【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及金属铸造，并且特别是，涉及用于增材金属铸造的装置。
技术介绍
1、目前，对铸造金属产品的大部分需求通过传统铸造技术来满足，该传统铸造技术涉及到完整模具的生产，然后利用熔融金属填充模腔。在一些情况下，模具的生产包括制造铸造模型(样模)，模具由该铸造模型制成。
2、传统金属铸造的问题
3、铸造模型和模具的生产和管理显著增加了传统铸造的成本和周转时间。制造模型和模具既昂贵又耗时，在正在进行的铸造操作中使用它们需要对模具和模型进行清洁、维护、修理和修复。
4、模型和模具的长期储存和库存可能产生进一步的重大开支和管理负担。对于特定铸造金属零件(或部件)的大规模生产而言，这种努力可能是合理的，但在售后情况下，当市场对该特定零件的需求减少时，可能很难证明为生产该部件而维护模具和模型的持续开销是合理的。当继续制造该零件的成本变得过高时,该零件的替代供应通常变得限于现有库存。
5、传统的基于模具的铸造还具有进一步的缺陷：大(型)或复杂的铸件通常需要具有多个浇(口)杯、流道、冒口和延伸部的模具，这些浇杯、流道、冒口和延伸件占用了相当大比例的过量模具体积，在许多情况下，这会将铸件所需的熔融金属量最高增加50％。尽管过量金属通常可以被重新熔化和再利用，但在熔融(或熔化)过量金属时消耗的能量被浪费。传统铸造的另一缺陷是，特别大或复杂的零件不能总是以单件铸造，从而需要在铸造后将较小的零件焊接和/或螺栓连接在一起。
6、传统铸造的其他缺陷涉及在处理和操纵大量熔融金属的过程中固有的
7、增材金属铸造的优点
8、传统铸造的上述局限推动了各种直接增材金属铸造技术的发展。增材金属铸造有可能消除与先前讨论的模型和模具相关联的问题和限制，并有望将熔融金属限制于所包含的局部环境中的更容易管理的量值和范围(程度)内，以提高安全性并将环境危害的影响最小化。
9、目前的增材制造系统尤其是在以下已发表的文章中进行了描述：“shapedeposition manufacturing(形状沉积制造)”，merz等，载于proceedings of the 1994international solid freeform fabrication symposium(1994年国际固体自由形式制造研讨会论文集)，第1-8页；“shape deposition manufacturing of heterogeneousstructures(异质结构的形状沉积制造)”，weiss等，载于journal of manufacturingsystems(《制造系统期刊》)，1997年第4期第16卷，第239-248页；以及“shape depositionmanufacturing with microcasting:processing,thermal and mechanical issues(具有微铸造的形状沉积制造：加工、热和机械问题)”，amon等，载于journal of manufacturingscience and engineering(《制造科学与工程期刊》)、transactions of the asme(《asme学报》)，1998年8月，120(3)，第656-665页。另外令人感兴趣的是，维也纳技术大学于1994年5月发表了robert merz的博士论文(英文)，题为“shape deposition manufacturing(形状沉积制造)”。
10、目前的增材金属铸造技术的缺陷
11、虽然目前的增材金属铸造技术潜在地解决了传统铸造的模具和模型相关问题，但其也带来了自身的限制和局限：
12、有限的产量、铸件尺寸和产品质量问题
13、就生产流程而言，目前的增材金属铸造技术通常具有有限的产量，并且已证明难以扩展到大的零件尺寸和质量。
14、此外，如上文引用的merz的论文中所述，目前的增材金属制造通常表征出铸造缺陷，包括普遍存在的肉眼可见的空隙。这些缺陷使得增材铸造的产品不适于在许多应用中使用。
15、金属和金属源的限制
16、目前，金属增材制造通常基于直接沉积技术以及利用激光和电子束的粉末床融合技术。目前使用的有以下技术：基于激光的粉末床融合、激光粉末沉积、电子束粉末床融合、金属丝(或线)电弧/等离子弧沉积、金属丝(或线)电子沉积、定向能量沉积(ded)以及粘结剂喷射。其他直接沉积和基于烧结的技术在开发和采用的早期阶段可供使用。然而，这些技术通常仅限于低熔点金属且有时需要制造商将其熟悉的原料金属库存转换为基于金属粉末的(材料)源。
17、因此，需要一种增材金属铸造系统和装置，其克服上述限制，并有助于在较高熔点金属源库存的已建立和认证源的基础上在具有高质量和均匀性的铸造金属制造中获得经济且高效的产出。这些目标通过本专利技术得以实现。
