塊材合金制備系統(tǒng)及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種塊材合金制備系統(tǒng)，其包括噴頭、激光設(shè)備及成型設(shè)備，所述成型設(shè)備包括成型臺(tái)以及設(shè)置于成型臺(tái)下方的若干個(gè)可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道，所述成型設(shè)備的降溫速率為1×106k/s以上。本發(fā)明還提供一種塊材合金制備方法，其提供至少一種金屬粉末，使之由噴頭噴出；激光加熱熔融所述噴頭噴出的金屬粉末；提供成型設(shè)備，所述成型設(shè)備包括成型臺(tái)以及設(shè)置于成型臺(tái)下方的若干個(gè)可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道，所述成型設(shè)備的降溫速率為1×106k/s以上，將熔融的金屬粉末在所述成型臺(tái)上冷卻成型為非晶態(tài)塊材合金。本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)及其制備方法中，通過(guò)降溫速率的調(diào)控，以獲得所需制備的非晶態(tài)塊材合金。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
塊材合金制備系統(tǒng)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬3D打印領(lǐng)域，具體涉及一種塊材合金及其制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]金屬3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬作為可粘合原材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。其一般步驟為先將高純度的多種不同金屬粉末比例混合，經(jīng)過(guò)熔融和多次重融的方式制備所需金屬母錠，再將母錠熔融成液體并送入噴嘴，并由噴嘴噴出至冷卻裝置，以獲得所需的塊材合金。
[0003]但是現(xiàn)有的金屬3D打印制備塊材合金過(guò)程中，無(wú)法制備具有特定成分的塊材合金，尤其是非晶態(tài)塊材合金的制備。因此，亟待提供一種可實(shí)現(xiàn)有效控制制成晶態(tài)或非晶態(tài)塊材合金的金屬3D打印技術(shù)。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]為克服目前無(wú)法有效控制晶態(tài)塊材合金3D打印的缺陷，本發(fā)明提供一種塊材合金制備系統(tǒng)及其制備方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題的一技術(shù)方案是提供一種塊材合金制備系統(tǒng)，其包括噴頭、激光設(shè)備及成型設(shè)備，所述噴頭用于噴出至少一種金屬粉末，所述激光設(shè)備用于熔融噴頭噴出的金屬粉末，所述成型設(shè)備包括成型臺(tái)以及設(shè)置于成型臺(tái)下方的若干個(gè)可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道，所述成型設(shè)備的降溫速率為IX 106k/s以上，所述成型設(shè)備用于在成型臺(tái)上冷卻所述熔融后的金屬粉末而獲得非晶態(tài)塊材合金。
[0006]優(yōu)選地，所述成型設(shè)備包括一殼體，所述成型臺(tái)為所述殼體一表面，所述導(dǎo)熱管道平行設(shè)置在殼體內(nèi)，并貫穿所述殼體相對(duì)兩端。
[0007]優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱管道的形狀為直線型、蛇型或折線型中的一種或幾種的組合。
[0008]優(yōu)選地，所述塊材合金制備系統(tǒng)進(jìn)一步包括粉末定量模塊及粉末混合與配送模塊，所述粉末定量模塊與所述粉末混合與配送模塊相連，用于設(shè)定所需制備塊材合金的至少一種金屬粉末的所需用量并輸送給所述粉末混合與配送模塊，所述粉末混合與配送模塊與所述噴頭連接，用于為所述噴頭配送混合均勻的金屬粉末。
[0009]優(yōu)選地，所述塊材合金制備系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制模塊與環(huán)境控制模塊，所述環(huán)境控制模塊對(duì)所述塊材合金制備系統(tǒng)的環(huán)境溫度、濕度、潔凈度進(jìn)行監(jiān)控并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送給所述控制模塊，所述控制模塊依據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)控制所述激光設(shè)備與所述成型設(shè)備。
[0010]優(yōu)選地，所述成型設(shè)備的降溫速率與所述導(dǎo)熱管道內(nèi)通入的冷卻物質(zhì)的流量成正比。
