高能束制备金属试验件与结构件的设备制造技术

本发明专利技术公开了一种高能束制备金属试验件与结构件的设备，所述设备包括高能束热源，气氛保护系统，送粉系统和高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统；其中，所述高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统包括两块可翻面拼接的冷却铜板和用于将所述冷却铜板快速翻面的轨道系统；所述冷却铜板一侧表面凹设有若干个用于高通量成形的装粉槽，所述冷却铜板的另一侧表面设有若干个定位螺纹孔；所述冷却铜板内部设有用于冷却介质流通的通路。基于新材料激光冶金高通量制备技术和复杂结构增材制造技术，本发明专利技术基于激光为热源，一方面能够一次性设计并成形大量不同成分或工艺参数的小试样，另一方面能够成形大量特定结构的试样的设备和方法。

【技术实现步骤摘要】
高能束制备金属试验件与结构件的设备
本专利技术涉及金属材料增材制造
，尤其是涉及一种高能束制备金属试验件与结构件的设备。
技术介绍
增材制造技术（AdditiveManufacturing,AM）俗称3D打印技术，是一种通过建立数字模型，逐层堆积获得三维零件的高效数字化成形技术。增材制造复杂金属零件周期短、无需模具、响应设计速度快，是科研和制造业关注的热点技术，已逐步应用于汽车、航空航天、医疗等领域。激光熔化沉积增材制造技术与锻造和铸造等传统金属零件制造技术相比具有以下优势：高性能材料制备与复杂构件制造一步完成，其高度柔性的特质可以实现高性能非平衡材料与复杂结构制造，成形构件具有无宏观偏析、成分均组织致密的快速凝固非平衡组织，综合力学性能优异；无需大型锻造设备、大型锻压模材料利用率加工时间段、成本低、周期短、尤其适合高性能难加工金属合金大型复杂结构件的快速低成本生产，此外其高度柔性的制造特点可广泛应用于金属构件的修复，还可以与传统制造技术相结合形成混合制造技术。特别是增材制造以激光为热源，激光光斑很小，所产生的增材制造的熔池为微米级别，得到微区冶金的效果。但激光增材制造制造成本偏高，无法一次性成形较多试样，且目前增材制造材料多为基于专门为铸造或锻造等传统工艺研发的材料，这些材料通过激光增材时往往制造成形性差，无法发挥增材制造制备高性能金属材料的优势，需要研发专门为增材制造所设计的新材料。因此，有必要研发一种能够同时快速设计材料并制备试验件的激光增材制造新方法。
技术实现思路
本专利技术基于新材料激光冶金高通量制备技术和复杂结构增材制造技术，提出并设计了一种基于激光为热源，一方面能够一次性设计并成形大量不同成分或工艺参数的小试样，另一方面能够成形大量特定结构的试样的设备。具体的，本专利技术首先提供一种高能束制备金属试验件与结构件的设备，其特征在于：所述设备包括高能束热源，气氛保护系统，送粉系统和高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统；其中，所述高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统包括两块可翻面拼接的冷却铜板和用于将所述冷却铜板快速翻面的轨道系统；所述冷却铜板一侧表面凹设有若干个用于高通量成形的装粉槽，所述冷却铜板的另一侧表面设有若干个定位螺纹孔；所述冷却铜板内部设有用于冷却介质流通的通路。进一步优选的，所述设备还包括基板，所述基板通过所述定位螺纹孔可拆卸地固定在所述冷却铜板的表面。进一步优选的，所述轨道系统包括一对扇形轨道，所述扇形轨道由水平轨道、垂直轨道和弧形轨道相互拼接而成，且水平轨道在水平轨道与弧形轨道交接处沿水平方向延伸一段平移轨道；每个所述冷却铜板的一对侧面作为翻面拼接的拼接面，而另一对侧面中的其中一个侧面的两端配有两个圆柱形固定柱，所述圆柱形固定柱可滑动地安放于扇形轨道上，并且每个冷却铜板的两个圆柱形固定柱之间的距离与所述扇形轨道的水平部和垂直部的长度相等；所述扇形轨道固定设置为，当每个所述冷却铜板的两个圆柱，一个位于平移轨道远离所述水平轨道的端部而另一个位于所述水平轨道时，两个冷却铜板恰好拼接为一个整体。进一步优选的，当两个冷却铜板拼接为一个整体时，在每个冷却铜板的与拼接面相对的侧面与所述设备的内壁之间设置可拆卸的定位块。进一步优选的，所述冷却介质流通的通路的外周壁形貌与所述冷却铜板的外表面形貌共形，每个所述冷却铜板的四角设置有四个管口，两个作为所述冷却介质流通的通路进水口，两个作为所述冷却介质流通的通路出水口。进一步优选的，所述送粉系统包括快速混粉装置,所述快速混粉装置包括多个装粉仓和一个混粉仓，所述多个装粉仓底部伸入所述混粉仓内。进一步优选的，每个所述装粉仓内的下部配有装粉仓筛网，在装粉仓筛网下安放一个可抽拉的挡板。进一步优选的，混粉仓内设有位于装粉仓下方的可旋转漏斗，混粉仓内位于所述可旋转漏斗下方从上之下依次设置了四个筛孔排列方向不同的混粉仓筛网，所述可旋转漏斗周壁配有4个均匀分布的凸起金属片，所述可旋转漏斗中部配有一个漏斗筛网。进一步优选的，装粉仓的仓壁透明，且在仓壁上配有刻度。进一步优选的，所述筛网孔径均为200-400μm。本专利技术的高能束制备金属试验件与结构件的设备：首先设计了一种冷却铜板，为使装置满足同时能够制造大量不同的小试样以及具有一定复杂结构的试样，设计了一种依靠轨道系统使冷却铜板正反两面均可加工的装置，冷却铜板一面配有大量的装粉槽，使其能够一次性成形大量纽扣状小试样，冷却铜板另一面配有数个定位螺纹孔，依靠定位螺纹孔可在铜板上方安放基板，并在基板上进行特定结构的试样的激光增材制备。第二，还设计了一种快速混粉装置，配置一种粉末从装粉、配粉到清理完成仅需3到5分钟，实现了快速配粉，制造周期大幅缩短。附图说明图1为本专利技术设备的整体结构示意图。图2为本专利技术快速装粉装置的结构示意图。图3为本专利技术混粉仓内可旋转漏斗及混粉仓筛网爆炸分解示意图。图4为本专利技术冷却铜板结构俯视图。图5为本专利技术冷却铜板侧面剖视图。图6为本专利技术在基板上实施定向凝固合金制备示意图。图7为本专利技术采用高通量成形模式制备多个铝合金纽扣状试样照片。图8为本专利技术采用高通量成形模式制备多个铝合金纽扣状试样金相组织。图9为本专利技术采用特定结构成形模式制备得到的多个柱状高熵合金照片。图10为本专利技术采用特定结构成形模式制备得到的多个柱状高熵合金金相组织。图11为本专利技术采用特定结构成形模式制备得到的多个柱状镍基高温合金照片。图12为本专利技术采用特定结构成形模式制备得到的多个柱状镍基高温合金金相组织。具体实施方式以下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描述。如图1所示，本专利技术中高能束制备金属试验件与结构件的设备包括，高能束热例如激光器2以及使得用于控制激光器2在XYZ三轴移动的移动横梁1；包括在设备上方和下方各配备的两个进/排气管3的气氛保护系统，进/排气管3上还设置气阀10；包括送粉喷嘴4的送粉系统；以及，高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统。其中，高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统包括两块可翻面拼接的冷却铜板（如图4和5）和用于将所述冷却铜板快速翻面的轨道系统；冷却铜板一侧表面凹设有若干个用于高通量成形的装粉槽6（如图1，4和5所示，具体实施方式为每个冷却铜板19×12共228个装粉槽6），冷却铜板的另一侧表面设有若干个定位螺纹孔8（如图1和5所示，具体实施方式为每个铜板3×5个定位螺纹孔）；冷却铜板内部设有用于冷却介质流通的通路（如图4和5所示），冷却介质流通的通路的外周壁形貌与冷却铜板的外表面形貌共形（如图5所示），每个冷却铜板的四角设置有四个管口11（如图4所示），两个作为所述冷却介质流通的通路进水口，两个作为所述冷却介质流通的通路出水口；设备还包括基板（如图6所示），基板通过定位螺纹孔8可拆卸地固定在冷却铜板的表面；冷却铜板和轨道系统的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能束制备金属试验件与结构件的设备，其特征在于：/n所述设备包括高能束热源，气氛保护系统，送粉系统和高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统；/n其中，所述高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统包括两块可翻面拼接的冷却铜板和用于将所述冷却铜板快速翻面的轨道系统；所述冷却铜板一侧表面凹设有若干个用于高通量成形的装粉槽，所述冷却铜板的另一侧表面设有若干个定位螺纹孔；所述冷却铜板内部设有用于冷却介质流通的通路。/n

