[发明专利]一种液氮随动冷却增材制造装置及方法

说明书

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种液氮随动冷却增材制造装置及方法。包括增材机器人，焊枪枪头，连接机构和喷嘴；增材机器人用于增材制造，增材机器人的头部设有焊枪枪头，喷嘴连接液氮导管，喷嘴通过连接机构和焊枪枪头连接，从而当焊枪移动时，喷嘴跟随焊枪移动进行冷却。本发明可以有效的散失增材制造过程中累加的热量，减小由于过多的热量输入引起的残余应力和变形，提高成型质量和机械性能。针对金属增材制造过程中有可能出现的氧化，采用液氮作为冷却介质进行冷却的过程中，可以在冷却的同时避免增材制造过程中的氧化问题。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种液氮随动冷却增材制造装置及方法。

背景技术

增材制造技术是根据CAD/CAM设计，采用逐层累积的方法制造实体零件的技术，相对于传统的减材制造(切削加工)技术，是一种材料累积的制造方法，金属材料的增材制造过程一般使用的热源有髙能束流和电弧。

在金属增材制造过程中，尤其是增材一些热导率比较低的材料时，如不锈钢、高强钢、高氮钢等，存在热量不容易散失的问题。增材制造样件随着热量不断的累加，材料经历快速熔化和自由凝固等多次热循环过程，其几何精度和成形质量下降。过多的热量输入也会引起残余应力和变形，从而形成较差的机械性能。所以在此背景下，需要发明一种增材过程中随着焊枪同步移动的冷却方法，对增材后的样件进行冷却。

专利号为CN03119343.9的发明专利公开了一种薄壁零件在激光熔敷、热喷涂及焊接加工中的局部高效冷却方法，可以防止薄壁零件在加工过程中的过渡受热、变形、过烧、烧穿。但该方法并不适用于金属增材制造领域。

专利号为CN 108436229 A的发明专利公开了一种用于电弧增材制造的局部冷却装置及其冷却方法，通过紫铜珠与电弧增材结构件、紫铜珠之间及紫铜珠与水冷铜壁之间的柔性接触，将热量传导出去，起到快速冷却的作用。但该装置受到使用空间的限制，并不适用于结构较为复杂的增材制造结构件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液氮随动冷却增材制造装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种液氮随动冷却增材制造装置，包括增材机器人，焊枪枪头，连接机构和喷嘴；

所述增材机器人用于增材制造，增材机器人的头部设有焊枪枪头，所述喷嘴连接液氮导管，喷嘴通过连接机构和焊枪枪头连接，从而当焊枪移动时，喷嘴跟随焊枪移动进行冷却。

进一步的，所述连接机构包括焊枪枪头夹具，连接杆和喷嘴夹具；

所述焊枪枪头夹具为圆环形夹具，用于夹紧焊枪枪头；

所述连接杆为一端带有圆形夹具的圆柱体，用于连接焊枪枪头夹具和喷嘴夹具；

所述喷嘴夹具为两端都带有圆形夹具的圆柱体，用于夹紧连接杆和喷嘴。

进一步的，所述喷嘴通过液氮导管连接自增压液氮瓶，在自增压液氮瓶上安装液氮流量计，实现对喷嘴喷出的液氮的流量调节。

进一步的，还包括红外测温仪，用于监测增材样件表面的温度。

进一步的，还包括红外测温仪夹具，所述红外测温仪通过红外测温仪夹具固定在基板附近的夹具上，使红外测温仪对准增材样件的表面；通过所述红外测温仪夹具调节红外测温仪的高度以及与增材样件的相对距离。

一种利用上述的装置进行增材制造的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将增材成型路径导入增材机器人中；

步骤(2)：装配装置，进行准备工作；

步骤(3)：开始进行增材制造试验，同时打开红外测温仪，打开自增压液氮瓶的阀门，开启液氮流量计并调节流量的大小；