[0011 ]優(yōu)選地，所述冷卻物質(zhì)為液氮、氬氣、二氧化碳或氨氣中的任一種。
[0012]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題的又一技術(shù)方案是提供一種塊材合金制備方法，其至少包括以下步驟:提供至少一種金屬粉末，使之由噴頭噴出；激光加熱熔融所述噴頭噴出的金屬粉末；以I X 106k/s以上的降溫速率快速冷卻所述熔融的金屬粉末以成型為非晶態(tài)塊材合金。
[0013]優(yōu)選地，在所述塊材合金制備方法中，通過(guò)控制降溫速率大小，實(shí)現(xiàn)多級(jí)冷卻。
[0014]優(yōu)選地，所述噴頭的送粉量為微克至克量級(jí)每分鐘。所述激光的光譜范圍為SOOnm?1300nm，所述激光的功率為50W?20kW，所述激光的光斑直徑大小為Ο.?μπι?1mm。
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)及其制備方法，采用一成型設(shè)備，并控制其降溫速率為IX 10/s以上，將激光加熱熔融的金屬粉末在其成型臺(tái)上冷卻成型為所需制備的非晶態(tài)塊材合金，通過(guò)設(shè)置可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道，以提高所述成型設(shè)備的降溫速率的可控性，通過(guò)降溫速率的調(diào)控，獲得所需制備的非晶態(tài)塊材合金，從而實(shí)現(xiàn)晶態(tài)可控的塊材合金的制備。
【【附圖說(shuō)明】】
[0016]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的塊材合金制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3A是本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3B是圖3A中所示靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床另一實(shí)施例的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖4A是本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中多個(gè)粉末混合裝置、粉末輸送裝置及噴頭連接關(guān)系的示意圖。
圖4B是本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中粉末混合裝置中金屬粉末入口的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5A是本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中成型設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5B是圖5A中所示沿B-B方向的剖面示意圖。
[0023]圖6A是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的塊材合金制備系統(tǒng)的第一【具體實(shí)施方式】的示意圖。
[0024]圖6B是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的塊材合金制備系統(tǒng)的第二【具體實(shí)施方式】的示意圖。
[0025]圖6C是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的塊材合金制備系統(tǒng)的第三【具體實(shí)施方式】的示意圖。
[0026]圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例塊材合金制備方法的流程示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0027]為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]如圖1及圖2中所示，本發(fā)明第一實(shí)施例提供了一種塊材合金制備系統(tǒng)10，其包括粉末定量模塊11、粉末混合與配送模塊12、激光熔融成型模塊13、環(huán)境控制模塊14、后處理模塊15和控制模塊16。其中，所述控制模塊16連接控制所述粉末定量模塊11、所述粉末混合與配送模塊12、所述激光熔融成型模塊13、所述環(huán)境控制模塊14及所述后處理模塊15。
[0029]在本發(fā)明中，所述粉末定量模塊11用于設(shè)定所需制備塊材合金的至少一種金屬粉末用量，具體地可對(duì)具有至少一種金屬粉末的塊材合金的成分進(jìn)行快速精確定量分析，并根據(jù)設(shè)定定點(diǎn)配送定量的粉末。在本發(fā)明中，所述粉末定量模塊11可同步設(shè)定多個(gè)成分的塊材合金參數(shù)，便于高通量制備獲得所需的塊材合金。
