[发明专利]一种电场-磁场耦合控制增材制造金属零件凝固组织的方法及装置

权利要求书

1.一种电场－磁场耦合控制增材制造金属零件凝固组织的方法，其特征在于：包括一种增材制造装置，其装置包括原料供应装置单元、熔融烧结系统单元、主控制器和电源，所述电源为各系统提供电能，主控制器控制3D打印装置的各工作单元，其特征在于：所述熔融烧结系统单元包括烧结平台装置和熔融能量装置，所述烧结平台装置包括成形缸(4)，所述成形缸(4)中设置可竖直移动的升降基板(5)，所述升降基板(5)与电场发生装置(3)电连接，在所述成形缸(4)的顶部外围设置有横向磁场发生器(6)和纵向磁场发生器(17)；所述的电场发生装置(3)与主控制器电连接，主控制器控制电场发生器输出不同强度、不同频率或不同波形的激励脉冲或交变信号；

该方法具体如下；

在进行金属零件增材制造时，通过向增材制造装置施加外部电场与磁场，对母材粉末在受激光、电子束或电弧照射后快速熔化－凝固过程进行非接触干预，进而实现对金属零件凝固过程的控制；

首先，在3D打印开始之前，主控制器根据使用者输入的3D打印操作指令参数启动电场发生装置(3)在升降基板(5)下方施加相应的电脉冲，同时主控制器选择启动外部磁场系统中的磁场发生器，并对各磁场发生器产生的磁场进行调控，形成仅有一个磁场方向的单一磁场或具有多个方向的复合磁场；

其次，当3D打印开始时，原料先分别流经粉仓(10)和落粉器(9)，然后通过铺粉装置(8)的水平运动将原料送到目标位置，主控制器控制热源发生器(13)、热源聚焦－偏转装置(14)，使得热源束(15)形成的焦点光斑高速运动，在运动中迅速融化原料粉末，在所述打印零件(2)待加工面上形成微小熔池，通过控制所述热源发生器(13)、热源聚焦－偏转装置(14)，可形成一组水平方向的光斑二维平面运动，依照‘点’形成‘线’，线’形成‘面’的逻辑完成3D打印零件(2)的单层烧结加工的工艺，在微小熔池形成以后，电场发生装置(3)产生的脉冲电流与横向磁场发生器(6)、纵向磁场的纵向磁场发生器(17)产生的磁场相互作用形成触发熔体流动的电磁力，使得枝晶端部受到力的作用后发生剪切，造成枝晶碎断，形成大量新的晶核；同时，熔体的流动减缓了固/液界面前沿的温度梯度，使得两相区成分过冷增加，进而增加了形核率，达到细化晶粒，改善晶粒的形貌，使组织变得均匀致密；

最后，单层烧结加工的工艺完成后，接下来控制器控制所述升降基板(5)在所述成形缸(4)中下降一个层厚的高度，依次重复所述送粉和所述单层烧结加工的工艺，即完成3D打印零件(2)的新一层的烧结加工，多次重复此加工逻辑，逐层使原料熔融堆积，最后3D打印出一个完整零件。

2.如权利要求1所述的一种电场－磁场耦合控制增材制造金属零件凝固组织的方法，其特征在于：向金属零件增材制造装置施加的外部电场是稳横电场、交变电场和脉冲电场中的任意一种电场或任意几种电场混合的综合电场。

3.如权利要求2所述的一种电场－磁场耦合控制增材制造金属零件凝固组织的方法，其特征在于：向金属零件增材制造装置施加的外部磁场是稳横磁场、交变磁场和脉冲磁场中的任意一种磁场或任意几种磁场混合的综合磁场。

4.如权利要求3所述的一种电场－磁场耦合控制增材制造金属零件凝固组织的方法，其特征在于：向金属零件增材制造装置施加的外部磁场方向为竖直方向和水平方向中的任意一种方向或任意几种方向，形成单一方向磁场或多方向多形式的复合磁场，其中竖直方向包括由下至上方向和由上至下方向两种方向，其中水平方向包括由左至右方向、由右至左方向、由前至后方向和由后至前方向四种方向。