[发明专利]通过在金属增材制造中应用原位气体射流撞击的凝固细化和一般相变控制

权利要求书

1.一种射流装置，用在金属增材制造系统中，所述金属增材制造系统包括熔化工具（200），所述熔化工具产生热能源以沉积熔融金属并形成金属熔池（90），所述射流装置（100）包括：

第一导管（10），包括：

入口（15），用于接收冷却气体；以及

孔，连接到用于分配冷却气体的第一喷嘴（25）；

第二导管（60），包括：

入口（65），用于接收冷却气体；以及

孔，连接到用于分配冷却气体的第二喷嘴（75）；

其中：

所述第一导管（10）在所述热能源的一侧附接到产生热能源的所述熔化工具（200），并且所述第二导管（60）在所述热能源的相对的第二侧附接到所述熔化工具；

所述第一喷嘴和所述第二喷嘴（25、75）中的至少一个喷嘴构造为当冷却气体离开所述喷嘴时产生冷却气体的湍流；并且

所述第一喷嘴和所述第二喷嘴（25、75）构造为并定位成在分层金属沉积物形成期间，防止冷却气体吹向所述热能源，并使冷却气体撞击在熔池的自由表面上、或液体与固体之间的边界、或其任何组合。

2.根据权利要求1所述的射流装置，其中，冷却气体向每个喷嘴的流动被独立控制。

3.根据权利要求1或2所述的射流装置，所述射流装置包括耐热材料，所述耐热材料选自钛、钛合金、钨、钨合金、不锈钢、包含铬和镍的合金、以及包含镍、铁、钴、铜、钼、钽、钨和钛中的两种或更多种的合金。

4.根据权利要求1或2所述的射流装置，还包括测量冷却气体的流量的流量计。

5.根据权利要求1或2所述的射流装置，其中，所述导管中的任何一个或多个包括：

多个喷嘴；以及

在每个导管内的多个通道、管道、管子或管线，所述通道、管道、管子或管线中的每一个单独地附接到所述多个喷嘴中的单个喷嘴。

6.根据权利要求1所述的射流装置，其中，至少一个喷嘴包括孔口，冷却气体流过所述孔口，并且其中：

所述孔口具有与所述至少一个喷嘴的横截面形状相同或不同的横截面形状，并且所述孔口的横截面形状选自圆形、椭圆形、卵形、正方形、矩形、菱形、六边形以及八边形；或者

所述孔口具有不对称的横截面形状。

7.根据权利要求6所述的射流装置，其中：

（a）所述第一导管或所述第二导管还包括在冷却气体流过所述第一导管或所述第二导管的流动路径中的凸起或凹陷或其组合，以干扰冷却气体的层流，从而促进冷却气体的湍流；或者

（b）所述第一喷嘴和所述第二喷嘴中的一个或多个还包括在冷却气体流过所述第一喷嘴或所述第二喷嘴的流动路径中的凸起或凹陷或其组合，以干扰冷却气体的层流，从而促进冷却气体的湍流；或者

（c）所述喷嘴中的一个或多个的孔口还包括在冷却气体流过所述孔口的流动路径中的凸起或凹陷或其组合，以干扰冷却气体的层流，从而促进冷却气体的湍流；或者

（d）（a）、（b）和（c）的任何组合。

8.根据权利要求1、6或7所述的射流装置，还包括冷却气体供应装置，其中，每个导管连接到其自身的冷却气体供应装置，并且其中，所述冷却气体供应装置包括调节器，所述调节器能手动地或自动地调节以调节提供至所述导管的冷却气体的流速。