[0030]所述粉末定量模塊11包括連接的粉末變化設(shè)定模塊111及建模預(yù)設(shè)模塊112。其中，所述粉末變化設(shè)定模塊111用于設(shè)定粉末量變化方案，所述建模預(yù)設(shè)模塊112用于建模及設(shè)定所述激光熔融成型模塊的噴涂路徑。具體地，所述粉末變化設(shè)定模塊111與建模預(yù)設(shè)模塊112可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的粉末種類(lèi)、粉末的各項(xiàng)物理屬性，定量獲得各個(gè)粉末的變化量、初始出粉量等參數(shù)。所述塊材合金制備系統(tǒng)10首先根據(jù)材料樣品庫(kù)設(shè)計(jì)制作3D打印CAD(Compyter Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))模型，生成STL(Stereo Lithography，光固化立體成型)文件，再由CAM(Computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造，利用數(shù)控機(jī)床控制刀具運(yùn)動(dòng)，完成零件制造)軟件將上述生成的STL文件中的模型分層轉(zhuǎn)化為2D薄片，所述塊材合金制備系統(tǒng)10可自動(dòng)生成進(jìn)行金屬3D打印的加工路徑。
[0031]所述粉末定量模塊11進(jìn)一步包括粉末定量裝置113，所述粉末定量裝置113包括但不受限于:刮吸式送粉裝置、聲波/超聲送粉裝置、靜電閥送粉裝置、靜電吸管粉末定量裝置等中的任意一種。
[0032]在本發(fā)明中一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述粉末定量裝置113中預(yù)定所需質(zhì)量及種類(lèi)的金屬粉末的定量輸送是以超聲振動(dòng)毛細(xì)管為核心的高精度粉末遞送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。所述粉末定量裝置113可根據(jù)所述粉末定量模塊11設(shè)定并給出相應(yīng)的出粉量，實(shí)現(xiàn)送粉量為微克至克量級(jí)每分鐘的定量送粉，
[0033]具體地，在所述粉末定量裝置113中，金屬粉末以超聲振動(dòng)的方式對(duì)高精度粉末進(jìn)行遞送，其中，超聲振動(dòng)的輸送劑量為2?160yg/次，其具體輸送劑量的選擇可根據(jù)超聲振動(dòng)的幅度相關(guān)。所述粉末定量裝置113中，所述超聲振動(dòng)頻率為3.125Hz?3200Hz，其超聲振動(dòng)頻率的選擇與單次輸送計(jì)量的重量、金屬粉末粒徑大小及輸送速度相關(guān)。所述超聲振動(dòng)頻率還可進(jìn)一步為3.125Hz?32Hz、33.5Hz?10Hz、100.2Hz?500Hz、521Hz?I 10Hz、1151Hz?1532Hz、1541Hz?2001Hz、1541Hz?2001Hz、2110Hz?2560Hz或2700Hz?3200Hz等。
[0034]所述粉末混合與配送模塊12用于金屬粉末的混合、分散與輸送。具體地，所述粉末混合與配送模塊12與所述激光熔融成型模塊13連接，用于為所述激光熔融成型模塊13提供設(shè)定用量的至少一種金屬粉末。如圖2中所示，所述粉末混合與配送模塊12包括粉末混合裝置121及粉末輸送裝置122。在本發(fā)明一些較優(yōu)的實(shí)施例中，所述粉末輸送裝置122可由管路進(jìn)行替代，所述粉末混合裝置121可與所述激光熔融成型模塊13直接連接或所述粉末混合裝置121與所述激光熔融成型模塊13之間設(shè)置多個(gè)管路連接。
[0035]所述激光熔融成型模塊13包括至少一激光設(shè)備131、至少一噴頭132、一支撐架133及一成型設(shè)備134，所述噴頭132與所述支撐架133之間通過(guò)一滑動(dòng)塊(圖未示)連接，所述支撐架133設(shè)置在所述成型設(shè)備134—側(cè)。所述控制模塊16對(duì)所述激光設(shè)備131進(jìn)行控制。所述滑動(dòng)塊由所述控制模塊16控制，所述滑動(dòng)塊帶動(dòng)所述噴頭132相對(duì)于所述成型設(shè)備134的X軸、Y軸及Z軸方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)金屬粉末3D打印操作。
[0036]由所述粉末混合與配送模塊12送入所述激光熔融成型模塊13的金屬粉末進(jìn)入所述噴頭132中，所述噴頭132可根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)定的路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并在指定的位置噴出所需的種類(lèi)及定量的金屬粉末，金屬粉末噴出的同時(shí)，所述激光設(shè)備131通過(guò)激光將指定位置的所述金屬粉末進(jìn)行激光燒結(jié)。所述噴頭132逐層噴出金屬粉末，所述激光設(shè)備131配合移動(dòng)并進(jìn)行激光燒結(jié)，從而逐層打印出所需的形態(tài)。所述噴頭132與所述粉末混合與配送模塊12之間通過(guò)管路(未標(biāo)號(hào))連接，所述激光設(shè)備131與至少一噴頭132匹配設(shè)置。
