[发明专利]一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，尤其为一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法，装置由合金各成分金属粉、金属粉盒、流量控制阀门、送粉通道、混合器、搅拌器、金属粉混合物、增材材料粉、喷头、高能束发生器、高能束、控制总线、综合控制系统组成。综合控制系统和流量控制阀门将合金各成分金属粉按照设计比例进行注入混合，形成最终部件增材制造所需材料粉；增材制造过程中可根据不同部位成分组织的需求在线调控增材粉末成分，实现成分组织渐变部件的增材制造；整个装置和方法原理结构简单、精确可控、自动化程度高、通用性强，可用于一般金属/合金材料增材制造，尤其在大型复杂结构部件进行局部功能化增材制造具有很好的技术优势。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)，是在计算机辅助设计、数字模型和先进材料加工成形技术基础上，通过数控技术将材料按照烧结、熔融、光固化、喷射等方式进行逐层堆积，制造实际结构、部件的新型制造技术。相比传统机械加工的减材制造和组装装配的模式不同，是一种“自下而上”的堆积累加制造方法。尤其在金属/合金材料增材制造方面，美国波音、GE、普惠，英国罗-罗和德国MTU等公司都已将该技术应用于制造飞机、航空发动机等重大装备复杂部件制造，可大大降低复杂部件制造难度和经济成本，显著提高部件制造效率。目前，金属/合金材料增材制造过程中原材料一般采用送丝、送粉、铺粉等方式进给，原材料成分即决定了增材制造部件的成分，增材制造过程只是控制高能束参数及与原材料的作用轨迹，从而制造不同形状、尺寸的部件。

随着先进装备智能制造的发展，考虑一个关键部件不同部位的服役载荷和工作温度等条件的不同，需要对部件不同部位进行局部功能化制造，使制造部件各部位满足不同服役性能要求。因此，急需发明一种成分组织在线可控的增材制造装置与方法，制造出沿增材生长方向成分组织渐变的部件，从而满足部件各部位不同服役性能的特殊要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法，该装置结构简单、精确可控、集成化控制，整个增材制造过程合金材料成分精确可控，可实现材料成分组织渐变部件的增材制造,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种成分组织在线可控的合金增材制造装置与方法，包括合金增材制造装置和成分组织可控的增材制造方法，所述合金增材制造装置包括合金各成分金属粉、金属粉盒、流量控制阀门、送粉通道、混合器、搅拌器、喷头、高能束发生器、控制总线和综合控制系统，所述合金各成分金属粉放置在不同的金属粉盒内，所述金属粉盒通过送粉通道与混合器连接，所述混合器内部设置有搅拌器，所述搅拌器底部设置有送粉通道，所述搅拌器底部的送粉通道上设置有流量控制阀门，所述搅拌器底部的送粉通道底端设置有喷头。

优选的，所述综合控制系统通过控制总线分别与流量控制阀门、搅拌器和高能束发生器连接。

优选的，所述成分组织可控的增材制造方法是基于所述合金增材制造装置而实现，具体成分组织可控的增材制造方法如下：

1、按照待增材制造部件的化学成分和组织结构的设计要求，制备各成分金属粉末，分别装入各金属粉盒内；

2、通过综合控制系统控制各粉末盒的流量控制阀门，依据部件化学成分比例设定相应流量比例，并打开阀门将金属粉末送入送粉管道中；

3、各金属粉末汇入混合器后，通过综合控制系统启动搅拌器，将金属粉混合物进行充分搅拌，形成成分均匀的增材材料粉；

4、利用综合控制系统打开混合器的流量控制阀门，通过送粉通道和喷头将材料粉送至工作平台上；

5、综合控制系统控制高能束发生器触发高能束，按照部件切面轨迹对材料粉进行增材制造。