【技术特征摘要】
1.一种高能束制备金属试验件与结构件的设备，其特征在于：
所述设备包括高能束热源，气氛保护系统，送粉系统和高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统；
其中，所述高通量成形与特定结构成形两用冷却铜板系统包括两块可翻面拼接的冷却铜板和用于将所述冷却铜板快速翻面的轨道系统；所述冷却铜板一侧表面凹设有若干个用于高通量成形的装粉槽，所述冷却铜板的另一侧表面设有若干个定位螺纹孔；所述冷却铜板内部设有用于冷却介质流通的通路。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括基板，所述基板通过所述定位螺纹孔可拆卸地固定在所述冷却铜板的表面。


3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述轨道系统包括一对扇形轨道，所述扇形轨道由水平轨道、垂直轨道和弧形轨道相互拼接而成，且水平轨道在水平轨道与弧形轨道交接处沿水平方向延伸一段平移轨道；每个所述冷却铜板的一对侧面作为翻面拼接的拼接面，而另一对侧面中的其中一个侧面的两端配有两个圆柱形固定柱，所述圆柱形固定柱可滑动地安放于扇形轨道上，并且每个冷却铜板的两个圆柱形固定柱之间的距离与所述扇形轨道的水平轨道和垂直轨道的长度相等；所述扇形轨道固定设置为，当每个所述冷却铜板的两个圆柱形固定柱，一个位于平移轨道远离所述水平轨道的端部而另一个位于所述水平轨道时，两个冷却铜板恰好拼接为一个整体。

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11