[0037]優(yōu)選地，所述噴頭132可設(shè)有至少一個(gè)接入口(圖未示)，其接入口的數(shù)量可為I個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)及5個(gè)等。
[0038]其中，所述激光熔融成型模塊13中，所述激光設(shè)備131所發(fā)出的激光光譜范圍為800nm-1300nm，所述激光設(shè)備131的功率為50W_20kW，所述激光設(shè)備131所產(chǎn)生的激光的光斑直徑大小為Ο.?μπι-lmm。更進(jìn)一步地，所述激光設(shè)備131的功率為60W-14kW。在本發(fā)明中，通過(guò)對(duì)所述激光熔融成型模塊13中所述激光設(shè)備131所產(chǎn)生激光的光譜、功率及光斑直徑進(jìn)行限定，可以更為精準(zhǔn)地控制所述激光熔融成型模塊13的打印操作。
[0039]其中，針對(duì)所述激光的光斑直徑的限定，可保證當(dāng)制備多個(gè)塊材合金時(shí)，制備各個(gè)塊材合金的過(guò)程中，不會(huì)由于光斑過(guò)大，而對(duì)相鄰排布的塊材合金造成影響。
[0040]具體打印的方式如下:分立塊材合金樣品庫(kù)中單個(gè)樣品可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的成分和工藝參數(shù)控制；或可通過(guò)打印時(shí)分層進(jìn)行樣品成分組合及熱力學(xué)工藝組合，以此實(shí)現(xiàn)多元合金相圖塊材合金的制備。在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述成型設(shè)備134為可通入液氮、氬氣的超導(dǎo)熱底座，如所述成型設(shè)備134可使用銀、銅或其他超導(dǎo)熱材料。
[0041]所述環(huán)境控制模塊14與所述激光熔融成型模塊13連接，所述環(huán)境控制模塊14進(jìn)一步包括一可控環(huán)境溫度的箱體(圖未示)，所述可控環(huán)境溫度的箱體內(nèi)設(shè)有環(huán)境溫度、濕度、潔凈度等的監(jiān)控系統(tǒng)。所述環(huán)境控制模塊14可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述激光熔融成型模塊13的運(yùn)作氣壓、環(huán)境溫度、反應(yīng)氣氛等環(huán)境因素的調(diào)控，以獲得最優(yōu)的反應(yīng)環(huán)境。具體地，所述環(huán)境控制模塊14對(duì)所述塊材合金制備系統(tǒng)10的環(huán)境溫度、濕度、潔凈度進(jìn)行監(jiān)控并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送給所述控制模塊16，所述控制模塊16依據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)控制所述激光熔融成型模塊13中的所述激光設(shè)備131與所述成型設(shè)備134。
[0042]在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述控制模塊16控制所述環(huán)境控制模塊14，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述環(huán)境控制模塊14的精準(zhǔn)控制。所述環(huán)境控制模塊14還可用于對(duì)由所述噴頭132噴出的未進(jìn)行反應(yīng)的粉末進(jìn)行存儲(chǔ)，以便于在下一次打印中，未進(jìn)行反應(yīng)的粉末可循環(huán)使用。
[0043]所述后處理模塊15用于對(duì)經(jīng)過(guò)所述激光熔融成型模塊13處理后的金屬3D打印產(chǎn)品進(jìn)行后處理，如拋光、噴砂、上色等操作，從而獲得具有更優(yōu)表面性能的金屬3D打印產(chǎn)品。
[0044]在本發(fā)明一些特別的實(shí)施例中，如需要制備獲得具有特殊層結(jié)構(gòu)及晶態(tài)特性的產(chǎn)品，可采用本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)10進(jìn)行制備。如所述塊材合金制備系統(tǒng)10中可包括多個(gè)可拆卸的粉末混合裝置121與粉末輸送裝置122的組合，其中，第一組合中所述粉末混合裝置121內(nèi)裝有金屬粉末鋁，第二組合中所述粉末混合裝置121內(nèi)裝有金屬粉末銅與金屬粉末鎳的混合物，第三組合中所述粉末混合裝置121內(nèi)裝有金屬粉末銅、金屬粉末鈦及金屬粉末鎳的混合物?？刹鹦兜姆勰┗旌涎b置121以相同的靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化參數(shù)逐步將金屬粉末混合并送至對(duì)應(yīng)設(shè)置的噴頭132中，所述噴頭132由所述控制模塊14控制并移動(dòng)至指定位置，按照程序設(shè)定的順序，所述激光設(shè)備131在所述噴頭132噴出金屬粉末的同時(shí)，產(chǎn)生具有一定光斑及功率大小的激光，從而使金屬粉末受到激光加熱熔融，與此同時(shí)，所述成型設(shè)備134迅速降溫，并達(dá)到一定的降溫速率，使通過(guò)激光加熱熔融的金屬粉末快速成型，并形成晶態(tài)或非晶態(tài)的塊材合金，即可獲得晶態(tài)可控的塊材合金。
