一种增材制造应力消减装置的制作方法

1.本发明涉及增材制造技术领域，具体地，涉及一种增材制造应力消减装置。


背景技术：

2.现有的增材制造装置和增材制造零件的应力消减是先后进行的，不能做到在增材制造过程中对增材制造零件内部产生的应力进行消减。这种应力消减的装置有以下缺点：1.对于增材制造产生的高应力无法及时消减，这导致增材制造过程中增材制造零件局部内应力超过材料屈服强度和抗拉强度而开裂，或与增材制造工作台分离；2.由于增材制造的零件内部应力分布不均匀，这导致增材制造零件在高应力水平下产生显著的尺寸变形，降低了零件的尺寸精度；3.在增材制造结束后再对增材制造零件进行应力消除，需要更高的温度，会导致零件尺寸变形加大、微观组织劣化。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种增材制造应力消减装置。
4.根据本发明的一个方面，提供一种增材制造应力消减装置，该装置包括：
5.工作台，用于提供支撑作用；
6.激光打印头，设于所述工作台上，所述激光打印头用于形成激光打印件；
7.感应加热线圈，位于所述工作台上且包围在所述激光打印件外侧；
8.感应加热机，电连接有正电极和负电极；所述正电极和所述负电极分别与所述感应加热线圈连接；
9.所述正电极包括正电极冷却液连接端；所述负电极包括负电极冷却液连接端；所述正电极冷却液连接端和所述负电极冷却液连接端分别与冷却液管道连通，冷却液依次流过所述正电极、所述感应加热线圈和所述负电极。
10.进一步地，所述感应加热线圈、所述正电极和所述负电极均由导电材料形成。
11.进一步地，所述感应加热线圈、所述正电极和所述负电极的内部均为空心。
12.进一步地，所述正电极和所述负电极分别通过空心紧固螺栓与所述感应加热线圈连接，所述空心紧固螺栓的内部为空心，所述空心紧固螺栓由导电材料形成。
13.进一步地，所述感应加热线圈的数量根据所述感应加热线圈的高度和所述激光打印件的高度确定，其中，所述感应加热线圈的高度大于等于所述激光打印件的高度。
14.进一步地，所述感应加热机的电流根据所述激光打印件的所需加热温度确定。
15.进一步地，所述感应加热机的功率根据所述激光打印件的应力消除需求确定。
16.进一步地，所述正电极和所述负电极分别通过螺栓固定在所述感应加热机上；所述正电极还包括正电极接线端，所述负电极还包括负电极接电端，所述正电极接电端和所述负电极接电端分别与所述感应加热机连接。
17.进一步地，通过调节所述感应加热线圈的数量、截面形状、材料和相邻两个所述感应加热线圈的间距，以适应不同的增材制造设备和工艺。
18.进一步地，通过调节流入所述正电极的冷却液的温度和种类，以适应不同的增材制造设备和工艺。
19.与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
20.1.本发明的增材制造应力消减装置，感应加热线圈可以在增材制造过程中通过感应加热实时消减激光打印件中的应力，因此可以及时避免激光打印件的内应力超过材料的屈服强度和抗拉强度；
21.2.本发明的增材制造应力消减装置，感应加热线圈可以在增材制造过程中通过感应加热消减激光打印件中的应力梯度，因此可以及时避免激光打印件因为内部应力分布不均匀而产生显著的尺寸变形；
22.3.本发明的增材制造应力消减装置，由于能够及时消减激光打印件中的应力，从而可以避免激光打印件后续进行较高温度的去应力工艺，以及在去应力工艺中发生微观组织劣化。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明一实施例中增材制造应力消减装置的前视立体图；
25.图2为本发明一实施例中增材制造应力消减装置的俯视图；
26.图3为本发明一实施例中增材制造应力消减装置的纵向剖视图；
27.图4为本发明一实施例中增材制造应力消减装置的后视立体图；
28.图5为本发明一实施例中增材制造应力消减装置的单个感应加热线圈装配示意图。
29.图中：1为工作台、2为激光打印件、3为激光打印头、4为感应加热线圈、5为空心紧固螺栓、6为正电极、6-1为正电极冷却液连接端、6-2为正电极接电端、7为负电极、7-1为负电极冷却液连接端、7-2为负电极接电端、8为感应加热机、9为螺栓。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
31.本发明实施例提供一种增材制造应力消减装置，参照图1-5，该装置包括工作台1、激光打印头3、感应加热线圈4、感应加热机8、正电极6和负电极7，其中：工作台1用于提供支撑作用；激光打印头3设于工作台1上，激光打印头3用于形成激光打印件2，激光打印件2通过激光打印粘结在工作台1上，激光打印头3通过喷粉和激光加热等方式在激光打印机工作台1上制备形成激光打印件2；感应加热线圈4位于工作台1上且包围在激光打印件2外侧，感应加热线圈4通过电磁感应使激光打印件2升温；感应加热线圈4的数量为一个或多个，当采用多个感应加热线圈4时，多个感应加热线圈4自工作台1依次堆叠；感应加热机8电连接有正电极6和负电极7；正电极6和负电极7分别与感应加热线圈4连接，正电极6和负电极7各有
