一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置，其特征在于，包括成形缸，成形缸内设置有驱动电机，驱动电机的输出轴上连接有滚珠丝杠机构，滚珠丝杠机构另一端连接有加热基板，加热基板四周整合有电磁发生器，绕成形缸外壁上端设置有电磁感应器，电磁感应器连接有第一电磁发生电源，电磁发生器连接有第二电磁发生电源，第一电磁发生电源和第二电磁发生电源均连接有设备主控系统。采用直流磁场对激光熔池凝固过程中的液固界面前沿动量和溶质传输施加扰动，改变液固界面的凝固结晶形态，进而达到控制熔池凝固过程中相变应力的目的。

A device for electromagnetic induction to reduce parts stress by adding material in powder bed

The utility model discloses a device for reducing the stress of parts by electromagnetic induction of a powder bed material, which includes a forming cylinder, a driving motor in the forming cylinder, a ball screw mechanism on the output shaft of the driving motor, a heating base plate on the other end of the ball screw mechanism, and integrated around the heating base plate. The electromagnetic inductor is arranged on the upper end of the outer wall of the forming cylinder. The electromagnetic inductor is connected with the first electromagnetic generator. The electromagnetic generator is connected with second electromagnetic power sources. The first electromagnetic generator and the second electromagnetic generator are all connected to the device main control system. By using the DC magnetic field, the momentum and the solute transport in the liquid solid interface in the solidification process of the laser molten pool are disturbed, and the solidification crystallization form of the liquid solid interface is changed, and then the purpose of controlling the phase change stress in the solidification process of the molten pool is achieved.