技术实现思路
1、根据本专利技术的实施例，提供了一种用于通过构造形成生产层的竖直堆叠的一系列生产层来铸造金属(或金属制)物体的铸造系统，其中所述一系列生产层的生产层具有模具区，其中所述一系列生产层的生产层具有模具区，其中所述一系列生产层具有由所述模具区限定的物体区或对象区(用于熔融金属沉积的区，或其中现在已固化的熔融金属先前被沉积的区)(即，物体区由模具区中的模腔的表面限定)，并且其中当前生产层(即，当前正在制造的生产层)被构造于竖直堆叠中的先前生产层(或前一生产层)的顶表面(即，先前制造的生产层的顶表面)上，所述系统包括：模具构造单元，其可操作，以构造当前生产层的模具区；准备-沉积-后处理(pdp)单元，其包括：熔融金属沉积器，其可操作，以将熔融金属沉积在由当前生产层的模具区限定的物体区中；保持器，其附接到所述熔融金属沉积器，用于保持所述熔融金属沉积器；至少一个感应加热单元，其附接到所述保持器；构建台，用于支撑生产层的竖直堆叠；可移动平台，其提供pdp单元与构建台之间的相对移动(或相对运动)，其中所述相对移动是沿着前进方向的；以及控制器，其用于控制pdp单元和可移动平台而将熔融金属沉积在当前生产层的物体区的制造区域中，并控制pdp单元执行以下各项中的至少一个：在熔融金属沉积之前将制造区域预加热至预沉积温度，以及在熔融金属沉积之后将制造区域后加热至后沉积温度。
2、根据本专利技术的一些实施例(其可以与本文中描述的其他实施例相结合)，该系统还包括控制器，以控制感应加热单元进行预加热、加热和后加热而影响先前生产层的物体区中的熔融区域和当前生产层的物体区中的区域的固化参数。
3、在相关实施例中，该系统还包括控制器，以控制感应加热单元执行预加热、加热和后加热而影响冷却当前生产层的物体区中的区域的参数。
4、感应加热单元可以包括单个感应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铸造系统，其用于通过构造形成竖直堆叠的多个生产层来铸造金属物体，其中，所述多个生产层的生产层具有模具区，其中所述多个生产层的生产层具有由所述模具区限定的物体区，并且其中当前生产层被构造于所述竖直堆叠的先前生产层的顶表面上，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以控制所述至少一个感应加热单元而加热所述熔融金属沉积器的一部分。
3.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以控制所述至少一个感应加热单元而在所述制造区域中的金属的上表面中创建熔池。
4.根据权利要求3所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以控制所述至少一个感应加热单元而影响以下各项中的一个或多个：
5.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述至少一个感应加热单元相对于所述前进方向具有前导区段和尾随区段，并且其中，沿着所述前进方向，所述前导区段可操作，以在熔融金属沉积之前预加热所述制造区域，并且所述尾随区段可操作，以在熔融金属沉积之后对所述制造区域进行后加热。
6.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述
7.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以改变以下各项中的一个或多个在所述制造区域上方的工作距离：
8.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述至少一个感应加热单元包括磁感应线圈，所述磁感应线圈具有选自于由以下各项组成的群组的形状：
9.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述至少一个感应加热单元包括具有多个绕组的磁感应线圈，所述多个绕组在所述至少一个感应加热单元的第一部分中具有第一绕组密度且在所述至少一个感应加热单元的第二部分中具有第二绕组密度，并且其中所述第二绕组密度大于所述第一绕组密度。
10.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述至少一个感应加热单元具有垂直于所述构建台的中心轴线或者在操作期间相对于所述构建台以预定角度倾斜。
11.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以向所述至少一个感应加热单元提供电力，其中提供电力包括控制以下各项中的至少一个：电流、电压、极性、时序、占空比、功率因数、交流频率和交流相位。