[0045]可見(jiàn)，采用本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)10，可快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，而且可以精確控制粉末的供給，在一次加工中實(shí)現(xiàn)不同金屬的組合及變化，還可實(shí)現(xiàn)不同金屬粉末的精確配比，實(shí)現(xiàn)局部特定金屬供給，從而可實(shí)現(xiàn)高通量制備塊材合金，提高實(shí)驗(yàn)的通量與塊材合金材料的研發(fā)效率。
[0046]所述粉末混合裝置121可包括若干個(gè)流化床或離心機(jī)。如圖3A中所示，在本發(fā)明中所述流化床優(yōu)選為靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210。所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210包括一圓柱形筒體，且所述圓柱形筒體底部為一圓錐體。沿所述圓柱形筒體的徑向等間距分布的至少一個(gè)金屬粉末入口 1202及若干個(gè)氣體入口 1201，優(yōu)選地，所述金屬粉末入口 1202與所述氣體入口1201等距交替間隔分布。當(dāng)所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210為采用單種金屬粉末注入時(shí)，則如圖3A中所示，所述金屬粉末入口 1202的數(shù)量為一個(gè);而當(dāng)所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210為用于多種金屬粉末混合時(shí)，則如圖3B中所示，所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210進(jìn)一步包括三個(gè)金屬粉末入口 1202。
[0047]在所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210內(nèi)氣體帶動(dòng)金屬粉末同時(shí)做徑向和切向運(yùn)動(dòng)，具體地，氣體的切向運(yùn)動(dòng)對(duì)金屬粉末產(chǎn)生切向作用力并驅(qū)動(dòng)金屬粉末做切向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從而使金屬粉末受到向外離心力作用，并在所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210的外周形成做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的金屬粉末床層(如圖3A中A處所示)；通過(guò)氣體徑向運(yùn)動(dòng)對(duì)金屬粉末產(chǎn)生指向所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210中心的徑向作用力，而當(dāng)作用力超過(guò)離心力時(shí)，金屬粉末便會(huì)得到徑向流化。所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210的直徑為0.2m-0.5m。采用靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210，可實(shí)現(xiàn)兩種及以上金屬粉末的精準(zhǔn)混合。
[0048]在本發(fā)明一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210中，多個(gè)所述金屬粉末入口 1202可為同高度設(shè)置，同高度設(shè)置的所述金屬粉末入口 1202可實(shí)現(xiàn)多種金屬粉末的水平注入，進(jìn)一步通過(guò)控制流量及粉末輸送速度等，可實(shí)現(xiàn)多種粉末的有效混合。在本發(fā)明另外的一些實(shí)施例中，所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210中，多個(gè)所述金屬粉末入口 1202之間還可為不同高度設(shè)置，所述金屬粉末入口 1202高度的選擇可根據(jù)注入的金屬粉末的質(zhì)量決定，如金屬粉末的質(zhì)量越大，則其注入粉末的金屬粉末入口的高度越高，從而避免具有不同質(zhì)量的粉末由于重量差異而無(wú)法充分混合及分散均勻。