【技术实现步骤摘要】
一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置
本技术属于粉末床激光选区熔化增材制造设备
，涉及一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置。
技术介绍
激光选区熔化(SLM)成形技术是近几十年发展起来的一种逐点、逐层堆积成形的3D打印技术，它是在预制粉末层上利用激光逐点熔化烧结构件横截面形貌，通过逐层累加的方法获得构件三维实体。SLM成形技术能够实现具有复杂结构高性能致密金属的无模具、快速自由成形。SLM技术集成了激光技术、计算机技术、数控技术和材料技术等诸多先进技术，具备了加工工序简单、能耗低、柔性高、环境友好、成形与组织性能控制一体化等特点，采用SLM成形技术加工的零件性能与锻件相当。由于SLM技术具备了上述先进材料加工技术要求的所有特性，得到材料加工界的青睐，在短短的10余年间迅速发展起来，成为许多加工和应用领域众所瞩目的重要新技术。但是，粉床激光选区熔化设备在构建金属零件过程中，零件长期经历高能激光束周期性、激烈、非平衡、循环加热和冷却及其短时非平衡循环固态相变，还有强约束下移动熔池的快速凝固收缩等冶金和凝固行为在零件内部产生极其复杂的热应力、相变组织应力和约束应力及其强烈非线性强耦合交互作用和应力集中，导致零件严重翘曲变形甚至开裂。近年来的研究已经表明，对基材或粉末进行预热能降低成形过程中的热应力，从而减小零件的翘曲变形倾向。当前大多数商用SLM设备都通过对成形平台进行电阻加热的方式达到对基材加热的目的，也有相关专利采用电磁感应方式对基材粉末/粉末预热和成形件保温，如，中国技术专利《一种粉床增材制造的电磁感应加热供铺粉一体化系统》(申请号：201610954136.5，公开号：CN106563806A，公开日：2017-04-19)；中国技术专利《一种用于激光增材制造的高温粉床系统》(申请号：201410188157.1，公开号：CN103990798A，公开日：2014-08-20专利号：)，采用电磁感应的方式对成形平台加热；中国技术专利《一种强磁场下选择性激光熔化SLM成形缸》(申请号：201610661087.6，公开号：CN106141185A，公开日：2016-11-23)，对成形缸内的零件和粉末进行加热和保温。以上专利都是基于电磁感应中的交变磁场感生涡流的原理，而目前暂未出现本采用直流磁场对激光熔池凝固过程中的液固界面前沿动量和溶质传输施加扰动，改变液固界面的凝固结晶形态，进而达到控制熔池凝固过程中相变应力的目的技术记载。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置，采用直流磁场对激光熔池凝固过程中的液固界面前沿动量和溶质传输施加扰动，改变液固界面的凝固结晶形态，进而达到控制熔池凝固过程中相变应力的目的。本技术所采用的技术方案是，一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置，其特征在于，包括成形缸，成形缸内设置有驱动电机，驱动电机的输出轴上连接有滚珠丝杠机构，滚珠丝杠机构另一端连接有加热基板，加热基板沿成形缸内侧壁设置，加热基板四周整合有电磁发生器，绕成形缸外壁设置有电磁感应器，电磁感应器设置在成形缸上端，电磁感应器连接有第一电磁发生电源，电磁发生器连接有第二电磁发生电源，第一电磁发生电源和第二电磁发生电源均连接有设备主控系统。本技术的特点还在于，电磁感应器内置有第一励磁线圈，电磁发生器内置有第二励磁线圈，第二励磁线圈连接第二电磁发生电源，第一励磁线圈连接第一电磁发生电源。电磁感应器还连接有磁场测量仪，磁场测量仪连接设备主控系统。加热基板上还设置有温度传感器，温度传感器连接设备主控系统。第一励磁线圈和第二励磁线圈均为紫铜材料制成的多砸螺线圈。加热基板上部设置有导热硅胶片，导热硅胶片上部还设置有屏蔽铜网。加热基板与成形缸侧壁接触处还设置有保温板，加热基板底部也设置有保温板。保温板一侧还设置有隔热板。本技术的有益效果是：1.对粉床激光选区熔化成形设备的改动小，装置简单，易于维护操作和控制。同时由于直流稳恒磁场不会产生感生电磁场，而且热电磁对流效应所需的磁场强度小，因而对设备自身电子元器件产生的影响很小，采取简单屏蔽措施就可防护。2.本技术提出了采用直流磁场减缓粉床激光选区熔化成形过程中的零件内部组织应力的方法，能够切实有效的降低成形零件的翘曲变形风险，提高了零件的制造效率和成品率。3.采用直流稳恒磁场与交变磁场相结合的方法，同时控制零件成形过程的热应力和组织应力，相比单一电磁加热或电阻加热方法，进一步降低了零件变形开裂的风险。附图说明图1是本技术一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置的结构示意图。图中，1.铺粉和成形平台，2.基材，3.导热硅胶片，4.电磁感应器，5.第一励磁线圈，6.第二励磁线圈，7.保温板，8.加热基板，9.滚珠丝杠机构，10.磁场测量仪，11.第一电磁发生电源，12.温度传感器，13.第二电磁发生电源，14.设备主控系统，15.驱动电机，16.成形缸，17.电磁发生器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术的一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置，结构如图1所示，包括成形缸16，成形缸16内设置有驱动电机15，驱动电机15的输出轴上连接有滚珠丝杠机构9，滚珠丝杠机构9另一端连接有加热基板8，加热基板8沿成形缸16内侧壁设置，加热基板8四周整合有电磁发生器17，绕成形缸16外壁设置有电磁感应器4，电磁感应器4设置在成形缸16上端，电磁感应器4连接有第一电磁发生电源11，电磁发生器17连接有第二电磁发生电源13，第一电磁发生电源11和第二电磁发生电源13均连接有设备主控系统14。电磁感应器4内置有第一励磁线圈5，电磁发生器17内置有第二励磁线圈6，第二励磁线圈6连接第二电磁发生电源13，第一励磁线圈5连接第一电磁发生电源11。电磁感应器4还连接有磁场测量仪10，磁场测量仪10连接设备主控系统14。加热基板8上还设置有温度传感器12，温度传感器12连接设备主控系统14。第一励磁线圈5和第二励磁线圈6均为紫铜材料制成的多砸螺线圈。加热基板8上部设置有导热硅胶片3，导热硅胶片3上部还设置有屏蔽铜网。加热基板8与成形缸侧壁接触处还设置有保温板7，加热基板8底部也设置有保温板7。保温板7一侧还设置有隔热板。本技术一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置的设计思路原理如下：针对高温合金、钛合金、钢等常用SLM成形用金属粉末在粉床熔融成形过程中经常出现的变形开裂问题，通过对成型零件金相分析，发现在激光循环加热和冷却导致的非平衡快速固态相变过程中，上述材料的金相组织往往都会形成针状马氏体，针状马氏体的形态非常有利于诱导萌生裂纹，在较小的热应力下就可能导致零件组织内部出现微裂纹甚至局部开裂。此外，马氏体与奥氏体基体的比容相差较大，在相变过程中会产生相变应力。由于粉末床激光选区熔化成形零件所具有的枝晶间距小、组织细密的特点，基体对马氏体的应力缓释作用非常小，这也加剧了相变造成的应力集中，最终导致零件薄壁部位容易变形翘曲。为了提高零件基体组织的应力缓释能力，适当粗化晶粒，增大枝晶间距是一个有效的方法。交变磁场虽然可以产生涡流，起到预热保温的作用，但是对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置，其特征在于，包括成形缸(16)，所述成形缸(16)内设置有驱动电机(15)，所述驱动电机(15)的输出轴上连接有滚珠丝杠机构(9)，所述滚珠丝杠机构(9)另一端连接有加热基板(8)，所述加热基板(8)沿成形缸(16)内侧壁设置，所述加热基板(8)四周整合有电磁发生器(17)，绕所述成形缸(16)外壁设置有电磁感应器(4)，所述电磁感应器(4)设置在成形缸(16)上端，所述电磁感应器(4)连接有第一电磁发生电源(11)，所述电磁发生器(17)连接有第二电磁发生电源(13)，所述第一电磁发生电源(11)和第二电磁发生电源(13)均连接有设备主控系统(14)。

【技术特征摘要】
1.一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置，其特征在于，包括成形缸(16)，所述成形缸(16)内设置有驱动电机(15)，所述驱动电机(15)的输出轴上连接有滚珠丝杠机构(9)，所述滚珠丝杠机构(9)另一端连接有加热基板(8)，所述加热基板(8)沿成形缸(16)内侧壁设置，所述加热基板(8)四周整合有电磁发生器(17)，绕所述成形缸(16)外壁设置有电磁感应器(4)，所述电磁感应器(4)设置在成形缸(16)上端，所述电磁感应器(4)连接有第一电磁发生电源(11)，所述电磁发生器(17)连接有第二电磁发生电源(13)，所述第一电磁发生电源(11)和第二电磁发生电源(13)均连接有设备主控系统(14)。2.根据权利要求1所述的一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置，其特征在于，所述电磁感应器(4)内置有第一励磁线圈(5)，所述电磁发生器(17)内置有第二励磁线圈(6)，所述第二励磁线圈(6)连接第二电磁发生电源(13)，所述第一励磁线圈(5)连接第一电磁发生电源(11)。3.根据权利要求1所述的一种粉床增材制造电...

【专利技术属性】
技术研发人员：程光明，赵晓明，严峻，杨媛，
申请(专利权)人：西安铂力特增材技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61