一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统技术方案

本发明专利技术属于金属3D熔丝打印技术领域，公开了一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统，包括金属熔池控温系统、金属基体控温系统和熔丝打印制品控温系统；熔池控温系统包括冷却模块和冷却跟踪系统；冷却模块用于将金属熔池的温度进行迅速冷却；冷却跟踪系统用于实时监测金属熔池的温度变化；金属基体控温系统采用冷却液管、金属衬板、金属基体的三级传导控制模式；熔丝打印制品控温系统以氩气为介质，使打印舱体保持正压恒温。本发明专利技术装置能够保持3D熔丝打印过程的连续稳定，避免打印件因热量局部过度集中而不得不中止散热的现象；及时消除热应力，保持金属制品的性状一致性，从而使得高温金属打印体的热量得以高效分级消除。温金属打印体的热量得以高效分级消除。温金属打印体的热量得以高效分级消除。

【技术实现步骤摘要】
一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统


[0001]本专利技术涉及金属3D熔丝打印
，尤其涉及一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统。

技术介绍

[0002]金属3D熔丝打印凭借其高速打印、大尺寸、低成本等特点，在金属材料制备方面具有良好的应用前景。
[0003]然而，现有技术中，在3D熔丝打印过程中，主要存在以下技术问题：3D熔丝打印过程的熔池快速冷却效率低；金属制品不同区域的热量场差异过大而引起金属基体断裂/破损等问题；3D熔丝打印制品的冷却曲线可控性差；3D熔丝打印过程中，熔池内存在飞溅及形状异常等现象；打印件因热量局部过度集中而不得不中止散热的现象，导致3D熔丝打印过程存在不连续不稳定等情况；难以及时消除热应力，导致金属制品的性状存在不一致的问题。
[0004]为此，本专利技术提供一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统。通过对金属3D熔丝打印制件过程中的实时温度场控制，实现对金属高温融化至冷却凝固过程的精确调节，使打印制品的热能量得以准确疏导及控制。采用强喷流温控、中梯度传导温控及弱紊流温控三级控制模式，实现急速温控、梯度温控和稳态温控相结合模式。使得高温金属打印体的热量得以高效分级消除。
[0006]本专利技术的一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统，包括金属熔池控温系统、金属基体控温系统和熔丝打印制品控温系统；
[0008]所述金属熔池控温系统包括冷却模块和冷却跟踪系统；所述冷却模块用于将金属熔池的温度进行迅速冷却，以避免熔池溶液飞溅或无序流动；所述冷却跟踪系统用于实时监测金属熔池的温度变化；
[0009]所述金属基体控温系统设置于打印装置的金属熔池出口的下方，通过金属导热作用，对经金属熔池制备的打印体进行控温；
[0010]所述熔丝打印制品控温系统以氩气为介质，使打印舱体保持正压恒温，以实现对熔丝打印制品的控温。
[0011]进一步地，所述冷却模块设置于金属熔池出口处，且与打印装置的等离子高温喷头反向同轨设置。
[0012]进一步地，所述冷却模块为吹扫器，且所述吹扫器用于吹扫高纯氩气，以实现对金属熔池强制急速冷却，且其极冷过程不产生氧化和/或氮化。
[0013]进一步地，所述冷却跟踪系统为温度传感器，设置于所述金属熔池内壁或外壁上，以实现实时监测金属熔池的温度变化。
[0014]进一步地，所述金属基体控温系统采用梯度控温模式进行控温。
[0015]进一步地，所述金属基体控温系统采用冷却液管、金属衬板、金属基体的三级传导控制模式进行控温。
[0016]进一步地，所述金属基体设置于打印装置的金属熔池出口的下方，用于放置打印获得的打印体。
[0017]进一步地，所述金属衬板设置于金属基体下方且与上述金属基体的底部接触；所述冷却液管设置于上述金属衬板内。
[0018]进一步地，所述冷却液管设置有多个，且均设置于上述金属衬板内。
[0019]进一步地，所述熔丝打印制品控温系统包括液氩吹扫模块和压力传感模块；
[0020]所述液氩吹扫模块与打印舱体内部连通，用于向打印舱体内吹扫液氩，液氩在打印舱体内受热气化，以实现对打印舱体的降温；
[0021]所述压力传感模块设置于打印舱体内，用于对打印舱体内的压力进行实时监测。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0023]本专利技术通过在等离子高温喷头运动路径的反方向上设置冷却模块，同时采用冷却跟踪系统对于实时监测金属熔池的温度变化，当金属熔池内温度过高时，通过冷却模块对金属熔池进行强制急速冷却，以避免熔池溶液飞溅、无序流动及形状异常的现象发生，进而提高3D熔丝打印过程的熔池快速冷却效率。
