一种用于金属激光增材制造的模块化箱体制造技术

一种用于金属激光增材制造的模块化箱体，包括刚性箱体及柔性箱体，在刚性箱体的一面箱壁上开设有一处预留孔，柔性箱体的箱口通过预留孔与刚性箱体密封连通，在预留孔外侧的刚性箱体上设置有密封隔离板；在刚性箱体的箱壁上设置有抽气口及充气口，在刚性箱体内部安装有激光增材制造设备；抽气口外接有真空泵，在抽气口与真空泵之间的气路上加装有第一阀门；充气口外接有惰性气体气源，在充气口与惰性气体气源之间的气路上加装有第二阀门；刚性箱体外接有惰性气体自循环净化系统，包括氧分析仪、风机、除氧器、除尘器及冷却器，风机进气端通过氧分析仪与刚性箱体内部密封连通，风机出气端依次通过除氧器、除尘器及冷却器与刚性箱体内部密封连通。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光增材制造
，特别是涉及一种用于金属激光增材制造的模块化箱体。
技术介绍
激光增材制造技术(LaserAdditiveManufacturing，简称LAM，俗称3D打印技术)，是以合金粉末为原料，通过高功率激光对合金粉末进行原位熔化，并使熔融状态的合金粉末快速凝固并逐级沉积来制造实体零件。激光增材制造技术的原理为：首先利用计算机三维软件设计出零件的三维模型，然后在计算机中对三维模型进行分层切片处理，使三维模型离散化为一系列的二维层面，最后利用激光进行逐层扫描并逐层添加合金粉末，最终将三维模型零件转换成实体零件。从复杂形状的零件制造来看，激光增材制造技术与传统制造技术相比具有无法比拟的优点，其可实现近净成形，更加节约材料，无需模具和专用夹具，生产周期短且效率高，所制造的零件具有优异的力学性能，因此，在航空航天领域内，被越来越频繁的用于钛合金零件的快速制造。对于钛合金，其具有比强度高、耐腐蚀性号、耐热性高及生物活性良好等特点，近年来已被广泛应用与航空航天领域，特别是利用激光增材制造技术来生产钛合金零件。在钛合金零件制造过程中，由于钛合金粉末在熔融状态下具有高氧化和氮化倾向，因此必须进行有效的防氧化保护，而防氧化保护又是保证钛合金零件性能的关键。为了改善钛合金零件在制造过程中的沉积效果，以提高沉积质量，所采用的防氧化保护手段通常体现为一个密闭气氛保护箱体，在密闭气氛保护箱体内充满有惰性气体，而钛合金零件被放置于密闭气氛保护箱体内。为了满足钛合金零件制造过程中的气氛保护环境要求，首先利用真空泵对密闭气氛保护箱体内部进行抽真空操作，然后再向密闭气氛保护箱体内充入惰性气体，且抽真空过程和充入惰性气体过程需要往复进行多次，直到密闭气氛保护箱体内的气氛保护环境达到要求，之后方可开始钛合金零件的制造过程。但是，采用现有的密闭气氛保护箱体后，仅单次抽真空过程就需要花费大量的抽气时间，而且在之后的抽真空过程中，更需要将整箱的惰性气体完全抽排掉，在经过了多次的抽气和充气过程后，惰性气体的消耗量是非常之高的，这显著了增加钛合金零件的制造成本。再有，现有的密闭气氛保护箱体受到自身尺寸的限制，对于已经超过其适用尺寸范围的钛合金零件将无能为力，只能被迫更换具有更大尺寸的密闭气氛保护箱体，这直接导致了设备成本的增加。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供一种用于金属激光增材制造的模块化箱体，能够显著降低惰性气体的消耗量，同时显著缩短抽气时间，零件制造尺寸的适用范围更大，有效节省零件制造成本和设备成本。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种用于金属激光增材制造的模块化箱体，包括刚性箱体及柔性箱体，在所述刚性箱体的一面箱壁上开设有一处预留孔，柔性箱体的箱口通过预留孔与刚性箱体密封连通，在预留孔外侧的刚性箱体上设置有密封隔离板；在所述刚性箱体的箱壁上设置有抽气口及充气口，在刚性箱体内部安装有激光增材制造设备。所述抽气口外接有真空泵，在抽气口与真空泵之间的气路上加装有第一阀门；所述充气口外接有惰性气体气源，在充气口与惰性气体气源之间的气路上加装有第二阀门。所述刚性箱体外接有惰性气体自循环净化系统，惰性气体自循环净化系统包括氧分析仪、风机、除氧器、除尘器及冷却器，所述风机的进气端通过氧分析仪与刚性箱体内部密封连通，风机的出气端依次通过除氧器、除尘器及冷却器与刚性箱体内部密封连通。本技术的有益效果：本技术与现有技术相比，能够显著降低惰性气体的消耗量，同时显著缩短抽气时间，零件制造尺寸的适用范围更大，有效节省零件制造成本和设备成本。