【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子束高温合金制备，具体涉及一种高温合金薄壁构件增材制造装置及方法。
技术介绍
1、高温合金添加各种微量元素可以提高其疲劳寿命及高温蠕变性能，高温合金性能提升和质量稳定的核心问题是高温合金打印过程中生长的组织偏析、减少杂晶、结晶细化和生成更多的等轴晶。现有电子束增材制造由于其偏转线圈和聚焦线圈的能力限制，打印的工件尺寸受到严重限制，并且现有商业化的电子搅拌不适合电子束选区增材制造。现有高温合金铸造领域用机械搅拌和电磁搅拌，但是高温合金薄壁构件由于铸造冷隔和锻造模具问题难以成型。因此，急需一种高温合金薄壁构件增材制造装置及方法，以提高高温合金的疲劳寿命及高温蠕变性能。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高温合金薄壁构件增材制造装置及方法，以解决高温合金添加元素引起的偏析，影响疲劳寿命及高温蠕变性能的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术一方面提供一种高温合金薄壁构件增材制造装置，包括真空腔及设置于真空腔内的送粉机构、二维平移驱动机构、成型缸、升降平台、水平移动平台、电子枪、升降机构、压盘及电磁搅拌器，其中成型缸设置于真空腔底部的工作平面上，升降平台设置于成型缸内，且能够升降；送粉机构用于向成型缸内定量推送高温合金粉末；水平移动平台设置于二维平移驱动机构上，电子枪设置于水平移动平台上，压盘设置于水平移动平台的下方，且通过升降机构与水平移动平台连接，升降机构用于驱动压盘升降；压盘上设有中心
4、在一种可能实现的方式中，所述电磁搅拌器包括沿周向均匀布置的a相电磁搅拌器、b相电磁搅拌器及c相电磁搅拌器；
5、a相电磁搅拌器、b相电磁搅拌器及c相电磁搅拌器结构相同，均采用对称结构形成闭环的磁力线，磁力线经过所述熔池，实现电磁搅拌功能。
6、在一种可能实现的方式中，所述a相电磁搅拌器包括铁芯ⅰ、线圈ⅰ、冷却水环ⅰ、铁芯ⅱ、线圈ⅱ、冷却水环ⅱ及桥铁，其中铁芯ⅰ和铁芯ⅱ对称设置于所述压盘两侧，冷却水环ⅰ和线圈ⅰ由下至上套装在铁芯ⅰ上，冷却水环ⅱ和线圈ⅱ由下至上套装在铁芯ⅱ上，铁芯ⅰ和铁芯ⅱ的顶部通过桥铁连接，桥铁的中心设有用于所述电子束通过的中部通孔。
7、在一种可能实现的方式中，所述铁芯ⅰ和所述铁芯ⅱ分别嵌设于所述压盘上对称设有的两个凹槽内，所述冷却水环ⅰ和所述冷却水环ⅱ分别容置于两个凹槽内。
8、在一种可能实现的方式中，所述升降机构包括对称设置的两组连杆组件；
9、连杆组件包括上连杆、下连杆及旋转驱动电机，其中旋转驱动电机设置于所述电子枪的一侧，旋转驱动电机的输出端与上连杆的一端连接，上连杆的另一端与下连杆的一端铰接，下连杆的另一端与所述压盘的一侧边缘铰接，旋转驱动电机驱动上连杆上下摆动，从而带动所述压盘升降。
10、在一种可能实现的方式中，所述真空腔的两侧设有轨道，所述二维平移驱动机构设置于所述真空腔两侧的轨道上；
11、所述二维平移驱动机构包括轨道方向移动体、直驱动电机、丝杠及直线电机，其中丝杠为两根，两根丝杠平行设置且两端分别通过两个轨道方向移动体连接，且两根丝杠的一端分别与两个直驱动电机连接，两个直驱动电机分别驱动两根丝杠转动；两个轨道方向移动体通过滑块分别与两个轨道滑动连接，直线电机设置于轨道方向移动体和轨道之间，直线电机用于驱动轨道方向移动体沿轨道移动；两根丝杠通过丝母与所述水平移动平台的两端连接，丝杠转动，带动所述水平移动平台沿垂直于所述轨道的方向移动。
12、在一种可能实现的方式中，两个所述轨道方向移动体之间连接有支撑梁，支撑梁上设有与所述电子枪连接的拖链。
13、在一种可能实现的方式中，所述电子枪包括电子枪壳体及由上至下依次设置于电子枪壳体内的灯丝、聚束极、阴极、阳极、聚焦线圈及偏转线圈，其中电子枪壳体的底部设有发射孔。
14、在一种可能实现的方式中，所述送粉机构包括发粉器和铺粉器，其中发粉器设置于所述真空腔顶部一端，发粉器用于存储高温合金粉末及定量送粉；铺粉器设置于所述真空腔底部的工作平面上，且位于发粉器的下方，铺粉器用于向所述成型缸内均匀推送高温合金粉末。
15、本专利技术另一方面提供一种利用如上所述的高温合金薄壁构件增材制造装置的增材制造方法，包括以下步骤：
