一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及增材制造技术领域，尤其为一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法，装置由合金各成分金属粉、金属粉盒、流量控制阀门、送粉通道、混合器、搅拌器、金属粉混合物、增材材料粉、喷头、高能束发生器、高能束、控制总线、综合控制系统组成。综合控制系统和流量控制阀门将合金各成分金属粉按照设计比例进行注入混合，形成最终部件增材制造所需材料粉；增材制造过程中可根据不同部位成分组织的需求在线调控增材粉末成分，实现成分组织渐变部件的增材制造；整个装置和方法原理结构简单、精确可控、自动化程度高、通用性强，可用于一般金属/合金材料增材制造，尤其在大型复杂结构部件进行局部功能化增材制造具有很好的技术优势。

On-line Controllable Composition Organization Manufacturing Device and Method for Alloy Addition

The invention relates to the field of material adding manufacturing technology, in particular to an on-line controllable alloy material adding manufacturing device and method, which consists of metal powder, metal powder box, flow control valve, powder feeding channel, mixer, mixer, metal powder mixture, material adding powder, nozzle and high energy beam generator. It consists of high energy beam, control bus and integrated control system. The composite control system and the flow control valve inject and mix the metal powder of each component of the alloy according to the design proportion to form the material powder needed for the final component increment manufacturing. The whole device and method have simple structure, accurate and controllable principle, high degree of automation and versatility, and can be used in general metal/alloy material incremental manufacturing, especially in large complex structural components for local functional incremental manufacturing has good technical advantages.

