[发明专利]连续送粉感应加热金属增材制造方法及装置

权利要求书

1.一种连续送粉感应加热金属增材制造装置，其特征在于，包括：

基板，用于提供增材制造金属层的形成基底；

设置在基板一侧的运动控制装置以及运动单元，所述运动单元上设置有机械手，运动单元被设置用于在所述运动控制装置的控制下移动以驱使机械手在三维空间内运动；

储粉槽，用以储存运送的金属粉末；

低功率感应预热装置，构造为一密封容器，经由第一管连通到所述储粉槽下方；

第一中空铜线圈，螺旋缠绕在所述低功率感应预热装置的外部，用于对经过的金属粉末进行预热；

高功率感应加热装置，包括一连通到低功率感应预热装置的细管；

第二中空铜线圈，螺旋缠绕在所述细管的外部，用于对经过细管的金属粉末加热熔融形成熔滴；

水冷系统，包括水冷箱以及通过水冷电缆在所述第一中空铜线圈、第二中空铜线圈中各自形成的水冷循环通道；

其中，所述机械手夹持所述储粉槽，储粉槽、低功率感应预热装置、高功率感应加热装置以及对应的第一中空铜线圈、第二中空铜线圈均设置在基板的垂直上方位置，并且与机械手保持同步移动，在所述运动单元的驱动下，第二中空铜线圈加热熔融形成的熔滴通过自身重力以及上方熔滴的推进下，落入基板上沉积成型；

所述的运动单元被控制至少在X-Y平面和X-Z平面内运动；

所述储粉槽与所述第一管的连接位置下方以及低功率感应预热装置与所述细管的连接位置下方分别设置有控制阀。

2.根据权利要求1所述的连续送粉感应加热金属增材制造装置，其特征在于，所述水冷系统包括第一水冷电缆以及第二水冷电缆，均设置有入水通道和出水通道，第一水冷电缆与第一中空铜线圈连接，形成第一循环通道，第二水冷电缆与第二中空铜线圈连接，形成第二循环通道。

3.根据权利要求2所述的连续送粉感应加热金属增材制造装置，其特征在于，所述入水通道位于电缆中心，沿着电缆长度方向并截面呈圆形，出水通道位于电缆入水通道外侧，沿着电缆长度方向并截面呈圆环形。

4.根据权利要求3所述的连续送粉感应加热金属增材制造装置，其特征在于，所述水冷系统包括连接到水冷箱的第一入口管、第二入口管、第一出口管和第二出口管，第一入口管连通到第一水冷电缆的入水通道的一端，第一出口管连通到第一水冷电缆的出水通道的一端，第二入口管连通到第二水冷电缆的入水通道的一端，第二出口管连通到第二水冷电缆的出水通道的一端。

5.根据权利要求4所述的连续送粉感应加热金属增材制造装置，其特征在于，所述缠绕到低功率感应预热装置外部的第一中空铜线圈的两端分别接入到第一水冷电缆的另一端，其中一端连通入水通道，另一端连通出水通道。

6.根据权利要求4所述的连续送粉感应加热金属增材制造装置，其特征在于，所述缠绕到高功率感应预热装置外部的第二中空铜线圈的两端分别接入到第二水冷电缆的另一端，其中一端连通入水通道，另一端连通出水通道。

7.根据权利要求2-6中任意一项所述的连续送粉感应加热金属增材制造装置，其特征在于，所述第一水冷电缆以及第二水冷电缆为线材结构相同、尺寸不同的设计，其截面方向从外到内依次包括外部绝缘橡胶层、出水通道、外绝缘层、电缆铜线、内绝缘层以及入水通道。

8.一种使用权利要求1-7中任意一项所述装置的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

真空环境的抽取与保持，包括对装置及所处的环境进行抽真空，直到真空度低于10^-2Pa，然后冲入惰性气体，并监测氧含量；

开启送粉器并通过送粉管向储粉槽送入金属粉末，在储粉槽中的粉末容量达到设定值时控制输送到低功率感应预热装置中，通过第一中空铜线圈进行感应加热，预热粉末；

密封容器内预热的粉末容量达到设定值后控制输送到高功率感应加热装置并通过第二中空铜线圈进行感应加热，熔融粉末形成熔滴，其中第二中空铜线圈的加热功率大于第一中空铜线圈的加热功率，控制熔滴的温度控制在700℃-900℃；

连续熔融态的熔滴通过自身重力以及上方熔滴推进的作用下，落入基板上成型，其中基板的温度通过预热控制在250℃-350℃，并且：在金属层堆积过程中，通过运动单元的三维运动使得熔滴在基板上方的三维空间范围内运动，使得金属层在基板上熔融堆积成型，直至完成打印。