[发明专利]一种用于金属增材制造的温度可控制样基台

说明书

本发明提供一种全新的可加热且温度可控的制样基台，专门用于各种金属部件及结构的增材制造，该基台可以确保放置在其上的基板温度最高达到1000℃，长期使用最高温度达到700℃，该基板温度可以有效消除金属增材制造过程产生的残余应力，避免部件在制样过程中发生大变形，同时可以有效减少基板与熔池的温差，减缓熔池内部的温度梯度，降低冷却速率，有助于等轴晶及平衡微观结构的形成。为金属增材制造过程应力变形控制及微观结构和力学性能调控开辟了一条新途径。

技术领域

本发明涉及一种全新的可加热且温度可控的制样基台,专门用于各种金属部件及结构的增材制造。

背景技术

金属增材制造技术如激光直接沉积、丝材电弧增材制造及等离子增材制造等都是基于微小熔池冶金的叠层制造技术。这些技术形成的熔池直径通常在几百微米至几个毫米。当热源移开的时候,熔池与基板或已凝固的固体之间存在陡峭的温度梯度，使金属材料在增材制造过程中容易形成柱状晶及织构,造成材料力学性能各向异性的形成,限制了增材制造的推广应用。另外,熔池通常会以极快的速率(10³～10⁶℃/s)凝固及冷却,导致材料或部件内部形成巨大的残余应力,这些应力会导致部件产生变形或开裂。快的冷速也往往导致金属材料形成非平衡的微观结构,对材料的综合力学性能不利。造成以上这种局面,主要是由于现有的增材制造技术缺乏有效的实时对基板进行预热的装置或者预热的水平太低(如基板预热温度低于600℃)。本权利要求通过开发一种温度可控的制样基台,使制样基板的温度在室温和1000℃之间精确可控,保证长期使用情况下基板的最高温度达到700℃以上,设计最高温度为1000℃。这将会有效减缓熔池温度梯度,降低熔池冷却速率,从而减小内应力及变形,防止制样过程部件的开裂,抑制延晶生长和柱状晶的形成,促进等轴晶及平衡微观结构的形成。同时,通过调控基板温度,可以有效控制微观组织如晶粒形貌、尺寸、取向及分布、相组织等,为高性能金属部件及具有梯度微观结构的高性能部件的制造奠定技术基础。

目前基于熔化沉积原理的金属增材制造普遍缺乏有效的基板预热装置或措施。个别报道的预热装置对基板的预热水平也非常有限,如最高预热温度通常低于500℃,无法有效降低残余应力及促进柱状晶向等轴晶的转变。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种全新的可加热且温度可控的制样基台,专门用于各种金属部件及结构的增材制造,为金属增材制造过程应力变形控制及微观结构和力学性能调控开辟了一条新途径。

上述技术效果是通过以下技术方案实现的：

由控温单元、高电阻电热合金丝、基板支柱及隔热/保温围墙组成一种全新的温度可控的加热基台/装置，相当于一个敞开的热处理炉；通过底部电阻丝的加热及周围隔热围墙的保温作用,该基台可以确保放置在其上的基板温度最高达到1000℃,长期使用最高温度达到700℃。

本发明的有益效果：

本发明确保基板温度最高达到1000℃,长期使用最高温度达到700℃,该基板温度可以有效消除金属增材制造过程产生的残余应力,避免部件在制样过程中发生大变形,提高了部件的质量及制造稳定性。同时可以有效减少基板与熔池的温差,减缓熔池内部的温度梯度,降低冷却速率,有助于等轴晶及平衡微观结构的形成,这有助于减小部件力学性能各向异性度,且有利于材料及部件优异综合力学性能的获得。利用本发明也可先在基板上制备样品或部件,等制备完毕,再对基板进行加热以消除样品或部件内的残余应力,或者调控其内部微观结构。

附图说明

图1为本发明实施例1的设计图。

图2为本发明实施例1的实物图。

图3为本发明实施例1的使用图。

具体实施方式

实施方案一：在增材制造前,根据需要,对放置在基台上的基板进行预热以达到所需的固定温度------在基板上进行熔化沉积增材制造以制备相关样品或部件,同时保持基板温度不变。