一种液态金属连续增材的制造设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种液态金属连续增材的制造设备，包括熔池皿，所述熔池皿的下方设有主动温度控制单元，所述熔池皿的侧边设有竖直设置的驱动单元，所述驱动单元滑动连接有拉拔基板，所述主动温度控制单元包含恒温加热板，所述恒温加热板设置于熔池皿的下方，所述恒温加热板的下方有帕尔贴阵列板，所述驱动单元包含直线模组，所直线模组上固定有连接板。本发明专利技术的有益效果是：通过帕尔贴阵列板实现主动温度控制单元在不同位置形成不同的温度状态，设备结构简单，制造成本低，维护容易，且对环境要求较低，可形成完全的连续增材制造，过程平顺，不会产生阶梯效应，保证产品的质量，且增材速度快，增材零件质量稳定，鲁棒性强，不易产生溅射。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属连续增材的制造设备及方法
本专利技术涉及增材制造
，具体为一种液态金属连续增材的制造设备及方法。
技术介绍
增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓。增材区别于减材制造，传统减材制造指将毛坯去除部分材料后得到所需零件或结构。现有的技术中，多采用金属微液滴制的方法进行增材，这种增材方式主要通过将金属熔化后，通过重力将液态金属滴落在指定位置，液态金属在底层基板上累积并凝固，从而完成增材制造工艺。另外类似技术还包括高能束线材增材，如激光增材，电子束增材和电弧增材。其主要原理是将固态的金属丝送至高能束下方，高能束将金属丝熔化并因重力滴落于增材指定位置，滴落金属受冷凝固并层层累积从而实现增材工艺。以上技术主要问题在于：1、制造速度慢，最大约15kg/h；2、依靠重力滴落的方式具有很大的不稳定性，容易产生溅射；3、线材增材需要高能量密度热源，易产生溅射，对生产环境要求高；4、设备复杂且昂贵，高能量热源相关器件易损。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种液态金属连续增材的制造设备及方法，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：一种液态金属连续增材的制造设备，包括熔池皿，所述熔池皿的下方设有主动温度控制单元，所述熔池皿的侧边设有竖直设置的驱动单元，所述驱动单元滑动连接有拉拔基板，所述主动温度控制单元包含恒温加热板，所述恒温加热板设置于熔池皿的下方，所述恒温加热板的下方有帕尔贴阵列板，所述恒温加热板与帕尔贴阵列板之间设有温度传感器，所述驱动单元包含直线模组，所直线模组上固定有连接板。进一步优选，每个所述帕尔贴阵列板的帕尔贴元件对应一个温度传感器。进一步优选，所述熔池皿和拉拔基板均采用耐高温材料制成。进一步优选，所述拉拔基板的靠近熔池皿的侧面水平设置。进一步优选，所述直线模组竖直设置于熔池皿的侧边，所述直线模组由伺服电机和滚珠丝杆组成。进一步优选，所述熔池皿为上侧面开口的加热皿。进一步优选，所述帕尔贴阵列板的每个帕尔贴元件均可独立控制。本专利技术还提供一种液态金属连续增材的制造方法，使用所述液态金属连续增材的制造设备，包括以下步骤：S1）将金属放入熔池皿内进行加热，将金属熔化并保持熔融金属的上表面温度高于熔点温度；S2）所述驱动单元动作，所述直线模组驱动拉拔基板下降，将拉拔基板浸入熔融的液态金属内，此时拉拔基板的下表面低于液态金属的液体平面；S3）所述主动温度控制单元动作，所述帕尔贴阵列板控制恒温加热板的加热温度，使接近液态金属表面的金属液体开始按照温度分布，使与拉拔基板接触的液态金属在温度相对低的点开始凝固并粘接于拉拔基板上，形成凝固增材成型件；S4）所述驱动单元动作，所述直线模组驱动拉拔基板缓缓向上抬升，并带动凝固增材成型件抬升；S5）所述主动温度控制单元动作，所述帕尔贴阵列板吸热或放热，使熔池皿内的热分布随之改变，使液态金属的凝固位置随之改变，根据所需增材制造的零件形状，控制帕尔贴阵列板作相应的吸热或放热，缓缓抬高拉拔基板，使凝固的金属层层融合，完成增材的制造。有益效果：本专利技术的液态金属连续增材的制造设备，通过帕尔贴阵列板实现主动温度控制单元在不同位置形成不同的温度状态，实现熔融的液态金属在温度低于熔点时开始凝固，而温度高于熔点的不凝固，实现液态金属随着拉拔基板的缓缓抬升而在拉拔基板的下方不同位置凝固，形成凝固增材成型件，且随着不同位置的液态金属的凝固，最终成型为所需的增材零件形状；设备结构简单，制造成本低，维护容易，且对环境要求较低，可形成完全的连续增材制造，过程平顺，不会产生阶梯效应，保证产品的质量，且增材速度快，增材零件质量稳定，鲁棒性强，不易产生溅射。附图说明图1为本专利技术实施例所公开的液态金属连续增材的制造设备的结构示意图；图2为本专利技术实施例所公开的帕尔贴温度阵列示意图。附图标记：1-熔池皿，2-主动温度控制单元，3-恒温加热板，4-帕尔贴阵列板，5-温度传感器，6-驱动单元，7-直线模组，8-连接板，9-拉拔基板，10-液态金属，11-凝固增材成型件。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。如图1所示，一种液态金属连续增材的制造设备，包括熔池皿1，所述熔池皿1的下方设有主动温度控制单元2，所述熔池皿1的侧边设有竖直设置的驱动单元6，所述驱动单元6滑动连接有拉拔基板9，所述主动温度控制单元2包含恒温加热板3，所述恒温加热板3设置于熔池皿1的下方，所述恒温加热板3的下方有帕尔贴阵列板4，所述恒温加热板3与帕尔贴阵列板4之间设有温度传感器5，所述驱动单元6包含直线模组7，所直线模组7上固定有连接板8。本申请中，所述主动温度控制单元2用于熔池皿1内热量分布的调控，通过恒温加热板3对熔池皿1进行加热，然后通过帕尔贴阵列板4进行吸热或放热，通过温度传感器5对帕尔贴阵列板4中的每个帕尔贴元件附件的温度的精准监测，精确控制每个帕尔贴元件附件的温度；所述帕尔贴阵列板4在正向通电时可吸收恒温加热板3上的温度，使熔池皿1内的热量降低，所述帕尔贴阵列板4反向通电时可向恒温加热板3放热，使熔池皿1内的热量升高，实现熔池皿1内的热量的升降的调节。如图2所示，为帕尔贴温度阵列示意图，所述帕尔贴阵列板4在不同位置形成不同的温度状态，其可根据增材零件形状进行热分布。所述帕尔贴阵列板4由多个帕尔贴元件阵列组成，可通过将帕尔贴阵列板4处于熔池皿1下方对其进行精确的温度控制，实现熔融的液态金属10在温度低于熔点时开始凝固，而温度高于熔点的不凝固，实现液态金属10随着拉拔基板9的缓缓抬升而在拉拔基板9的下方不同位置凝固，形成凝固增材成型件11，且随着不同位置的液态金属10的凝固，最终成型为所需的增材零件形状。所述液态金属连续增材的制造设备的结构简单，制造成本低，维护容易，且对环境要求较低。优选的，每个所述帕尔贴阵列板4的帕尔贴元件对应一个温度传感器5,用于主动温度控制单元2的温度的实时监测，从而达到精准控制熔池皿1内的热量分布。优选的，所述熔池皿1和拉拔基板9均采用耐高温材料制成，保证熔池皿1和拉拔基板9能够承受高温。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属连续增材的制造设备，其特征在于：包括熔池皿（1），所述熔池皿（1）的下方设有主动温度控制单元（2），所述熔池皿（1）的侧边设有竖直设置的驱动单元（6），所述驱动单元（6）滑动连接有拉拔基板（9），所述主动温度控制单元（2）包含恒温加热板（3），所述恒温加热板（3）设置于熔池皿（1）的下方，所述恒温加热板（3）的下方有帕尔贴阵列板（4），所述恒温加热板（3）与帕尔贴阵列板（4）之间设有温度传感器（5），所述驱动单元（6）包含直线模组（7），所直线模组（7）上固定有连接板（8）。/n

