一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置及其使用方法与流程

本发明涉及增材制造，具体是一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置及其使用方法。

背景技术：

1、增材制造am技术是一种基于离散-堆积原理，由三维cad数据驱动直接制造实体零部件的高端数字化制造技术。相比传统减材制造和等材制造，am技术具有快速制造复杂结构产品、高效利用原材料、可高度优化产品结构和适应个性化、小批量生产等优点，非常契合航天装备日益整体化、复杂化、轻量化、结构功能一体化制造需求。近年来，激光熔化沉积已成为am领域技术研究及工程应用的热点方向之一。

2、在激光熔化沉积制造过程中，高功率激光束与金属粉末和基板相互作用产生熔池，熔池形貌的演变行为不仅受到激光功率、扫描速度、送粉速率等工艺参数的影响，还与基板和已沉积层的热分布及热量累积有关，热累积不仅影响熔池的尺寸，也直接影响沉积层的微观组织和形貌，从而影响制造工件的性能和加工精度；此外，热量的大量累积还会影响工人的操作，缩短设备的使用寿命。尤其在航空航天领域对增材制造工件的性能要求越来越高，所以亟需一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置及方法来解决增材制造过程中的热量累积问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置及其使用方法。

2、一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，包括腔体，还包括覆盖在腔体顶部在激光熔化沉积过程中起密封作用的耐高温透明薄膜、设置在腔体内部用于装夹基板的增材工作台、安装在腔体外壁上的上层方管、下层方管、冷却水箱；

3、所述的冷却水箱向上设置有与上层方管相连的转换装置，所述的冷却水箱向下设置有与下层方管相连的下层转换接头，所述的冷却水箱还通过水管连接有循环冷却装置。

4、作为本发明的进一步改进，所述的上层方管上设置有与腔体贯通的若干组上层烟道口，所述的下层方管上设置有与腔体贯通的若干组下层烟道口。

5、作为本发明的进一步改进，所述的冷却水箱内部为中空结构，内部设置有管道回路。

6、作为本发明的进一步改进，所述的腔体侧壁上留有便于观察的操作口。

7、作为本发明的进一步改进，所述的转换装置包括积水盒、排风扇和上层转换接头。

8、作为本发明的进一步改进，所述的循环冷却装置包括储水箱、水泵。

9、作为本发明的进一步改进，所述的上层方管、上层转换接头、下层方管、下层转换接头和管道回路均采用铜管或铜方管制成。

10、作为本发明的进一步改进，所述的冷却水箱通过焊接安装在腔体侧壁上。

11、作为本发明的进一步改进，所述的下层转换接头内部装有透气性良好的海绵。

12、作为本发明的另一种改进，提出了一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置的使用方法，其具体步骤如下：

13、s1、热量上升：通过操作口将基板装夹在增材工作台上，确保耐高温透明薄膜不漏气后，开启排风扇和水泵，在激光熔化沉积过程中，激光束与沉积粉末和基板相互作用产生大量的热量，含有大量热量的气体膨胀上升；

14、s2、吸风：排风扇产生的吸力将含有大量热量的气体源源不断地从腔体侧壁上的4个上层烟道口吸走，经过上层转换接头、排风扇传递到管道回路中；

15、s3、冷却：管道回路外侧的冷却水箱内有冷却水一直流通，含有大量热量的气体经由管道回路通过被冷却水带走部分热量，然后气体通过下层转换接头被海绵吸收夹带的水蒸气后进入下层方管；

16、s4、吸收：经由腔体侧壁上的3个下层烟道口进入腔体内部，实现激光熔化沉积过程中气体的冷却及循环流通。

17、本发明的有益效果是：激光熔化沉积过程中，激光束与沉积粉末和基板相互作用产生大量的热量，含有大量热量的气体膨胀上升，解决激光熔化沉积过程中热量累积严重，易导致增材试样组织粗大，试样性能降低的问题。

技术特征：

1.一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，包括腔体(2)，其特征在于：还包括覆盖在腔体(2)顶部在激光熔化沉积过程中起密封作用的耐高温透明薄膜(201)、设置在腔体(2)内部用于装夹基板的增材工作台(202)、安装在腔体(2)外壁上的上层方管(1)、下层方管(3)、冷却水箱(6)；

2.根据权利要求1所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，其特征在于：所述的上层方管(1)上设置有与腔体(2)贯通的若干组上层烟道口(101)，所述的下层方管(3)上设置有与腔体(2)贯通的若干组下层烟道口(301)。

3.根据权利要求1所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，其特征在于：所述的冷却水箱(6)内部为中空结构，内部设置有管道回路(603)。

4.根据权利要求1所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，其特征在于：所述的腔体(2)侧壁上留有便于观察的操作口(203)。

5.根据权利要求1所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，其特征在于：所述的转换装置(7)包括积水盒(701)、排风扇(702)和上层转换接头(703)。

6.根据权利要求1所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，其特征在于：所述的循环冷却装置(4)包括储水箱(402)、水泵(403)。

7.根据权利要求5所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，其特征在于：所述的上层方管(1)、上层转换接头(703)、下层方管(3)、下层转换接头(5)和管道回路(603)均采用铜管或铜方管制成。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，其特征在于：所述的冷却水箱(6)通过焊接安装在腔体(2)侧壁上。

9.根据权利要求1所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置，其特征在于：所述的下层转换接头(5)内部装有透气性良好的海绵(501)。

10.利用权利要求1至9中任一项所述的一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置的使用方法，其特征在于：其具体步骤如下：

技术总结
本发明涉及增材制造技术领域，具体是一种用于激光熔化沉积的冷却腔体装置及其使用方法，所述冷却腔体装置包括腔体，还包括覆盖在腔体顶部在激光熔化沉积过程中起密封作用的耐高温透明薄膜、设置在腔体内部用于装夹基板的增材工作台、安装在腔体外壁上的上层方管、下层方管、冷却水箱，其具体步骤如下：S1、热量上升；S2、吸风；S3、冷却；S4、吸收；激光熔化沉积过程中，激光束与沉积粉末和基板相互作用产生大量的热量，含有大量热量的气体膨胀上升，解决激光熔化沉积过程中热量累积严重，易导致增材试样组织粗大，试样性能降低的问题。

技术研发人员：程宗辉,慈世伟,陈云鹏,王磊磊
受保护的技术使用者：国营芜湖机械厂
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15