本发明专利技术公开了一种隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置及方法，增材制造装置，包括具有柔性褶皱导热面或柔性褶皱导热腔体的换热腔体、用于采集增材制造温度分布、光谱信息和熔池流动信息的数据采集装置、用于控制换热腔体内流动液态金属温度的温控装置和控制装置；换热腔体内充满流动的液态金属；控制装置用于接受数据采集装置采集的增材制造数据，并根据采集数据调整温度控制指令，通过温控装置调整增材制造的工件表面温度。本发明专利技术通过柔性褶皱导热面或柔性褶皱导热腔体利用液态金属对增材制造进行温度调控，调控温度梯度、冷却速率和晶体生长条件，提升修复区域温度分布均匀性，降低热应力及裂纹萌生概率，有效提升增材结构的使用性能。效提升增材结构的使用性能。效提升增材结构的使用性能。
【技术实现步骤摘要】
一种隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置及方法
[0001]本专利技术属于工件修复领域，涉及一种增材制造修复技术，具体涉及一种隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置及方法。
技术介绍
[0002]根据国内外统计，航空发动机的维修费用可占到飞机总使用费用的8％，其中50％的发动机维修费用为叶片维修费用。因此，恢复损伤叶片的气动外形、微观组织与力学性能，延长服役寿命，对于降低维护成本和提高装备可靠性具有重要意义。随着金属增材制造技术的发展，基于增材原理的高能束再制造技术成为修复磨损、烧蚀和裂纹等叶片损伤的主要方式。国内在单晶叶片修复领域虽取得了一定的研究成果，但单晶化修复叶片并未进入大规模应用阶段。
[0003]目前，相关领域学者也开展了一系列增材修复叶片的研究工作，但仍存在较多问题，公开号为CN 112122617 A的中国专利，提出了一种高性能单晶定向晶涡轮叶片的激光增材修复方法，首先采用连续脉冲激光重熔待修复部位的表面，获得均匀细小取向一致的结晶组织。然后采用激光增材制造工艺，对涡轮叶片进行逐层修复。在增材制造完成后，进行去应力热处理。但也存在着不足，具体表现在：待修复涡轮叶片固定于带冷却装置的基座上，不能高效的冷却叶片，并且没有对修复过程进行实时监测。公开号为CN 110480007 A的中国专利，提出了一种航空发动机无冠定向凝固晶涡轮工作叶片叶尖裂纹的微高强度创修复方法，采用同轴激光增材修复技术修补叶片裂纹，对修复后的叶片作去应力热处理，最后恢复叶片叶型。但也存在着不足，具体表现在：增材修复过程中，叶片温度分布不均匀，容易产生内部裂纹缺陷，导致叶片使用性能下降。公开号为CN 110202158 A的中国专利，提出了一种航空发动机涡轮转子叶片叶冠纵向密集损伤的整体式修复方法，采用激光修复铸造盖板下的裂纹，然后采用整体式激光立体成形技术将叶冠整体成形，并手工加工成形的叶冠面，使其恢复流道型面。采用整体修复的方法，避免逐一修复的过程，减少工作量。同样存在着不足，具体表现在：整体修复过程中，叶片受热不均匀，容易产生内应力，导致叶片使用性能下降。
[0004]目前以液态金属作为增材制造过程的辅助热管理材料，并通过一层柔性褶皱金属薄膜将增材结构与液态金属隔断，实时调控修复过程的温度场及应力场分布的研究或应用还尚未报道，本专利技术将柔性褶皱薄膜和液态金属材料用于增材制造过程中，提出一种隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置及方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提出一种隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置及方法，通过一层柔性褶皱金属薄膜将增材结构与液态金属隔断，利用液态金属与增材结构间的热交换作用，实时调控修复过程的温度场及应力场分布，加大熔池凝固温度梯度，促进单晶形成，同时提升修复区域温度分布均匀性，降低热应力及裂纹萌生概率，提升增材结构的
使用性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置，其特征在于，包括：
[0008]换热腔体，所述换热腔体设有至少一个与待增材制造工件表面接触的柔性导热面，换热腔体内充满流动的液态金属；
[0009]数据采集装置，用于实时采集增材制造数据，至少包括用于采集增材制造温度分布、光谱信息和熔池流动信息；
[0010]温控装置，用于控制换热腔体内流动液态金属温度，从而对待增材制造的工件表面温度进行控制；
[0011]增材装置，用于对工件表面进行增材制造；
[0012]控制装置，用于接受数据采集装置采集的增材制造数据，并根据采集数据调整温度控制指令，通过温控装置调整增材制造的工件表面温度；
[0013]三维移动平台，所述换热腔体安装在三维移动平台上，通过所述三维移动平台驱动换热腔体上的柔性导热面跟随增材装置移动，进行实时温度调控。
[0014]进一步地，所述换热腔体整体为柔性导热腔体，所述柔性导热腔体两端分别设有用于保持形状的支撑环，同时两个支撑环也是流动液态金属的进出口；柔性导热腔体通过自适应夹持装置安装在三维移动平台上；所述自适应夹持装置包括固定板、设于固定板上下的两排自适应伸缩杆和用于固定两个支撑环的侧板，所述柔性导热腔体位于两排自适应伸缩杆之间，所述侧板设于固定板左右两侧，用于固定相应的支撑环；固定板安装在三维移动平台上作为承力支点。