【技术特征摘要】
1.一种液态金属连续增材的制造设备，其特征在于：包括熔池皿（1），所述熔池皿（1）的下方设有主动温度控制单元（2），所述熔池皿（1）的侧边设有竖直设置的驱动单元（6），所述驱动单元（6）滑动连接有拉拔基板（9），所述主动温度控制单元（2）包含恒温加热板（3），所述恒温加热板（3）设置于熔池皿（1）的下方，所述恒温加热板（3）的下方有帕尔贴阵列板（4），所述恒温加热板（3）与帕尔贴阵列板（4）之间设有温度传感器（5），所述驱动单元（6）包含直线模组（7），所直线模组（7）上固定有连接板（8）。


2.根据权利要求1所述的一种液态金属连续增材的制造设备，其特征在于：每个所述帕尔贴阵列板（4）的帕尔贴元件对应一个温度传感器（5）。


3.根据权利要求1所述的一种液态金属连续增材的制造设备，其特征在于：所述熔池皿（1）和拉拔基板（9）均采用耐高温材料制成。


4.根据权利要求1所述的一种液态金属连续增材的制造设备，其特征在于：所述拉拔基板（9）的靠近熔池皿（1）的侧面水平设置。


5.根据权利要求1所述的一种液态金属连续增材的制造设备，其特征在于：所述直线模组（7）竖直设置于熔池皿（1）的侧边，所述直线模组（7）由伺服电机和滚珠丝杆组成。


6.根据权利要求1所述的一种液态金属连续增材的制造设备，其特征在于：所述熔池皿（1）为上侧面开口的加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐方达，尹伊，于楠，龚海，安亚通，孟凡雨，
申请(专利权)人：苏州鑫之博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32