一个冷却液连接端，具体地，正电极6包括正电极冷却液连接端6-1；负电极7包括负电极冷却液连接端7-1；正电极冷却液连接端6-1和负电极冷却液连接端7-1分别与冷却液管道连通，其中，正电极冷却液连接端6-1连接冷却液管道进液端，负电极冷却液连接端7-1连接冷却液管道出口端，冷却液自正电极6流入该应力消减装置，依次流过正电极6、感应加热线圈4和负电极7，从而冷却感应加热线圈4，避免感应加热线圈4烧坏。
32.在一些实施方式中，正电极6和负电极7分别通过螺栓9固定在感应加热机8上；正电极6和负电极7各有一个接电端，即正电极6还包括正电极接线端，负电极7还包括负电极接电端7-2，正电极接电端6-2和负电极接电端7-2分别与感应加热机8连接。在一些实施方式中，感应加热线圈4、正电极6和负电极7均由导电材料形成。感应加热线圈4、正电极6和负电极7的内部均为空心。正电极6和负电极7分别通过空心紧固螺栓5与感应加热线圈4连接，空心紧固螺栓5的内部为空心，空心紧固螺栓5由导电材料形成。由于感应加热线圈4、空心紧固螺栓5、正电极6和负电极7皆为导电材料、内部为空心，电流可从正电极6的正电极接电端6-2流向负电极7的负电极接电端7-2，以达到电流从正电极6流向负电极7的目的，从而在增材制造过程中对激光打印件2进行感应加热；该装置工作时有冷却液通过，冷却液可从正电极6的正电极冷却液连接端6-1流向负电极7内部的负电极冷却液连接端7-1，以达到冷却液从正电极6流向负电极7的目的，从而达到使用冷却液对感应加热线圈4进行冷却的目的，同时还能够对空心紧固螺栓5、正电极6、负电极7进行冷却。
33.本发明实施例中的增材制造应力消减装置，通过一个或多个感应加热线圈4的感应加热来实时消减激光打印过程中激光打印件2内部产生的应力。在一些实施方式中，感应加热线圈4的数量根据感应加热线圈4的高度和激光打印件2的高度确定，其中，感应加热线圈4的高度大于等于激光打印件2的高度，感应加热线圈4的高度指的是一个感应加热线圈4的高度或者多个感应加热线圈4的堆叠高度。根据不同的激光打印件2以及在激光打印的过程中，感应加热线圈4的数量可根据激光打印件2的高度进行增加和减少，环形的感应加热线圈4沿着轴向依次堆叠，以保证激光打印件2的四周被感应加热线圈4包围，即感应加热线圈4高度大于等于激光打印件2高度。
34.在一些实施方式中，感应加热机8的电流根据激光打印件2的所需加热温度确定。感应加热机8的工作电流可根据激光打印件2应力消除所需的温度进行升高和降低调节，以保证感应加热线圈4对激光打印件2的加热温度可调节至所需温度值。
35.在一些实施方式中，感应加热机8的功率根据增材制造件即激光打印件的应力消除需求确定。感应加热机8的功率可以更换调节，以适用于不同增材制造件的应力消除需求，例如，对于高温合金、不锈钢、钛合金等高熔点金属可采用大功率的感应加热机8；而对于铝合金等低熔点金属可采用小功率的感应加热机8。
36.在一些实施方式中，流入正电极6的冷却液温度可调节，冷却液的种类可更换，以达到不同的冷却需求。通过调节感应加热线圈4的数量、堆叠高度、截面形状、材料和相邻两个感应加热线圈4的间距以及冷却液的温度和种类，以适应不同的增材制造设备和工艺。
37.本发明实施例中的增材制造应力消减装置，其工作原理如下：增材制造应力消减装置，激光打印头3通过喷粉和激光加热等方式在工作台1上制备形成激光打印件2；感应加热线圈4通过空心紧固螺栓5与正电极6和负电极7连接，正电极6和负电极7分别通过螺栓9固定在感应加热机8上，正电极6和负电极7各有一个冷却液连接端和一个接电端；感应加热
线圈4、空心紧固螺栓5、正电极6和负电极7皆为导电材料，以达到电流从正电极6流向负电极7的目的；感应加热线圈4、空心紧固螺栓5、正电极6和负电极7的内部为空心，以达到冷却液从正电极6流向负电极7的目的；感应加热线圈4的数量可增加和减少，以保证感应加热线圈4高度大于等于激光打印件2高度的目的；感应加热机8的电流可升高和降低，以保证感应加热线圈4对激光打印件2的加热温度可调节至所需温度值的目的；该增材制造应力消减装置，通过一个或多个感应加热线圈4的感应加热，能够在激光打印过程中实时消减激光打印件2内部产生的应力。
38.本发明上述实施例中的增材制造应力消减装置，通过感应加热线圈可以在增材制造过程中通过感应加热实时消减激光打印件中的应力，因此可以及时避免激光打印件的内应力超过材料的屈服强度和抗拉强度；感应加热线圈可以在增材制造过程中通过感应加热消减激光打印件中的应力梯度，因此可以及时避免激光打印件因为内部应力分布不均匀而产生显著的尺寸变形；本发明实施例中的增材制造应力消减装置，由于能够及时消减激光打印件中的应力，从而可以避免激光打印件后续进行较高温度的去应力工艺，以及在去应力工艺中发生微观组织劣化，能够有效解决现有激光打印件因应力过大导致开裂而无法使用的问题，可应用于航空航天等领域的激光增材制造中，通过增材制造直接制造出高性能的激光打印件。
39.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。