16、步骤s1：向发粉器添加高温合金粉末，真空腔建立真空环境；
17、步骤s2：升降平台上升至上表面接近真空腔底部的工作平面的位置；
18、步骤s3：发粉器定量发送高温合金粉末，铺粉器向升降平台上铺粉；
19、步骤s4：电子枪发射电子束至升降平台上的高温合金粉末上，形成熔池，同时压盘上的电磁搅拌器对熔池进行电磁搅拌；
20、步骤s5：二维平移驱动机构驱动水平移动平台在水平方向上耦合平动，进行一层高温合金增材制造；
21、步骤s6：升降机构驱动压盘上升，规避铺粉器的铺粉运动；
22、步骤s7：升降平台下降设定高度；
23、步骤s8：循环步骤s3至步骤s7，直至完成高温合金薄壁构件的增材制造。
24、本专利技术的优点与积极效果为：本专利技术提供的一种高温合金薄壁构件增材制造装置，在增材制造过程提供搅拌磁场，细化晶粒，实现等轴晶，同时减缓降温梯度，消除凝固应力集中和微观裂纹的产生。
25、本专利技术的电子枪内的聚焦线圈和偏转线圈对的电子束的高温合金构件的打印范围有一定限制，所以电子枪通过水平移动平台的水平运动，更适合大尺寸高温合金构件的打印。
26、本专利技术的压盘采用连杆型的升降机构，适合真空腔内的高度受限工况，压盘的下表面有效防止高温合金粉末在磁场的作用下出现非平面凸凹，有效的提高了电子束加工的稳定性与可靠性。
27、本专利技术采用电磁搅拌，有效的解决高温合金添加元素引起的偏析，有助于高温合金打印质量的一致性，及有助于减少杂晶，保证等轴晶的晶格组织，有助于细化晶粒，提升产品的疲劳和高温蠕变性能。
28、本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
29、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，包括真空腔（1）及设置于真空腔（1）内的送粉机构、二维平移驱动机构（6）、成型缸（8）、升降平台（10）、水平移动平台（11）、电子枪（12）、升降机构（13）、压盘（14）及电磁搅拌器（17），其中成型缸（8）设置于真空腔（1）底部的工作平面（7）上，升降平台（10）设置于成型缸（8）内，且能够升降；送粉机构用于向成型缸（8）内定量推送高温合金粉末（18）；水平移动平台（11）设置于二维平移驱动机构（6）上，电子枪（12）设置于水平移动平台（11）上，压盘（14）设置于水平移动平台（11）的下方，且通过升降机构（13）与水平移动平台（11）连接，升降机构（13）用于驱动压盘（14）升降；压盘（14）上设有中心孔（1404）及环绕中心孔（1404）的多组电磁搅拌器（17）；电子枪（12）发射的电子束（15）穿过压盘（14）的中心孔（1404）照射至升降平台（10）上的高温合金粉末（18）上形成熔池（16），压盘（14）与高温合金粉末（18）接触，电磁搅拌器（17）对熔池（16）进行电磁搅拌，二维平移驱动机构（6）驱动水平移动平台（
2.根据权利要求1所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述电磁搅拌器（17）包括沿周向均匀布置的A相电磁搅拌器（17A）、B相电磁搅拌器（17B）及C相电磁搅拌器（17C）；
3.根据权利要求2所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述A相电磁搅拌器（17A）包括铁芯Ⅰ（17A01）、线圈Ⅰ（17A02）、冷却水环Ⅰ（17A03）、铁芯Ⅱ（17A04）、线圈Ⅱ（17A05）、冷却水环Ⅱ（17A06）及桥铁（17A07），其中铁芯Ⅰ（17A01）和铁芯Ⅱ（17A04）对称设置于所述压盘（14）两侧，冷却水环Ⅰ（17A03）和线圈Ⅰ（17A02）由下至上套装在铁芯Ⅰ（17A01）上，冷却水环Ⅱ（17A06）和线圈Ⅱ（17A05）由下至上套装在铁芯Ⅱ（17A04）上，铁芯Ⅰ（17A01）和铁芯Ⅱ（17A04）的顶部通过桥铁（17A07）连接，桥铁（17A07）的中心设有用于所述电子束（15）通过的中部通孔（17A08）。
