中通过振动装置给基板上的零件熔池施加一个50—60赫兹振动场，让熔池中的气泡能够及时的排出，从而消除了合金零件孔洞，提高了合金零件的致密性，且熔池不会坍塌；本发明还公开了一种用于消除激光增材制造合金内部孔洞的装置。

技术研发人员：王方平,毛继忠,韩德虎,耿本生,杨层
受保护的技术使用者：贵阳职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16