一种用于增材设备的基板冷却方法

本发明涉及一种用于增材设备的基板冷却方法，属于选区激光熔化增材制造领域。

背景技术：

1、选区激光熔化技术是一种增材制造技术。该技术使用逐层叠加的方式实现对零件的成型。首先，通过三维建模软件对所需要成型的零件进行模型构建，然后使用二维切片软件对模型进行切片处理，生成具有模型零件二维平面模型的文件。再将文件导入选区激光熔化设备中，通过机器对文件的识别，使用高能激光束在指定区域进行扫描，原料金属粉末在高能激光束的照射下发生熔化和凝固。在一层二维平面成型完毕后，成型缸下降一层粉末的厚度，并通过选区激光熔化设备的铺粉系统进行铺粉操作，将成型缸平面重新铺满粉末。将上述步骤不断重复最终实现三维零件的成型。

2、在使用选区激光熔化技术进行零件生产时，金属粉末在高能激光束的照射下瞬间熔化凝固。在试验开始时，基板处于室温，金属粉末熔化后与基板的温度梯度很大。而当试验进行至中期时，由于激光的不断照射导致热输入不断增多，基板的温度从室温上升到了一个较高的温度，导致试验前中后期熔池与基体的温度梯度不同，从而导致了样品内部组织的均匀性变差。因此，保证基板温度在整个增材过程中恒定不变具有重要的研究意义。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题在于：对选区激光熔化过程中，基板温度会随着增材过程的进行而产生变化，导致增材前期、中期与后期熔池与基板的温度梯度及冷却速度不同，提供了一种用于选区激光熔化设备的基板温度恒定的方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种选区激光熔化设备基板冷却方法，在传统选区激光熔化设备基础上添加冷却系统，实现对整个增材过程基板温度的实时控制。具体步骤为：

4、步骤1，加工选区激光熔化设备配套的基板，在基板内部设置凹槽，用于放置温度传感器；

5、步骤2，将安装好温度传感器的基板放置在成型缸处，用螺丝将其安装至选区激光熔化设备上；

6、步骤3，在选区激光熔化设备中添加原材料粉末，并安装铺粉装置，准备进行实验；

7、步骤4，关闭舱门，打开选区激光熔化基板冷却装置，通过调控冷却液体种类、冷却液体初始温度以及冷却液体流动速度的参数来对基板进行冷却。通过结合温度传感器测得的基板温度实现对基板温度的实时控制；

8、步骤5，通入保护气体对成型仓进行除氧，氧含量达到设定值后进行增材；

9、步骤6过程中实时观察温度传感器所显示的基板温度。通过调整冷却液体流动速度等参数对基板温度进行实时控制；

10、步骤7，增材结束，将样品取出，进行后续加工。

11、本发明与现有技术相比，其显著优点：1)基板温度低，温度梯度大，熔池冷却速度快，成型后样品晶粒尺寸小，力学性能良好；2)通过基板冷却装置实现基板温度始终保持恒定，成型样品内部组织更均匀；3)成型样品表面精度更高，成型质量更好；4)增材实验结束后基板处于低温状态，无需冷却即可取出进行后续加工，效率提高。

12、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

技术特征：

1.一种用于增材设备的基板冷却方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种用于增材设备的基板冷却方法，其特征在于，步骤1中，基板内部设置凹槽与温度传感器紧密贴合，保证温度测量精确。

3.根据权利要求1所述一种用于增材设备的基板冷却方法，其特征在于，步骤4中，冷却装置内部冷却液根据成型条件要求进行选择，具体为蒸馏水、液氮、甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、甘油或氯化钙溶液。

4.根据权利要求1所述一种用于增材设备的基板冷却方法，其特征在于，步骤4中，初始基板温度冷却至-100℃-20℃之间，具体根据冷却液体种类或冷却液流速进行调控。

5.根据权利要求1所述一种用于增材设备的基板冷却方法，其特征在于，步骤4中，冷却液体流动速度可设置为0.1-10m/s。

6.根据权利要求1所述一种用于增材设备的基板冷却方法，其特征在于，步骤5中，保护气选择氩气或氮气。

7.根据权利要求1所述一种用于增材设备的基板冷却方法，其特征在于，步骤5中，通过控制冷却液体种类或流动速度实时控制材料的凝固速度。

8.根据权利要求1所述一种用于增材设备的基板冷却方法，其特征在于，步骤5中，通过冷却装置将成型后的基板迅速冷却至室温或低于室温。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法制备的选区激光熔化成型零件。

技术总结
本发明公开了一种用于增材设备的基板冷却方法，该方法具体为：在基板底部加工一个凹槽，用于放置温度传感器；在成型缸下部添加基板冷却装置，通入冷却液体；进行洗气操作，保持成型仓内部氧含量处于较低状态，进行增材试验；通过对冷却液体流动速度进行调控来控制基板温度，保证基板温度在增材过程中保持恒定；增材试验结束后，取出样品进行后续加工。本发明的方法能够使基板在选区激光熔化成型过程中温度始终保持恒定，保证样品成型后内部组织的均匀性。同时使样品成形精度更高、力学性能更好、加工效率更高。

技术研发人员：刘捷,王汇,李振攀,王克鸿
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1