4.根据权利要求3所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述铁芯Ⅰ（17A01）和所述铁芯Ⅱ（17A04）分别嵌设于所述压盘（14）上对称设有的两个凹槽（1403）内，所述冷却水环Ⅰ（17A03）和所述冷却水环Ⅱ（17A06）分别容置于两个凹槽（1403）内。
5.根据权利要求1所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述升降机构（13）包括对称设置的两组连杆组件；
6.根据权利要求1所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述真空腔（1）的两侧设有轨道（5），所述二维平移驱动机构（6）设置于所述真空腔（1）两侧的轨道（5）上；
7.根据权利要求6所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，两个所述轨道方向移动体（601）之间连接有支撑梁（605），支撑梁（605）上设有与所述电子枪（12）连接的拖链（606）。
8.根据权利要求1所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述电子枪（12）包括电子枪壳体及由上至下依次设置于电子枪壳体内的灯丝（1201）、聚束极（1203）、阴极（1202）、阳极（1204）、聚焦线圈（1205）及偏转线圈（1206），其中电子枪壳体的底部设有发射孔（1207）。
9.根据权利要求1所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述送粉机构包括发粉器（3）和铺粉器（4），其中发粉器（3）设置于所述真空腔（1）顶部一端，发粉器（3）用于存储高温合金粉末（18）及定量送粉；铺粉器（4）设置于所述真空腔（1）底部的工作平面（7）上，且位于发粉器（3）的下方，铺粉器（4）用于向所述成型缸（8）内均匀推送高温合金粉末（18）。
10.一种利用权利要求9所述的高温合金薄壁构件增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，包括真空腔（1）及设置于真空腔（1）内的送粉机构、二维平移驱动机构（6）、成型缸（8）、升降平台（10）、水平移动平台（11）、电子枪（12）、升降机构（13）、压盘（14）及电磁搅拌器（17），其中成型缸（8）设置于真空腔（1）底部的工作平面（7）上，升降平台（10）设置于成型缸（8）内，且能够升降；送粉机构用于向成型缸（8）内定量推送高温合金粉末（18）；水平移动平台（11）设置于二维平移驱动机构（6）上，电子枪（12）设置于水平移动平台（11）上，压盘（14）设置于水平移动平台（11）的下方，且通过升降机构（13）与水平移动平台（11）连接，升降机构（13）用于驱动压盘（14）升降；压盘（14）上设有中心孔（1404）及环绕中心孔（1404）的多组电磁搅拌器（17）；电子枪（12）发射的电子束（15）穿过压盘（14）的中心孔（1404）照射至升降平台（10）上的高温合金粉末（18）上形成熔池（16），压盘（14）与高温合金粉末（18）接触，电磁搅拌器（17）对熔池（16）进行电磁搅拌，二维平移驱动机构（6）驱动水平移动平台（11）在成型缸（8）的上方进行水平二维耦合移动，实现增材制造高温合金薄壁构件（9）。
2.根据权利要求1所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述电磁搅拌器（17）包括沿周向均匀布置的a相电磁搅拌器（17a）、b相电磁搅拌器（17b）及c相电磁搅拌器（17c）；
3.根据权利要求2所述的高温合金薄壁构件增材制造装置，其特征在于，所述a相电磁搅拌器（17a）包括铁芯ⅰ（17a01）、线圈ⅰ（17a02）、冷却水环ⅰ（17a03）、铁芯ⅱ（17a04）、线圈ⅱ（17a05）、冷却水环ⅱ（17a06）及桥铁（17a07），其中铁芯ⅰ（17a01）和铁芯ⅱ（17a04）对称设置于所述压盘（14）两侧，冷却水环ⅰ（17a03）和线圈ⅰ（17a02）由下至上套装在铁芯ⅰ（17a01）上，冷却水环ⅱ（17a06）和线圈ⅱ（17a05）由下至上套装在铁芯...
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