[发明专利]一种用于金属增材制造装备的随动动态冷约束装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于金属增材制造装备的随动动态冷约束装置及方法，本发明的装置通过冷却块夹持并紧密接触工件，通过动态冷约束技术对经锤击强化等塑性变形强化方法的打印件进行回复再结晶行为的抑制和调控，提高锤击强化等塑性变形强化方法效果，达到提高位错密度、细化晶粒，改善金属打印件组织性能的目的。

技术领域

本发明属于金属结构件熔丝/送粉式增材制造(3D打印)领域，具体涉及一种用于金属增材制造装备的随动动态冷约束装置及方法。

背景技术

增材制造(additive manufacturing，AM)技术是通过CAD设计数据模型并采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，增材制造过程，不需要传统的刀具及夹具，利用三维数据就可以快速精确地制造复杂形状的零件，简化了加工工序，缩短了零部件的制造周期，该技术是一种极具前景的高效、低耗、且大幅缩短研发成本的制造技术。随着增材制造技术飞速发展，金属增材制造可以实现传统制造方法难以实现的高度复杂金属构件直接制造，如金属假体、航空航天复杂结构件及其它诸多领域的直接应用。在航空航天等领域中，高性能、大型化、整体化金属结构件的高效、低成本制造亟待进行解决，金属增材制造技术提供了制造新方法。金属增材制造主要以电弧、激光、电子束等为热源，通过高温融化金属为液态，逐道逐层累积来制造金属结构件。目前为提高金属增材打印件的强度方法一般为通过锤击强化等手段，使得焊道产生塑性变形并达到提高位错密度以及晶粒细化强化目的。

在金属增材制造冷-热交替热循环作用下，变形组织的回复再结晶使得位错密度大幅度降低，此时主要强韧化效果主要来自晶粒细化，金属打印件整体强化效果降低，利用动态冷约束技术可以实现对回复再结晶行为的抑制和调控，使得其因温度较低而无法发生明显回复而保留高密度位错，实现强韧化效果，达到强化金属打印件力学性能的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于金属增材制造装备的随动动态冷约束装置及方法，对经锤击强化等塑性变形强化方法的打印件回复再结晶行为进行抑制和调控，提高锤击强化等塑性变形强化方法的强化效果，达到提高位错密度、细化晶粒，改善金属打印件组织性能的目的。

为了达到上述目的，一种用于金属增材制造装备的随动动态冷约束装置，包括连接板，连接板连接绝缘夹持块、横向位置调节器与纵向位置调节器，绝缘夹持块固定在打印头上，横向位置调节器连接冷却块，冷却块连接冷却介质循环系统，冷却块用于夹持并紧密接触工件。

纵向位置调节器与绝缘夹持块连接。

冷却块的底部和侧面覆盖有铜编织带。

冷却块上开设有介质入口和介质排出口，介质入口和介质排出口通过冷却介质导管连接冷却介质循环系统。

冷却介质导管通过快速接头连接介质入口和介质排出口。

工件在基板上进行加工制造并被装置进行冷约束。

一种用于金属增材制造装备的随动动态冷约束装置的工作方法，包括以下步骤：

S1，通过纵向位置调节器/横向位置调节器调节冷却块的位置；

S2，将冷却块紧密接触在工件上；

S3，开启冷却介质循环系统，在打印头进行打印时，冷却块持续对工件温度进行调控，利用动态冷约束技术实现对回复再结晶行为的抑制和调控。

通过纵向位置调节器自动调节冷却块与工件之间的纵向高度方向距离。

通过横向位置调节器自动调节冷却块与工件之间的横向宽度方向距离。

冷却块通过铜编织带紧密接触在工件上。