[0024]本专利技术的金属基体控温系统通过采用冷却液管、金属衬板、金属基体的三级传导控制模式，以将打印体上的热量及时导出，进而直接增加了等离子熔化热的传导效率，使不同基体之间有适当的温度差，避免不同基体形变而破坏打印体，从而实现对所述金属基体的控温，以避免金属制品在不同区域的热量场差异过大引起的金属基体断裂/破损等问题。
[0025]本专利技术的熔丝打印制品控温系统以氩气为介质，使打印舱体保持正压恒温，以实现对熔丝打印制品的控温，使其保持合理的金属属性，需要实现打印环境的温度控制。由于整个舱体为密封状态，随着等离子熔液的持续热辐射，使密封舱的作业条件持续恶化，并影响舱体的密封性，因此采用高纯氩气正压热导，使腔体的温度稳定至合理的范围。
[0026]本专利技术通过金属熔池控温系统、金属基体控温系统和熔丝打印制品控温系统三级实现急速温控、梯度温控和稳态温控三种模式相结合，使得3D熔丝打印制品的冷却曲线精准可控，实现金属的优异理化特性；且能够保持3D熔丝打印过程的连续稳定，避免打印件因热量局部过度集中而不得不中止散热的现象；及时消除热应力，保持金属制品的性状一致性，从而使得高温金属打印体的热量得以高效分级消除。
[0027]本专利技术的金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统能够避免了金属冷却裂损的重大质量问题，显著提高了制品合格。
[0028]本专利技术的金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统能够避免生产过程中的液滴飞溅/溶液流动产生的材料损失，进而有效提高3D熔丝打印制品成材率。
[0029]本专利技术的金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统采用分布式多维度的精准冷却温控模式，使金属溶液在高温冷却过程中，金属晶粒的晶核成型和长大可得到有效控制，且金属所有部位的温度场保持一致，使得金属晶粒细化程度及均匀度显著改善，进而能够有
效提高金属制品的力学属性。
[0030]本专利技术的金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统避免了目前的脉动间歇性生产节奏，使生产高效连续，进而使得生产效率显著提高。
[0031]本专利技术的金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统能够避免一些特种双态合金在高温区冷却过程中产生的β脆现象，进而使得制备的金属材料的特种性能得到强化。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统的连接关系示意图；
[0033]图2为本专利技术的金属基体控温系统的安装示意图。
具体实施方式
[0034]专利技术人考虑到，直接采用现有技术的3D打印装置进行打印时，比如需要熔丝打印100cm2区域的产品，打印一层需约2分钟，但是由于打印一层后获得的打印体热能、温度都很高，如果完成一层打印后直接进行下一层打印，产生的热能加上原有的热能会使打印体融化变形而造成打印失败，因此不能直接进行下一层打印生产，必须等待一定时间使基体温度降下来后再进行下一层打印。且由于打印需求不同，导致打印体的大小和形状各异，每一层打印的时间和等待时间均不等，打印的产品越小型化越复杂化，等待降温时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属3D熔丝打印在线多维温场控制系统，其特征在于，包括金属熔池控温系统(1)、金属基体控温系统(2)和熔丝打印制品控温系统(3)；所述金属熔池控温系统(1)包括冷却模块(11)和冷却跟踪系统(12)；所述冷却模块(11)用于将金属熔池(4)的温度进行迅速冷却；所述冷却跟踪系统(12)用于实时监测金属熔池(4)的温度变化；所述金属基体控温系统(2)设置于打印装置的金属熔池(4)出口的下方，通过金属导热作用，对经金属熔池(4)制备的打印体进行控温；所述熔丝打印制品控温系统(3)以氩气为介质，使打印舱体保持正压恒温，以实现对熔丝打印制品的控温。2.如权利要求1所述的在线多维温场控制系统，其特征在于，所述冷却模块(11)设置于金属熔池(4)出口处，且与打印装置的等离子高温喷头(5)反向同轨设置。3.如权利要求1所述的在线多维温场控制系统，其特征在于，所述冷却模块(11)为吹扫器，且所述吹扫器用于吹扫高纯氩气。4.如权利要求1所述的在线多维温场控制系统，其特征在于，所述冷却跟踪系统(12)为温度传感模块，设置于所述金属熔池(4)内壁或外壁上。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：葛强，刘少辉，
申请(专利权)人：陕西鼎益科技有限公司，
类型：发明
国别省市：