12.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述熔融金属沉积器包括选自于由以下各项组成的群组的熔融金属源：
13.根据权利要求1所述的铸造系统，还包括熔融金属供料器，其用于向所述熔融金属沉积器提供熔融金属。
14.根据权利要求1所述的铸造系统，还包括生产腔室，其在生产层制造期间容纳所述构建台、所述模具构造单元和所述PDP单元，其中生产层制造包括：模具区构造、熔融金属沉积、预加热和后加热；并且其中所述控制器可操作，以根据所述当前生产层的厚度来改变所述构建台相对于所述生产腔室的高度。
15.根据权利要求14所述的铸造系统，其中，所述生产腔室在模具区生产期间被保持在第一温度，并且在熔融金属沉积期间被保持在不同于所述第一温度的第二温度。
16.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述制造区域在PDP单元操作期间在生产腔室中被保持在惰性气氛环境中。
17.一种铸造方法，其用于使用准备-沉积-后处理(PDP)单元通过按照构建规划顺序地在构建台上构造形成竖直堆叠的多个生产层来铸造金属物体，所述准备-沉积-后处理(PDP)单元具有熔融金属沉积器、用于所述PDP单元的保持器、以及附接到所述保持器的至少一个感应加热单元，其中所述多个生产层的生产层具有模具区，并且其中所述多个生产层的生产层具有由所述模具区限定的物体区，所述方法包括：
18.根据权利要求17所述的铸造方法，进一步包括：
19.根据权利要求17所述的铸造方法，其中，提供电力包括：
20.根据权利要求17所述的铸造方法，进一步包括以下各项中的一个或多个：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种铸造系统，其用于通过构造形成竖直堆叠的多个生产层来铸造金属物体，其中，所述多个生产层的生产层具有模具区，其中所述多个生产层的生产层具有由所述模具区限定的物体区，并且其中当前生产层被构造于所述竖直堆叠的先前生产层的顶表面上，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以控制所述至少一个感应加热单元而加热所述熔融金属沉积器的一部分。
3.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以控制所述至少一个感应加热单元而在所述制造区域中的金属的上表面中创建熔池。
4.根据权利要求3所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以控制所述至少一个感应加热单元而影响以下各项中的一个或多个：
5.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述至少一个感应加热单元相对于所述前进方向具有前导区段和尾随区段，并且其中，沿着所述前进方向，所述前导区段可操作，以在熔融金属沉积之前预加热所述制造区域，并且所述尾随区段可操作，以在熔融金属沉积之后对所述制造区域进行后加热。
6.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以改变所述pdp单元在制造区域上方的工作距离，并且其中对应于所述制造区域的所述工作距离大于所述模具区的高度。
7.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述控制器可操作，以改变以下各项中的一个或多个在所述制造区域上方的工作距离：
8.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述至少一个感应加热单元包括磁感应线圈，所述磁感应线圈具有选自于由以下各项组成的群组的形状：
9.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述至少一个感应加热单元包括具有多个绕组的磁感应线圈，所述多个绕组在所述至少一个感应加热单元的第一部分中具有第一绕组密度且在所述至少一个感应加热单元的第二部分中具有第二绕组密度，并且其中所述第二绕组密度大于所述第一绕组密度。
10.根据权利要求1所述的铸造系统，其中，所述至...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·魏斯，D·沙伊纳，吉尔·拉维，
申请(专利权)人：马格纳斯金属有限公司，
类型：发明
国别省市：
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