[发明专利]一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法和设备

权利要求书

1.一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，其特征在于：包括炉体基座、真空双层炉体、真空计、惰性气体强制冷却装置、坩埚升降及射流惰性气体加压装置、测温装置、炉体观察窗、惰性气体进气阀、大气交换阀、沉积基板运动控制器、数控编程计算机、真空泵、熔炼电源、惰性气体瓶、运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板、弯曲沉积工件倾转夹具、熔炼加热装置、熔炼坩埚、送料机构、测温热电偶、红外测温装置、沉积基板倾转机构基板循环冷却水管道和冷却水系统；真空双层炉体固定在炉体基座上，真空计、惰性气体强制冷却装置和测温装置固定在真空双层炉体上，炉体观察窗、惰性气体进气阀、大气交换阀设置在真空双层炉体的炉壁上，真空泵对真空双层炉体抽真空，运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板、弯曲沉积工件倾转夹具、熔炼加热装置、熔炼坩埚、送料机构、测温热电偶、红外测温装置和沉积基板倾转机构都处于真空双层炉体内，坩埚升降及射流惰性气体加压装置穿过真空双层炉体并与熔炼坩埚连接，惰性气体瓶与惰性气体强制冷却装置和坩埚升降及射流惰性气体加压装置连接，熔炼坩埚处于冶金射流沉积基板的上方，冶金射流沉积基板上设有弯曲沉积工件倾转夹具，沉积基板倾转机构和垂直一维运动机构固定在冶金射流沉积基板的下端，水平二维纵向运动机构固定在垂直一维运动机构的下端，水平二维纵向运动机构固定在水平二维横向运动机构上，运动机构支架固定在真空双层炉体的内壁上，水平旋转基座为空心结构并固定在运动机构支架上，水平二维横向运动机构通过水平面旋转滑轨固定在水平旋转基座上，沉积基板运动控制器与运动机构支架、水平旋转基座、水平面旋转滑轨、水平二维横向运动机构、水平二维纵向运动机构、垂直一维运动机构、冶金射流沉积基板连接，数控编程计算机与沉积基板运动控制器连接，熔炼电源与熔炼加热装置连接，熔炼加热装置固定在熔炼坩埚外，送料机构设置在熔炼坩埚的上端，测温热电偶插入到熔炼坩埚内，红外测温装置设置在冶金射流沉积基板的上方，熔炼坩埚的底部开有射流孔，冶金射流沉积基板通过基板循环冷却水管道与冷却水系统连接，真空双层炉体也与冷却水系统相连通。

2.如权利要求1所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，其特征在于：所述的真空双层炉体上设有炉门，炉门上设有炉门炉体观察窗。

3.一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法，其特征在于：将金属材料原料放入熔炼坩埚中，用真空泵对熔炼炉进行真空抽气，当炉内大气压达到一定真空度后，充入一定压力的惰性气体，以保护熔炼过程中的金属熔液不被氧化，利用垂直一维运动机构调整熔炼坩埚下部射流孔与沉积基板之间的距离，熔炼加热装置加热金属材料至熔化，用坩埚升降及射流惰性气体加压装置对熔炼坩埚进行加压，使得熔炼坩埚内的熔融状态的金属材料液体顺熔炼坩埚底部的射流孔垂直向下流出，金属材料熔液射流到冶金射流沉积基板上，冶金射流沉积基板按照预先编制的运动控制程序进行运动，射流出的熔液在沉积基板上按照计算机程序编制的图形快速凝固，射流金属熔液在基板循环运动过程中将射流到上一层已经凝固的金属材料层上凝固，循环往复的射流沉积过程中，已经凝固的金属工件坯的高度不断升高，通过计算机编程控制垂直一维运动机构使冶金射流沉积基板不断下降，使熔炼坩埚射流孔与射流沉积点的距离保持不变，冶金射流过程中，利用送料装置不断向熔炼坩埚内补充金属原料，以弥补金属液面的下降，通过循环往复的冶金射流沉积过程，就获得了计算机预先编制基板运动程序的金属材料工件。

4.如权利要求3所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法，其特征在于：用感应熔炼装置或电阻加热熔炼加热装置。

5.如权利要求3所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的制备方法，其特征在于：所述熔炼坩埚的喷射孔为圆形、椭圆形、矩形或多边形；圆形及多边形直径为0.1mm～50mm；矩形短边为0.1mm～20mm，矩形长边为0.1mm～500mm。

6.如权利要求1所述的一种多自由度数控冶金射流直接成形的设备，其特征在于：在冶金射流沉积基板内设有冷却水通道，沉积基板为圆形或矩形，圆形直径为20mm～2000mm；矩形长、短边为20mm～2000mm。