附图说明图1为本技术的一种用于金属激光增材制造的模块化箱体(抽气完成时)结构原理图；图2为本技术的一种用于金属激光增材制造的模块化箱体(气氛保护环境要求下充气完成时)结构原理图；图3为本技术的一种用于金属激光增材制造的模块化箱体(气氛保护环境要求下充气完成至空间扩展状态时)结构原理图；图中，1—刚性箱体，2—柔性箱体，3—预留孔，4—密封隔离板，5—抽气口，6—充气口，7—激光增材制造设备，8—真空泵，9—第一阀门，10—惰性气体气源，11—第二阀门，12—氧分析仪，13—风机，14—除氧器，15—除尘器，16—冷却器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步的详细说明。如图1、2、3所示，一种用于金属激光增材制造的模块化箱体，包括刚性箱体1及柔性箱体2，在所述刚性箱体1的一面箱壁上开设有一处预留孔3，柔性箱体2的箱口通过预留孔3与刚性箱体1密封连通，在预留孔3外侧的刚性箱体1上设置有密封隔离板4；在所述刚性箱体1的箱壁上设置有抽气口5及充气口6，在刚性箱体1内部安装有激光增材制造设备7。所述抽气口5外接有真空泵8，在抽气口5与真空泵8之间的气路上加装有第一阀门9；所述充气口6外接有惰性气体气源10，在充气口6与惰性气体气源10之间的气路上加装有第二阀门11。所述刚性箱体1外接有惰性气体自循环净化系统，惰性气体自循环净化系统包括氧分析仪12、风机13、除氧器14、除尘器15及冷却器16，所述风机13的进气端通过氧分析仪12与刚性箱体1内部密封连通，风机13的出气端依次通过除氧器14、除尘器15及冷却器16与刚性箱体1内部密封连通。下面结合附图说明本技术的一次使用过程：本实施例中的激光增材制造设备7由激光器、送粉器、同轴送粉喷嘴、三维运动平台及控制系统组成，激光器安装在三维运动平台的横梁上。在钛合金零件制造前，首先将密封隔离板4卸下，开启第一阀门9，关闭第二阀门11，启动真空泵8，对刚性箱体1内部进行抽真空操作，直到第一次抽真空操作结束，而柔性箱体2在外界大气压力下，会在刚性箱体1内部完全膨胀开来，而刚性箱体1内部的大部分空间会被膨胀的柔性箱体2占据，所剩下的空间只剩一小部分，此时将密封隔离板4重新装回，通过密封隔离板4将柔性箱体2内部与外界密封隔离开。接下来，关闭第一阀门9，开启第二阀门11，通过惰性气体气源10向刚性箱体1内充入惰性气体，只需将刚性箱体1内部剩余空间充满即可，同时通过氧分析仪12检测一下氧含量，如果未达标，重复抽真空及充气过程，直到氧含量达标为止。当氧含量达标后，将密封隔离板4再次卸下，然后继续向刚性箱体1内充入惰性气体，在充气过程中，刚性箱体1内部气压会与外界气压逐渐平衡，柔性箱体2会逐渐瘪缩下去，直到惰性气体将刚性箱体1全部充满后，柔性箱体2完全瘪缩，此时再将密封隔离板4重新装回。再有，如果当钛合金零件的尺寸已经超出了刚性箱体1的适用尺寸范围后，且惰性气体将刚性箱体1全部充满后仍要继续充气，直到柔性箱体2由完全瘪缩到再次膨胀，而这次的膨胀位置处于刚性箱体1外部，通过柔性箱体2向外膨胀实现了箱体空间尺寸的扩展，进而扩展了零件制造尺寸的适用范围。启动惰性气体自循环净化系统，使气氛保护环境始终处于要求范围内，启动激光增材制造设备7，即开始钛合金零件的制造过程。当采用本技术的模块化箱体后，由于膨胀的柔性箱体2占据了刚性箱体1内部的大部分空间，所剩下的空间只剩一小部分，而在氧含量达标前，每次充入的惰性气体只需充满刚性箱体1剩余的小部分空间即可，且每次抽排掉的惰性气体仅是这小部分空间内的，与传统的密闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属激光增材制造的模块化箱体，其特征在于：包括刚性箱体及柔性箱体，在所述刚性箱体的一面箱壁上开设有一处预留孔，柔性箱体的箱口通过预留孔与刚性箱体密封连通，在预留孔外侧的刚性箱体上设置有密封隔离板；在所述刚性箱体的箱壁上设置有抽气口及充气口，在刚性箱体内部安装有激光增材制造设备。

【技术特征摘要】
1.一种用于金属激光增材制造的模块化箱体，其特征在于：包括刚性箱体及柔性箱体，在所述刚性箱体的一面箱壁上开设有一处预留孔，柔性箱体的箱口通过预留孔与刚性箱体密封连通，在预留孔外侧的刚性箱体上设置有密封隔离板；在所述刚性箱体的箱壁上设置有抽气口及充气口，在刚性箱体内部安装有激光增材制造设备。2.根据权利要求1所述的一种用于金属激光增材制造的模块化箱体，其特征在于：所述抽气口外接有真空泵，在抽气口与真空泵之...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，冯志国，钦兰云，王维，卞宏友，李长富，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21