【技术实现步骤摘要】
一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法
本专利技术涉及增材制造
，具体为一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法。
技术介绍
增材制造技术(AdditiveManufacturing，AM)，是在计算机辅助设计、数字模型和先进材料加工成形技术基础上，通过数控技术将材料按照烧结、熔融、光固化、喷射等方式进行逐层堆积，制造实际结构、部件的新型制造技术。相比传统机械加工的减材制造和组装装配的模式不同，是一种“自下而上”的堆积累加制造方法。尤其在金属/合金材料增材制造方面，美国波音、GE、普惠，英国罗-罗和德国MTU等公司都已将该技术应用于制造飞机、航空发动机等重大装备复杂部件制造，可大大降低复杂部件制造难度和经济成本，显著提高部件制造效率。目前，金属/合金材料增材制造过程中原材料一般采用送丝、送粉、铺粉等方式进给，原材料成分即决定了增材制造部件的成分，增材制造过程只是控制高能束参数及与原材料的作用轨迹，从而制造不同形状、尺寸的部件。随着先进装备智能制造的发展，考虑一个关键部件不同部位的服役载荷和工作温度等条件的不同，需要对部件不同部位进行局部功能化制造，使制造部件各部位满足不同服役性能要求。因此，急需专利技术一种成分组织在线可控的增材制造装置与方法，制造出沿增材生长方向成分组织渐变的部件，从而满足部件各部位不同服役性能的特殊要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法，该装置结构简单、精确可控、集成化控制，整个增材制造过程合金材料成分精确可控，可实现材料成分组织渐变部件的增材制造,以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法，包括合金增材制造装置和成分组织可控的增材制造方法，所述合金增材制造装置包括合金各成分金属粉、金属粉盒、流量控制阀门、送粉通道、混合器、搅拌器、喷头、高能束发生器、控制总线和综合控制系统，所述合金各成分金属粉放置在不同的金属粉盒内，所述金属粉盒通过送粉通道与混合器连接，所述混合器内部设置有搅拌器，所述搅拌器底部设置有送粉通道，所述搅拌器底部的送粉通道上设置有流量控制阀门，所述搅拌器底部的送粉通道底端设置有喷头。优选的，所述综合控制系统通过控制总线分别与流量控制阀门、搅拌器和高能束发生器连接。优选的，所述成分组织可控的增材制造方法是基于所述合金增材制造装置而实现，具体成分组织可控的增材制造方法如下：1、按照待增材制造部件的化学成分和组织结构的设计要求，制备各成分金属粉末，分别装入各金属粉盒内；2、通过综合控制系统控制各粉末盒的流量控制阀门，依据部件化学成分比例设定相应流量比例，并打开阀门将金属粉末送入送粉管道中；3、各金属粉末汇入混合器后，通过综合控制系统启动搅拌器，将金属粉混合物进行充分搅拌，形成成分均匀的增材材料粉；4、利用综合控制系统打开混合器的流量控制阀门，通过送粉通道和喷头将材料粉送至工作平台上；5、综合控制系统控制高能束发生器触发高能束，按照部件切面轨迹对材料粉进行增材制造。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过控制控制系统和流量控制阀门将合金各成分金属粉按照设计比例进行注入混合，形成最终部件增材制造所需材料粉，整个装置结构简单、集成度高、控制精度高、操作难度小。增材制造过程中，可根据不同部位成分组织的需求在线调控增材粉末成分，实现成分组织渐变部件的增材制造，整个增材制造过程在线可控、精确高效。附图说明图1为本专利技术的装置结构示意图；图2为本专利技术实施例2结构示意图。1为合金各成分金属粉、2为金属粉盒、3为流量控制阀门、4为送粉通道、5为混合器、6为搅拌器、7为金属粉混合物、8为增材材料粉、9为喷头、10为高能束发生器、11为高能束、12为控制总线、13为综合控制系统。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种成分组织在线可控的合金增材制造装置，包括合金增材制造装置和成分组织可控的增材制造方法，合金增材制造装置包括合金各成分金属粉1、金属粉盒2、流量控制阀门3、送粉通道4、混合器5、搅拌器6、喷头9、高能束发生器10、控制总线12和综合控制系统13，合金各成分金属粉1放置在不同的金属粉盒2内，金属粉盒2通过送粉通道4与混合器5连接，混合器5内部设置有搅拌器6，搅拌器6底部设置有送粉通道4，搅拌器6底部的送粉通道4上设置有流量控制阀门3，搅拌器6底部的送粉通道4底端设置有喷头9，综合控制系统13通过控制总线12分别与流量控制阀门3、搅拌器6和高能束发生器10连接，成分组织可控的增材制造方法是基于合金增材制造装置而实现，具体成分组织可控的增材制造方法如下：1)按照待增材制造部件的化学成分和组织结构的设计要求，制备各成分金属粉末1，分别装入各金属粉盒2内；2)通过综合控制系统13控制各粉末盒的流量控制阀门3，依据部件化学成分比例设定相应流量比例，并打开阀门3将金属粉末1送入送粉管道4中；3)各金属粉末1汇入混合器5后，通过综合控制系统13启动搅拌器6，将金属粉混合物7进行充分搅拌合，形成成分均匀的增材材料粉8；4)利用综合控制系统13打开混合器5的流量控制阀门3，通过送粉通道4和喷头9将材料粉8送至工作平台上；5)综合控制系统13控制高能束发生器10触发高能束11，按照部件切面轨迹对材料粉8进行增材制造。通过控制控制系统13和流量控制阀门3将合金各成分金属粉1按照设计比例进行注入混合，形成最终部件增材制造所需材料粉，整个装置结构简单、集成度高、控制精度高、操作难度小。增材制造过程中，可根据不同部位成分组织的需求在线控制增材粉末成分，实现成分组织渐变部件的增材制造，整个增材制造过程在线可控、精确高效。该装置与方法可用于一般金属/合金材料增材制造，尤其在大型复杂结构部件进行局部功能化增材制造具有很好的技术优势。实施例2(成分组织渐变高温涡轮叶片增材制造)参考附图2，本专利技术所述的一种成分组织在线可控的合金增材制造装置由镍粉1、铬粉2、铝粉3、钛粉4、金属粉盒5、流量控制阀门6、送粉通道7、混合器8、搅拌器9、金属粉混合物10、增材材料粉11、喷头12、高能束发生器13、高能束14、控制总线15、综合控制系统16组成。本专利技术的具体工作过程为：1)根据镍基高温合金涡轮叶片的成分要求分别制备镍粉1、铬粉2、铝粉3、钛粉4，并分别装入粉盒5中；2)涡轮叶片制造一般从叶片根部榫头开始，由于榫头部位安装于涡轮盘榫槽中，工作温度不高(800℃以下)，但叶片离心和振动等机械载荷很高，因此需要提高铝3和钛4含量，形成镍与铝/钛金属间化合物，通过时效强化提高机械性能，此时将材料成分比例在综合控制系统16中设定为70:10:10:10，并控制流量控制阀门6进行流量控制；3)镍粉1、铬粉2、铝粉3、钛粉4按70:10:10:10比例通过送粉通道7汇入混合器8中，通过综合控制系统16启动搅拌器9对金属粉混合物10进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法，包括合金增材制造装置和成分组织可控的增材制造方法，其特征在于：所述合金增材制造装置包括合金各成分金属粉(1)、金属粉盒(2)、流量控制阀门(3)、送粉通道(4)、混合器(5)、搅拌器(6)、喷头(9)、高能束发生器(10)、控制总线(12)和综合控制系统(13)，所述合金各成分金属粉(1)放置在不同的金属粉盒(2)内，所述金属粉盒(2)通过送粉通道(4)与混合器(5)连接，所述混合器(5)内部设置有搅拌器(6)，所述搅拌器(6)底部设置有送粉通道(4)，所述搅拌器(6)底部的送粉通道(4)上设置有流量控制阀门(3)，所述搅拌器(6)底部的送粉通道(4)底端设置有喷头(9)。

【技术特征摘要】
1.一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法，包括合金增材制造装置和成分组织可控的增材制造方法，其特征在于：所述合金增材制造装置包括合金各成分金属粉(1)、金属粉盒(2)、流量控制阀门(3)、送粉通道(4)、混合器(5)、搅拌器(6)、喷头(9)、高能束发生器(10)、控制总线(12)和综合控制系统(13)，所述合金各成分金属粉(1)放置在不同的金属粉盒(2)内，所述金属粉盒(2)通过送粉通道(4)与混合器(5)连接，所述混合器(5)内部设置有搅拌器(6)，所述搅拌器(6)底部设置有送粉通道(4)，所述搅拌器(6)底部的送粉通道(4)上设置有流量控制阀门(3)，所述搅拌器(6)底部的送粉通道(4)底端设置有喷头(9)。2.根据权利要求1所述的一种成分组织在线可控的合金增材制造装置，其特征在于：所述综合控制系统(13)通过控制总线(12)分别与流量控制阀门(3)、搅拌器(6)和高能束发生器(10)连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂祥樊，何卫锋，陈翠玲，杨竹芳，李玉琴，安志斌，周鑫，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61