用于金属增材制造过程温度控制的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，包括打印基体、设于打印基体外表面的打印构件、冷却装置和温度监控器，所述温度监控器用于监控打印构件的实时温度；所述冷却装置包括水雾喷头、与水雾喷头连接的集成管道，与集成管道连接的供气单元和供水单元，所述水雾喷头设于打印基体的内部，所述水雾喷头距离打印基体内表面预设距离，所述水雾喷头用于喷出冷却水雾，所述冷却水雾作用于与打印构件相接触的打印基体上。采用本实用新型专利技术，结构简单、实现快速均匀冷却、精准控制打印温度，误差在±15℃以内。

Device for temperature control in metal additive manufacturing process

The utility model discloses a device for temperature control in metal augmentation manufacturing process, which comprises a printing substrate, a printing component arranged on the outer surface of the printing substrate, a cooling device and a temperature monitor, which are used to monitor the real-time temperature of the printing component, and the cooling device comprises a water mist nozzle and a water mist spray. An integrated pipe connected by a head, an air supply unit connected with an integrated pipe, and a water supply unit connected with the integrated pipe. The water mist nozzle is located in the interior of the print substrate, the water mist nozzle is located at a preset distance from the inner surface of the print substrate, the water mist nozzle is used for ejecting cooling water mist, and the cooling water mist acts on the print substrate in contact with the print component. On the body. The utility model has the advantages of simple structure, fast and uniform cooling, precise control of printing temperature, and the error is within + 15.

