[实用新型]一种激光冲击辅助液滴喷射三维快速成型装置

说明书

本实用新型公开了一种激光冲击辅助液滴喷射三维快速成型装置及方法，该装置包括手套箱及其内部安装件和外部连接部件，手套箱内部安装件包括三维工作台、基板、检测装置、激光装置、热熔装置、压电执行器以及间隙微调仪；外部连接部件包括惰性气体罐、真空泵、压力控制器、中央处理器、温度控制器、运动控制卡和脉冲激光控制器。本发明在液滴喷射三维快速成型过程中，对沉积层表面的熔覆层施加非接触式激光冲击振动以破碎熔滴金属内的晶粒，抑制晶粒长大，有效提高成型件的表面质量，激光冲击波在材料内产生冲击应力，使得材料具有较高的位错密度，显著提高成型件的疲劳寿命。同时，根据红外热成像仪测量的温度值控制加热元件的温度，避免金属熔滴的流淌，使金属熔滴能够快速精准的凝固成型。

技术领域

本发明涉及金属三维增材制造领域，具体涉及一种激光冲击辅助液滴喷射三维快速成型装置及方法。

背景技术

金属液滴喷射沉积成形技术是金属增材制造技术的一种，它基于离散-堆积的成形思想，将三维零件进行二维离散，形成片层数据，逐层累加成形零件。通过坩埚将块状金属熔化，利用计算机精确控制金属微熔滴按需喷射和三维沉积平台的运动，使熔滴在基板上逐点、逐层沉积，从而实现三维金属零件的无模直接成形。该技术成形工艺简单，适合于微小复杂金属零件的直接快速成形。

近年来，国内外研究者针对微熔滴喷射理论、熔滴及沉积实体热状态变化规律和微熔滴碰撞铺展等基础问题，以及配套实验装置的设计与改进等方面均进行了较为深入的研究，但仍存在诸多影响成形精度和质量的问题亟待解决，如熔滴流淌难控制、成形层间冶金结合不足、容易形成微孔隙和冷叠等，尤其是熔体流淌和凝固过程的精确控制已成为制约该技术走向工业应用的瓶颈。在成形件边缘部分极易产生“流淌”现象。同时，成形过程中的热积累量作用不仅使先成形部分产生一定的温度梯度，使其内部形成残余应力，导致成形件产生翘曲变形现象，而且容易导致零件的晶粒粗化，降低零件的整体力学性能。所以对凝固成型过程的精确控制，提高成型件的精度以及疲劳寿命就显得尤其重要。

申请号为201310003717.7的专利“微小金属熔滴形成装置以及利用该装置形成微小金属熔滴的方法”公开了一种通过控制加载应力波控制金属熔滴尺寸的方法。申请号为201210593134.X的专利“一种基于脉冲小孔液滴喷射三维快速成型的方法及装置”公开了一种利用坩埚加热使金属熔融，通过摄像系统实时分析液滴尺寸数据，在三维运动平台上沉积金属零件的方法，该方法可形成均匀可控的金属液滴。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有背景技术存在的不足，提供了一种激光冲击辅助液滴喷射三维快速成型装置。本实用新型基于液滴喷射三维快速成型技术以及激光冲击波在熔体中的冲击振动作用，以破碎熔滴金属内的晶粒，抑制晶粒长大，有效提高成型件的表面质量，激光冲击波在材料内产生冲击应力，使得材料具有较高的位错密度，显著提高成型件的疲劳寿命。同时，根据红外热成像仪测量的温度值控制加热元件的温度，防止因金属溶液温度过高凝固成型慢而在沉积层表面产生“流淌”现象，使金属液滴能够快速精准的凝固成型，提高成型件的表面质量。

本实用新型为达成以上目的，采用如下技术方案：

一种激光冲击辅助液滴喷射三维快速成型装置，包括手套箱及其内部安装件和外部连接部件。所述手套箱内部安装件包括三维工作台、基板、检测装置、激光冲击振动装置、热熔装置、压电执行器以及间隙微调仪；外部连接部件包括惰性气体罐、真空泵、压力控制器、中央处理器、温度控制器、运动控制卡和脉冲激光控制器。

上述三维工作台安装在手套箱的底部，基板安装在三维工作台的上端面，在三维工作台的正上方设有热熔装置，热熔装置固定连接于手套箱，热熔装置包括有坩埚以及安装在坩埚上的加热元件，坩埚的底部安装间隙可调喷嘴，坩埚的上端安装压电执行器，压电执行器上方安装间隙微调仪，坩埚上端与压电执行器中间安装有绝热元件；检测装置和激光冲击装置设在热熔装置和基板中间，分别位于间隙可调喷嘴的两侧，检测装置包括卡座一和红外热成像仪，激光冲击装置包括卡座二、激光冲击波发射头、脉冲激光冲击发射器。