[发明专利]增材制造过程中实时调控温度梯度及冷却速率的方法

权利要求书

1.一种增材制造过程中实时调控温度梯度及冷却速率的方法，其特征在于：包含以下步骤：

S1：开启分散加热装置，将盛放于保温器皿中的液态金属升温加热至目标温度，并持续保温；

S2：同步开启搅动装置，使得液态金属在保温器皿中持续流动；

S3：将基板随加热平台升温至目标温度；

S4：开启热源发生装置，发射高能热源，熔化增材原始材料，形成熔滴，配合三坐标高精密移动平台，在基材表面进行增材作业；

S5：在增材作业过程中，实时降低升降平台高度，使得液态金属液面与成形件顶面的距离小于0.5mm；

S6：增材作业结束后，继续降低升降平台高度，直至液态金属浸没成形件，且液态金属液面与成形件顶面距离大于10mm；

S7：保温不低于25min后，关闭分散加热装置及加热平台，待成形件冷却至室温后，升高升降平台，使得成形件逐渐露出液态金属。

2.根据权利要求1所述的增材制造过程中实时调控温度梯度及冷却速率的方法，其特征在于：所述步骤S1中，分散加热装置为固定在保温器皿壁面的加热器件，其加热原理为电磁加热、红外线加热或电阻加热中的任何一种或者两种及以上加热形式的组合，其数量和位置能根据实际加热需求进行调整；处于不同位置的分散加热装置之间相互独立，即能够根据具体情况，通过控制分散加热装置的峰值温度，获得不同的环境温度，实现分区域加热作业；液态金属材料为低熔点金属或其合金，所述低熔点指熔点低于300℃；所述保温器皿的制备材料为陶瓷材料或陶瓷基复合材料，且保温器皿的尺寸能够根据成形件的尺寸及液态金属的体积进行设计；所述液态金属的添加方式为预置至保温器皿或外添方式中任一种；所述外添方式是将液态金属沿器壁匀速倾倒至保温器皿，完成液态金属与成形件热交换，进而有效调节成形件温度梯度及冷却速率；目标温度能够根据增材制造工艺参数及工件材料进行选择及调整。

3.根据权利要求1或2所述的增材制造过程中实时调控温度梯度及冷却速率的方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述搅动装置的运作原理为机械式搅动或气动式搅动，通过采用搅动装置，既能够提升液态金属自身温度分布的均匀性，又能够促进了液态金属与成形件的强制对流换热，进而提升成形件温度分布的均匀性；在增材作业结束，成形件冷却降温的过程中，搅动装置能够有效调节液态金属及成形件的冷却速率；或者，搅动装置能够替换为液态金属的进出口装置，即实现液态金属的循环流动。

4.根据权利要求1或2所述的增材制造过程中实时调控温度梯度及冷却速率的方法，其特征在于：所述步骤S3中，加热平台为固定在升降平台上的加热装置，其加热原理与分散加热装置相同；加热平台加热的目标温度参考步骤S1中分散加热装置加热的目标温度。

5.根据权利要求3所述的增材制造过程中实时调控温度梯度及冷却速率的方法，其特征在于：所述步骤S3中，加热平台为固定在升降平台上的加热装置，其加热原理与分散加热装置相同；加热平台加热的目标温度参考步骤S1中分散加热装置加热的目标温度。

6.根据权利要求1或2或5所述的增材制造过程中实时调控温度梯度及冷却速率的方法，其特征在于：所述步骤S4中，热源发生装置为高能热源的发射设备；高能热源的种类为氧乙炔火焰、金属极电弧、钨极氩弧、埋弧焊电弧、电渣焊热源、等离子弧、电子束或激光中任一种或者两种及以上高能热源形式的组合；所述增材原始材料为丝材、粉体或液体浆料中任一种；三坐标高精密移动平台用于实时调控熔滴与基材相互作用的位置，也能够保持基板位置不变，采用机器人夹持热源发生装置，完成增材作业。

7.根据权利要求1或2或5所述的增材制造过程中实时调控温度梯度及冷却速率的方法，其特征在于：所述步骤S5中，升降平台能够沿成形件厚度方向上下匀速移动或变速移动，升降平台的降低速率与增材制造过程中成形件高度的增加速率相匹配。