[0015]进一步地，所述柔性导热面和柔性导热腔体的表面设置为能提高柔性的褶皱面。
[0016]进一步地，所述温控装置包括：
[0017]加热器，设于换热腔体内，用于对其内液态金属加热；
[0018]传热装置，设于换热腔体外部，用于对液态金属进行散热降温；
[0019]流动装置，用于使得液态金属在换热腔体和传热装置之间流动，以保持换热腔体内液态金属温度维持在设定温度。
[0020]进一步地，所述换热腔体的柔性导热面或柔性导热腔体为熔点不低于1000℃的柔性褶皱金属薄膜制成。
[0021]进一步地，所述柔性褶皱金属薄膜为金或铜膜，厚度为10～15μm。
[0022]进一步地，所述液态金属为为熔点低于800度的金属或者合金，进一步可以优选为金属锡、金属镓、镓铟合金及镓铟锡合金中任意一种或者几种。
[0023]本专利技术还提供一种隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造方法，采用上述的增材制造装置，其特征在于，增材制造方法包括如下步骤：
[0024]S1.清洗工件待修复表面，根据工件表面形状选择相应的柔性褶皱导热面或柔性褶皱导热腔体；
[0025]S2.通过三维移动平台驱动将柔性褶皱导热面或柔性褶皱导热腔体紧贴受损工件表面；
[0026]S3.开启温控装置的加热器，将盛放于换热腔体中的液态金属加热至目标温度，并
保温；
[0027]S4.同步开启流动装置，使液态金属在流动装置和传热装置之间流动，通过传热装置和加热器保持流动的液态金属处于设定温度范围内；
[0028]S5.开启增材装置，开始增材修复；同步开启数据采集装置，采集增材修复过程中的温度分布、光谱信息和熔池流动信息；通过三维移动平台驱动柔性导热面或柔性导热腔体跟随增材装置移动；
[0029]S6.增材修复结束后，保温并关闭加热器，待工件冷却至室温，完成增材制作。
[0030]本专利技术的强化机理如下：
[0031]本专利技术通过一层柔性褶皱金属薄膜制成的柔性褶皱导热面或柔性褶皱导热腔体将工件与液态金属隔断，以隔断的方式保护未受损区域，利用液态金属与叶片间的热交换作用，实时调控修复过程叶片温度场及应力场分布，加大熔池凝固温度梯度，能够显著抑制凝固过程中“柱状晶
‑
等轴晶”转变，进而促进修复区单晶结构的形成。同时提升修复区域温度分布均匀性，降低热应力及裂纹萌生概率，提升叶片的使用性能。
[0032]本专利技术提供的装置结构设计简单、操作方便、在修复过程中同步移动隔断褶皱金属薄膜来适配激本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置，其特征在于，包括：换热腔体，所述换热腔体设有至少一个与待增材制造工件表面接触的柔性导热面，换热腔体内充满流动的液态金属；数据采集装置，用于实时采集增材制造数据，至少包括用于采集增材制造温度分布、光谱信息和熔池流动信息；温控装置，用于控制换热腔体内流动液态金属温度，从而对待增材制造的工件表面温度进行控制；增材装置，用于对工件表面进行增材制造；控制装置，用于接受数据采集装置采集的增材制造数据，并根据采集数据调整温度控制指令，通过温控装置调整增材制造的工件表面温度；三维移动平台，所述换热腔体安装在三维移动平台上，通过所述三维移动平台驱动换热腔体上的柔性导热面跟随增材装置移动，进行实时温度调控。2.根据权利要求1所述隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置，其特征在于：所述换热腔体整体为柔性导热腔体，所述柔性导热腔体两端分别设有用于保持形状的支撑环，同时两个支撑环也是流动液态金属的进出口；柔性导热腔体通过自适应夹持装置安装在三维移动平台上；所述自适应夹持装置包括固定板、设于固定板上下的两排自适应伸缩杆和用于固定两个支撑环的侧板，所述柔性导热腔体位于两排自适应伸缩杆之间，所述侧板设于固定板左右两侧，用于固定相应的支撑环；固定板安装在三维移动平台上作为承力支点。3.根据权利要求1所述隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置，其特征在于：所述柔性导热面和柔性导热腔体的表面设置为能提高柔性的褶皱面。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述隔断浸没式流动液体温度调控的增材制造装置，其特征在于：所述温控装置包括：加热器，设于换热腔体内，用于对其内液态金属加热；传热装置，设于换热腔体外部，用于对液态金属进行散热降温；流动装置，用于使得液态金属在换热腔体和传热装置之间流动，以保持换热...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡耀武，何懿，张啸寒，侯廷红，刘健，夏敏，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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