【技术实现步骤摘要】
用于金属增材制造过程温度控制的装置
本技术涉及一种金属增材制造设备，尤其涉及一种用于金属增材制造过程温度控制的装置。
技术介绍
金属增材制造(3D打印)是以数字模型为基础，以激光、电弧等为热源，用金属丝材或粉末，通过逐层堆积的方式构造金属件的技术。以电弧为热源的金属3D打印技术，打印热循环存在如下特点：1、打印过程中，熔池体积较激光打印大，一般在30～100g。2、打印过程中，电弧能量高且集中，最高温度可达1700℃以上，熔池金属处于过热状态。3、打印过程中，热源小，且实施移动，故打印温度场是一极不平衡温度场。从金属学知识可知，在金属材料化学成分一定的条件下，材料的结晶条件(即高温停留时间、冷却速度)决定了材料的内部组织，进而决定了材料的理化性能。故温度控制是保证打印金属性能的关键。在打印过程中电弧持续提供高热量，如不进行冷却将使层间温度高达350℃以上，如此导致熔池金属高温停留时间长，冷却速度慢，内部组织粗大，材料性能恶化。要求一般的碳钢打印的打印温度要求不得高于300℃；不锈钢的打印温度不得高于150℃；合金钢、耐热钢的打印温度要求不得高于250℃，且预热温度一般不低于100℃。若不控制打印温度，会有以下问题：1、打印温度其实是打印道间温度，是打印路径前的最高温度。当层间温度过高会引起熔敷金属晶粒粗大，打印件的强度及低温冲击韧性下降，而打印温度过低将使液体熔敷金属的气体、非金属夹杂等无法充分溢出，困在金属内部，形成缺陷。2、金属在打印过程中，对熔池金属的冷却速度也有要求，冷却速度过快，容易形成淬硬组织，导致强度高，冲击韧性差，冷却速度慢，导致高温停留时间长，晶粒粗大，甚至产生过热组织。3、对熔池周围的环境要求高，不得有水、蒸汽以及其他化学试剂，以免影响打印金属性能。从上可知，增材制造过程中，温度控制是保证材料性能的关键，但是控制难度极高。目前无有效的可行方法，一般采用自然空冷，其冷却速度慢，打印效率低，难以实现快速成形。或是采用背面喷水冷却。自然空冷的冷却速度低，一道打印完成后必须停止，等待温度下降，且冷却速度无法控制，打印效率低，且多次停止会造成接头数量的增加，材料性能下降。采用背面水冷方法时，水量变化对温度的影响巨大，水量难调，且直接采用水冷，冷却速度过快，对冷却速度调接范围极小。且冷却过程中冷却水受热蒸发，造成空气湿度加大，严重影响打印质量和工作环境。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于，提供一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，结构简单、实现快速均匀冷却、精准控制打印温度，误差在±15℃以内。本技术所要解决的技术问题还在于，提供一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，实现在制造过程中控制不平衡的温度场，使其在宏观上趋于平衡。本技术所要解决的技术问题还在于，提供一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，去除水汽对空气湿度的影响。本技术所要解决的技术问题还在于，提供一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，实现冷却系统的量化调节。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，包括打印基体、设于打印基体外表面的打印构件、冷却装置和温度监控器，所述温度监控器用于监控打印构件的实时温度；所述冷却装置包括水雾喷头、与水雾喷头连接的集成管道，与集成管道连接的供气单元和供水单元，所述水雾喷头设于打印基体的内部，所述水雾喷头距离打印基体内表面预设距离，所述水雾喷头用于喷出冷却水雾，所述冷却水雾作用于与打印构件相接触的打印基体上。作为上述方案的改进，所述温度监控器、冷却装置联合控制打印基体和/或打印构件的温度在100～300℃内。作为上述方案的改进，所述打印基体内通入用于平衡打印构件整体温度的平衡水。作为上述方案的改进，所述冷却装置包括多个水雾喷头，每个水雾喷头的水量和气量可单独调节，每两个水雾喷头的喷雾面相重叠。作为上述方案的改进，所述供气单元包括气阀、气压计和空气通道，所述供水单元包括冷却水阀、水流量计和水通道；所述集成管道包括至少一个空气通道和至少两个水通道，所述水通道围绕空气通道设置。作为上述方案的改进，所述集成管道包括一个空气通道和六个水通道，所述空气通道设于中间，三个水通道为一组，不同组的水通道分别设于空气通道的两侧，每组水通道呈三角形排列。作为上述方案的改进，所述打印基体内部设有挡雾板，所述打印基体内部充盈水蒸气；所述打印基体为管状结构。作为上述方案的改进，还包括水雾抽离装置，所述水雾抽离装置与打印基体相连接，用于将打印基体内部的水蒸气排出。作为上述方案的改进，所述水雾喷头与打印基体之间的距离为200-400mm。作为上述方案的改进，所述打印构件的上方设有打印枪头，所述冷却装置与打印枪头安装在可移动的支架底座上，所述冷却装置随着打印枪头前后左右移动，以使打印枪头处于冷却水雾中心。实施本技术，具有如下有益效果：一、本技术包括打印基体、打印构件、冷却装置和温度监控器,所述冷却装置包括水雾喷头、集成管道、供气单元和供水单元，所述水雾喷头设于打印基体的内部，水雾喷头用于喷出冷却水雾，冷却水雾作用于与打印构件相接触的打印基体上。同时，本技术在打印基体内部，通入用于平衡打印构件整体温度的平衡水，因此，本技术结构简单，可以实现快速均匀冷却、精准控制打印温度，以控制打印基体和/或打印构件的温度在100～300℃内任意可调，精度为±15℃。而且，本技术还可以使打印构件在任意位置的温度均在目标控制温度的范围内，精度为±15℃。二、本技术包括温度监控器，供气单元和供水单元设有灵敏阀门和流量计，可量化调节冷却水雾大小，达到精确调控冷却速度和层间温度的目的。三、本技术对打印环境无影响，通过水汽抽离装置将水蒸气排出打印区域，空气湿度不会因水蒸气而升高，去除水汽对空气湿度的影响。四、本技术应用面广。原有水冷方法只能用于奥氏体不锈钢、镍基合金等无预热温度要求、对水敏感度低的材料，而本技术的层间温度可控、并去除了蒸汽影响，可应用于各种钢材和有色金属。本技术通过精确调控冷却速度和层间温度，制得的金属构件力学性能优异，并具有良好的组织特征。附图说明图1是本技术金属构件丝极电熔增材制造的专用设备的结构示意图；图2是本技术水雾喷头的结构示意图；图3是本技术集成管道的结构示意图；图4是本技术打印基体一实施例的侧视图；图5是本技术打印基体另一实施例的侧视图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。如图1所示，本技术提供了一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，包括打印基体13、设于打印基体13外表面的打印构件1、冷却装置30和温度监控器4，所述温度监控器4用于监控打印构件1的实时温度。所述打印构件1的上方设有打印枪头2。所述冷却装置30包括水雾喷头10、与水雾喷头10连接的集成管道9，与集成管道9连接的供气单元31和供水单元32，所述水雾喷头10设于打印基体13的内部，所述水雾喷头10距离打印基体13内表面预设距离，所述水雾喷头10用于喷出冷却水雾，所述冷却水雾作用于与打印构件1相接触的打印基体13上。打印基体13内部通入用于平衡打印构件整体温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，其特征在于，包括打印基体、设于打印基体外表面的打印构件、冷却装置和温度监控器，所述温度监控器用于监控打印构件的实时温度；所述冷却装置包括水雾喷头、与水雾喷头连接的集成管道，与集成管道连接的供气单元和供水单元，所述水雾喷头设于打印基体的内部，所述水雾喷头距离打印基体内表面预设距离，所述水雾喷头用于喷出冷却水雾，所述冷却水雾作用于与打印构件相接触的打印基体上。

【技术特征摘要】
1.一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，其特征在于，包括打印基体、设于打印基体外表面的打印构件、冷却装置和温度监控器，所述温度监控器用于监控打印构件的实时温度；所述冷却装置包括水雾喷头、与水雾喷头连接的集成管道，与集成管道连接的供气单元和供水单元，所述水雾喷头设于打印基体的内部，所述水雾喷头距离打印基体内表面预设距离，所述水雾喷头用于喷出冷却水雾，所述冷却水雾作用于与打印构件相接触的打印基体上。2.如权利要求1所述的用于金属增材制造过程温度控制的装置，其特征在于，所述温度监控器、冷却装置联合控制打印基体和/或打印构件的温度在100～300℃内。3.如权利要求2所述的用于金属增材制造过程温度控制的装置，其特征在于，所述打印基体内通入用于平衡打印构件整体温度的平衡水。4.如权利要求1、2或3所述的用于金属增材制造过程温度控制的装置，其特征在于，所述冷却装置包括多个水雾喷头，每个水雾喷头的水量和气量可单独调节，每两个水雾喷头的喷雾面相重叠。5.如权利要求1所述的用于金属增材制造过程温度控制的装置，其特征在于，所述供气单元包括气阀、气压计和空气通道，所述供水单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海波，李利军，孔令宗，严连菊，卓炎，陟成刚，
申请(专利权)人：王军，
类型：新型
国别省市：广东,44