[发明专利]一种利用液态金属进行增材制造的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用液态金属进行增材制造的装置及方法，液态金属在电场和磁场生成的洛伦兹力与重力作用下形成不同的液柱，悬挂冷却器对液态金属进行快速冷却形成金属固件结构，实现液态金属的增材制造。本发明提出的通过施加电磁场并对液态金属熔池通电的增材制造方法可以有效地减少金属固件的制造成本、提高制造的效率，可以大面积的应用到工业实际中去，提高现代工业的制造效率以及制造水平。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种利用液态金属进行快速增材制造的装置及方法。

背景技术

目前，增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，而传统的材料制造技术是去除——切削加工技术。传统的技术需要将金属不断熔炼去除杂质，再通过铸造或者锻造等手段形成一定的形状，之后再予以加工成型。这些步骤之间都会有一定量的金属的损失，使得成型工艺效率很难提高。而增材制造工艺则是包含无模成型、3D打印，快速成型/制模等，可以节省传统制造工艺中一个甚至多个步骤，使得金属固件的制造效率大大增加。

经实验研究液态金属在通电强磁场的情况下，液态金属自由表面会发生局部的聚集并逐渐长高，直至液态金属内部的各个力平衡最后形成一个稳定的液柱形状，因此，液态金属在电磁场下的变化可用于增材制造。因为液态金属受到的外加电磁场会产生洛伦兹力，另外产生的还有感应电流和感应磁场所产生的感应洛伦兹力，这些力会和自由形变的液态金属的重力以及表面张力形成平衡的力，使得液面形成一个稳定的形状。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种利用液态金属进行增材制造的装置及方法，解决了现有技术中金属固件制造损耗的问题，并且使得固件制造效率大大提高。

(二)技术方案

本发明提供一种利用液态金属进行增材制造的装置，其中，该装置包括液态金属熔池、电磁铁和悬挂冷却器；

所述液态金属熔池，用于容置液态金属，其中液态金属熔池底部设置有多个电极；

所述电磁铁，包括磁场N极和磁场S极，分别设置于液态金属熔池的两侧，且与液态金属熔池外壁保持一定距离，磁场S极与磁场N极相对，用于产生平行于液态金属熔池液面的均匀磁场；

所述悬挂冷却器，置于液态金属熔池正上方，与液态金属熔池保持水平，用于冷却液态金属，使液态金属从液态转变成固态；

其中，所述液态金属在电场和磁场生成的洛伦兹力与重力作用下形成不同的液柱，悬挂冷却器对液态金属进行冷却形成金属固件结构，实现液态金属的增材制造。

其中，所述液态金属熔池为耐火材料制成的液态金属熔池。

其中，所述多个电极成排交错设置，且各排相邻电极的孔心距离相等。

其中，所述电极采用的材料为钨、铼、钽、钼、铌、铪、钒、铬、锆、

钛、铜及其合金。

其中，所述悬挂冷却器为陶瓷冷却器，内部通冷却水。

其中，所述悬挂冷却器包括冷却器本体和悬挂臂，所述悬挂臂置于冷却器本体上方。

本发明的另一方面还提供一种利用液态金属进行增材制造的方法，采用上述的利用液态金属进行增材制造的装置，该方法包括：

液态金属熔池底部至少两个电极被加电压产生电场；

电磁铁通电产生平行于液态金属熔池液面的均匀磁场；

液态金属在电场和磁场生成的洛伦兹力与重力作用下形成不同的液柱；以及

悬挂冷却器对液态金属进行冷却形成金属固件结构，实现液态金属的增材制造。