自适应气体保护系统:激光增材制造的革新
2025-02-08 19:13
No.1337864032035807232
技术概要
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本技术介绍了一种创新的自适应气体保护系统,专为激光增材制造设计,以实现惰性气体保护的高效性。该系统通过减少熔池氧化,显著提升了增材制造层的质量。系统特点包括在激光熔覆头上集成的防护罩,内部结构精巧,以适应不同制造需求,确保工艺的稳定性和制品的优异性能。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing,简称AM)作为一种先进的制造技术,近年来在航空航天、汽车、模具、医疗等多个高附加值领域得到了广泛应用。激光增材制造作为其中的一个重要分支,通过激光作为热源将金属粉末或线材在基板表面熔化,并逐层叠加形成所需的结构或零件。这一过程因其能够实现复杂结构的制造、材料利用率高、缩短制造周期等优势,逐渐成为关键零部件制造与修复的重要手段。然而,在激光增材过程中,如何有效控制增材制件的氧化,始终是影响增材质量的难题。 激光增材制造的基本原理是通过高能激光束加热金属粉末,使其熔化并在基板表面形成一层增材层。然而,在高温条件下,熔融金属极易与环境中的氧气发生氧化反应,导致增材层出现氧化物夹杂,影响材料的机械性能和表面质量。特别是在制造高要求的结构件或进行关键零件修复时,氧化问题可能导致材料的脆化、耐磨性和抗腐蚀性能的下降,从而影响整个零件的使用寿命。 为了解决这一问题,通常需要在熔池周围建立一种惰性气体保护环境,以隔离空气中的氧气。常见的惰性气体如氩气或氮气能够有效减少氧气的参与,降低氧化的发生。但传统的气体保护方式通常采用固定喷气嘴或者简单的气罩进行保护,无法根据激光熔覆头的运动路径、离焦量调整、熔池状态等动态工况进行实时的气体保护调节,导致局部区域仍有氧化风险。 在激光增材制造过程中,金属粉末通过粉末输送系统精确地输送至熔池表面。稳定且均匀的粉末流对于形成致密且均匀的增材层至关重要。然而,传统的气体保护装置由于无法灵活调控喷气嘴的角度,可能会对粉末流产生扰动,影响粉末的沉积精度。一旦气体扰动过大,可能导致粉末分散不均,甚至产生飞粉现象,严重影响最终的成形质量。 在激光增材过程中,激光熔覆头需要根据工艺要求频繁调整离焦量,以适应不同的加工要求。离焦量调整时,保护气的喷射方向和气流强度无法同步调整,极易扰乱粉末输送路径,使得粉末无法精确沉积到熔池中,从而影响材料的成形效果。 传统的激光增材气体保护装置在实际应用中暴露出多个技术难题: (1)惰性气体保护不均匀:现有装置多采用简单的气罩或固定的喷气嘴,惰性气体保护范围有限,难以根据激光熔覆头的运动状态实现动态调节,无法提供全方位、稳定的保护气氛; (2)离焦量调整过程中保护气流不稳定:激光熔覆头在调整离焦量时,防护罩保护气喷嘴的固定角度容易对粉末流造成扰动,无法随离焦量变化而实时调整,导致粉末流动轨迹发生偏移,进而影响增材制件的质量; (3)气体消耗大,保护效率低:传统的惰性气体保护方式由于缺乏精确控制,通常需要大量的气体才能形成足够的保护氛围,导致气体浪费严重,增加了生产成本。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
李燕乐  陈恒  戚小霞  葛听雨  刘飞飞  王垚垚  李方义
技术所属: 山东大学
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