[实用新型]用于金属增材制造过程温度控制的装置

说明书

本实用新型公开了一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，包括打印基体、设于打印基体外表面的打印构件、冷却装置和温度监控器，所述温度监控器用于监控打印构件的实时温度；所述冷却装置包括水雾喷头、与水雾喷头连接的集成管道，与集成管道连接的供气单元和供水单元，所述水雾喷头设于打印基体的内部，所述水雾喷头距离打印基体内表面预设距离，所述水雾喷头用于喷出冷却水雾，所述冷却水雾作用于与打印构件相接触的打印基体上。采用本实用新型，结构简单、实现快速均匀冷却、精准控制打印温度，误差在±15℃以内。

技术领域

本实用新型涉及一种金属增材制造设备，尤其涉及一种用于金属增材制造过程温度控制的装置。

背景技术

金属增材制造(3D打印)是以数字模型为基础，以激光、电弧等为热源，用金属丝材或粉末，通过逐层堆积的方式构造金属件的技术。以电弧为热源的金属3D打印技术，打印热循环存在如下特点：1、打印过程中，熔池体积较激光打印大，一般在30～100g。2、打印过程中，电弧能量高且集中，最高温度可达1700℃以上，熔池金属处于过热状态。3、打印过程中，热源小，且实施移动，故打印温度场是一极不平衡温度场。

从金属学知识可知，在金属材料化学成分一定的条件下，材料的结晶条件 (即高温停留时间、冷却速度)决定了材料的内部组织，进而决定了材料的理化性能。故温度控制是保证打印金属性能的关键。

在打印过程中电弧持续提供高热量，如不进行冷却将使层间温度高达350℃以上，如此导致熔池金属高温停留时间长，冷却速度慢，内部组织粗大，材料性能恶化。要求一般的碳钢打印的打印温度要求不得高于300℃；不锈钢的打印温度不得高于150℃；合金钢、耐热钢的打印温度要求不得高于250℃，且预热温度一般不低于100℃。

若不控制打印温度，会有以下问题：

1、打印温度其实是打印道间温度，是打印路径前的最高温度。当层间温度过高会引起熔敷金属晶粒粗大，打印件的强度及低温冲击韧性下降，而打印温度过低将使液体熔敷金属的气体、非金属夹杂等无法充分溢出，困在金属内部，形成缺陷。

2、金属在打印过程中，对熔池金属的冷却速度也有要求，冷却速度过快，容易形成淬硬组织，导致强度高，冲击韧性差，冷却速度慢，导致高温停留时间长，晶粒粗大，甚至产生过热组织。

3、对熔池周围的环境要求高，不得有水、蒸汽以及其他化学试剂，以免影响打印金属性能。

从上可知，增材制造过程中，温度控制是保证材料性能的关键，但是控制难度极高。目前无有效的可行方法，一般采用自然空冷，其冷却速度慢，打印效率低，难以实现快速成形。或是采用背面喷水冷却。

自然空冷的冷却速度低，一道打印完成后必须停止，等待温度下降，且冷却速度无法控制，打印效率低，且多次停止会造成接头数量的增加，材料性能下降。

采用背面水冷方法时，水量变化对温度的影响巨大，水量难调，且直接采用水冷，冷却速度过快，对冷却速度调接范围极小。且冷却过程中冷却水受热蒸发，造成空气湿度加大，严重影响打印质量和工作环境。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，结构简单、实现快速均匀冷却、精准控制打印温度，误差在± 15℃以内。

本实用新型所要解决的技术问题还在于，提供一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，实现在制造过程中控制不平衡的温度场，使其在宏观上趋于平衡。

本实用新型所要解决的技术问题还在于，提供一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，去除水汽对空气湿度的影响。

本实用新型所要解决的技术问题还在于，提供一种用于金属增材制造过程温度控制的装置，实现冷却系统的量化调节。