[发明专利]磁场激励激光增材装置

说明书

本发明公开了一种磁场激励激光增材装置，包括底板、激光头和送粉头，激光头和送粉头与计算机控制系统连接，送粉头的喷粉端点和激光头的激光束聚焦点沿计算机控制系统设定的加工路径在底板上移动，底板通过浮动机构安装于工作台上并置于匀强磁场内，匀强磁场的磁力线垂直穿透底板，底板为导电薄板，导电薄板的前、后端或左、右端分别与交流电的两极端连接，匀强磁场激励载流底板上、下振动。本发明在激光增材成型过程中，磁场激励载流的底板振动，搅动成型材料的内部组织，在一定程度上细化晶粒、改善组织均匀性、减小应力集中、提高材料成型的力学性能。

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术，具体为一种磁场激励激光增材装置。

背景技术

3D打印又称加法制造、积层制造或增材制造，在计算机控制下层叠原材料，是一个不断添加的过程。

激光增材制造技术是将3D打印的增材制造原理和激光熔覆技术有机结合，以金属粉末为成型原材料，以高能的激光束作为热源，根据成型零件CAD模型分层切片信息选择加工路径，激光束将同步添加的金属粉末逐层熔化，金属原料快速凝固、逐层沉积而直接获得三维物理模型，即实现金属零件整体的直接制造。

激光增材制造技术可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的物理原型或直接制造零件，可高效低成本制造零件原型和校验新设计思想。当加工零件复杂或者零件尺寸相对较小，传统机械加工方法和装置难以完成时，激光增材制造技术则具有独特优势，故激光增材制造技术在小型复杂形状物体的制造加工和精密制造加工方面具有广阔的应用前景。

但是目前的激光增材制造技术仍然存在需要克服的缺陷。由于激光增材制造加工过程中采用高能量激光束作为热源，能量密度较高，加工过程中的成型零件容易存在裂纹、气孔、组织混乱以及零件中残余应力较大等缺陷，这些缺陷严重影响激光增材所得成型零件的性能和寿命，也妨碍了激光增材制造技术的推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种提高激光增材制造所得产品质量的磁场激励激光增材装置。

能够解决上述技术问题的磁场激励激光增材装置，其技术方案包括底板、激光头和送粉头，所述激光头和送粉头与计算机控制系统连接，送粉头的喷粉端点和激光头的激光束聚焦点沿计算机控制系统设定的加工路径在底板上移动，所不同的是所述底板通过浮动机构安装于工作台上并置于匀强磁场内，所述匀强磁场的磁力线垂直穿透于底板，所述底板为导电薄板，导电薄板的前、后端或左、右端分别与交流电极的两极端连接，在激光增材成型过程中，匀强磁场激励载流底板上、下振动而搅动成型材料内部组织。

上述结构中，根据底板(导电薄板)的磁弹性基本假设及麦克斯韦方程，底板受到电场力而在匀强磁场环境中产生上、下位移，而浮动机构的弹力使底板恢复原位，在两种力的作用使底板振动，通过改变磁场及施加于底板(导电薄板)的电流，即可控制该磁场环境中导电薄板振动的幅度；磁场激励底板的振动传递给逐步成型的增材，在成型过程中，振动的存在使成型材料组织内部产生一定的搅动，从而在一定程度上细化晶粒、改善组织、减小应力集中、提高材料成型的力学性能。

所述浮动机构的一种设计方案包括可形成稳定支撑的三组以上弹性组件，各弹性组件包括双头螺杆、螺母和压缩弹簧，所述双头螺杆穿设于底板和工作台上对应的上、下螺栓孔，所述压缩弹簧套装于双头螺杆，上、下螺母分别旋合于双头螺杆的两螺端而将压缩弹簧预紧在底板和工作台之间。

所述匀强磁场的形式为通电螺线管内部磁场、或为蹄形磁铁两极间的磁场、或为两平行平面线圈间的磁场。

一种优化方案中，所述底板为0.5mm～1.0mm厚的矩形板，其长、宽尺寸选择范围在10cm～50cm之间，所述匀强磁场的强度(特斯拉)为0.3T～1.0T，所述底板的加载电流为4A～10A。

本发明的有益效果：