一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置及方法制造方法及图纸

本发明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。本发明专利技术还公开了采用上述装置减缓零件应力的方法。

A device and method for reducing the stress of parts by electromagnetic induction of powder bed material

The invention discloses a powder bed material manufacturing growth slowed electromagnetic induction device parts stress, which is characterized in that includes forming cylinder, the cylinder is provided with a driving motor forming the output shaft of the drive motor is connected with a ball screw mechanism, the ball screw mechanism is connected with the other end of heating the substrate, heating the substrate around the integration of electromagnetic generator, forming around the cylinder outer wall is arranged on the upper end of the electromagnetic inductor, the electromagnetic sensor is connected with a first electromagnetic power, the electromagnetic generator is connected with second electromagnetic power, the first and second electromagnetic power source are connected with the electromagnetic electrical equipment control system. The DC magnetic field is applied to interfere with the momentum and solute transport in the liquid-solid interface during the solidification process of the laser pool, so as to change the solidification and crystal morphology of the liquid solid interface and achieve the purpose of controlling the phase transformation stress in the solidification process of the molten pool. The invention also discloses a method for reducing the stress of the parts by using the device.

【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及方法
本专利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，本专利技术还涉及采用上述装置减缓零件应力的方法。
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，中国专利技术专利《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)；中国专利技术专利《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；中国专利技术专利《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
本专利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。本专利技术另一目的是提供采用上述装置减缓零件应力的方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，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。本专利技术第一种技术方案的特点还在于，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。本专利技术所采用的第二种技术方案是，采用上述一种粉床增材制造电磁感应减缓零件应力的装置减缓零件应力的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，给成形缸内位于加热基板上安装基材，开启激光选区熔化设备，启动设备主控系统，开启第二电磁发生电源，输出适当频率的交流电，开始给基材预热，当达到预定适宜温度时，设备送粉铺粉机构执行铺粉命令，在基材上铺第一层金属粉末；步骤2，待第一层铺粉完成后，设备主控系统给送粉铺粉机构发出命令，关闭送粉铺粉机构，同时设备主控系统发出开启第一电磁发生电源的指令，磁场测量仪将当前的磁场强度传输到设备主控系统显示界面上，激光扫描振镜同时工作，按零件STL文件信息，执行扫描指令，进行第一层成形；步骤3，待第一层成形完毕后，设备主控系统发出命令关闭第一电磁发生电源，然后给送粉铺粉机构下达指令，在基材上铺第二层金属粉末；步骤4，重复步骤2完成第二层成形；步骤5，重复步骤3、4直至零件扫描成形结束。本专利技术第二种技术方案的特点还在于，在成形过程中，温度传感器将检测到的温度信号实时传输到设备主控系统，设备主控系统根据温度信号控制调节第二电磁发生电源的输出频率，磁场测量仪将测量到的磁场强度信号实时传输到设备主控系统，设备主控系统根据磁场强度调节第一电磁发生电源的输出频率。本专利技术的有益效果是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.本专利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是本专利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专利技术进行详细说明。本专利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连接第一电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)还连接有磁场测量仪(10)，所述磁场测量仪(10)连接设备主控系统(14)。4.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，所述加热基板(8)上还设置有温度传感器(12)，所述温度传感器(12)连接设备主控系统(14)。5.根据权利要求2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，所述第一励磁线圈(5)和第二励磁线圈(6)均为为紫铜材料制成的多砸螺线圈。6.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，所述加热基板(8)上部设置有导热硅胶片(3)，所述导热硅胶片(3)上部还设置有屏蔽铜网。7...

【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：发明
国别省市：陕西,61