[0049]在本發(fā)明中，為了實(shí)現(xiàn)多種金屬粉末的精準(zhǔn)激光燒結(jié)，則可根據(jù)需求選用多個(gè)具有數(shù)量及分布位置不同的金屬粉末入口 1202的多種靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210，以獲得最優(yōu)的金屬粉末混合及分散效果。
[0050]在本發(fā)明中，為了獲得最優(yōu)的金屬粉末混合分散效果，則所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210的載氣流流量為l.0L/min?15L/min，金屬粉末的粒度較優(yōu)地為20μπι?200μπι，所述金屬粉末入口 1202中金屬粉末的輸送量為0.lg/min?30g/min。更進(jìn)一步地，所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210的載氣流流量為1.3L/min?10L/min，金屬粉末的粒度較優(yōu)地為50μπι?200μπι，所述金屬粉末入口 1202中金屬粉末的輸送量為0.5g/min?25g/min。
[0051]其中，所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210內(nèi)的載氣成分不受限定，較優(yōu)地為惰性氣體，如氮?dú)?、氬氣等，在一些較優(yōu)的實(shí)施例中，所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化床1210內(nèi)還可支持多元?dú)廨d體保護(hù)。
[0052]在所述粉末混合與配送模塊12中，金屬粉末由載氣并經(jīng)過(guò)管路流入所述粉末混合裝置121中，經(jīng)由湍流快速混合后由氣路輸送至所述激光熔融成型模塊13。
[0053]所述粉末混合與配送模塊12中，將所述粉末混合裝置121與所述粉末配送裝置122結(jié)合使用，可有效提高金屬粉末混合效果，可有效將粒徑較小的金屬粉末打散后，使其在一定的速度和振動(dòng)頻率下傳送，在這一過(guò)程中金屬粉末不會(huì)再次發(fā)生團(tuán)聚。
[0054]在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述粉末混合裝置121可直接與所述噴頭132連接，所述噴頭132用以噴出由所述粉末混合裝置121混合后的金屬粉末。
[0055]如圖4A中所示，在本發(fā)明另外一些【具體實(shí)施方式】中，所述粉末混合與配送模塊12a可包括若干個(gè)粉末混合裝置121a及若干個(gè)粉末輸送裝置122a，所述粉末混合裝置121與所述粉末輸送裝置122a連接。如圖4A中所示，在本發(fā)明一些較優(yōu)的實(shí)施例中，所述粉末混合裝置121與所述粉末輸送裝置122a為一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，多個(gè)所述粉末輸送裝置122a進(jìn)一步與一噴頭132a連接，可實(shí)現(xiàn)由所述噴頭132a同時(shí)噴出一種或多種金屬粉末。在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，多個(gè)所述粉末輸送裝置122a還可與一個(gè)噴頭132a連接，所述噴頭132a可包括所述噴頭132a與多個(gè)所述粉末輸送裝置122a之間還可設(shè)置一金屬粉末選擇裝置(圖未示)，其中，所述金屬粉末選擇裝置可用于控制由一個(gè)或多個(gè)所述粉末輸送裝置122a往所述噴頭132a內(nèi)輸送金屬粉末。
[0056]在本發(fā)明另外一些【具體實(shí)施方式】中，所述粉末混合與配送模塊12b僅包括一個(gè)粉末混合裝置121b，優(yōu)選地，如圖4B中所示，所述粉末混合裝置121b包括四個(gè)同高度設(shè)置的金屬粉末入口 1202b，所述金屬粉末入口 1202b內(nèi)依次通入金屬粉末鋁、金屬粉末鎳、金屬粉末銅、金屬粉末鈦，上述金屬粉末的粒徑大小滿(mǎn)足20?200μπι的要求。所述粉末混合裝置121b與一粉末輸送裝置(圖未示)、一噴頭(圖未示)連接，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)混合后輸出粉末，具體地，當(dāng)需要銅鋁合金粉末時(shí)，在其中兩個(gè)所述金屬粉末入口 1202b內(nèi)通入適量比例的金屬粉末銅與金屬粉末鋁，進(jìn)入所述粉末混合裝置121b內(nèi)進(jìn)行混合分散后，將混合后的金屬粉末經(jīng)由所述粉末輸送裝置、一噴頭輸出至所述成型設(shè)備134上。當(dāng)完成上述銅鋁塊材合金的制備后，調(diào)整所述噴頭的位置，重復(fù)上述的輸入金屬粉末、金屬粉末混合、輸送等步驟，可進(jìn)行下一種塊材合金的制備。由于所述粉末混合裝置122b特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)置，因此進(jìn)入所述粉末混合裝置122b中進(jìn)行混合的金屬粉末不易出現(xiàn)殘留，從而保證塊材合金制備的精準(zhǔn)度。
[0057]本發(fā)明上述所列舉的實(shí)施例可適用于不同成分的塊材合金的制備過(guò)程中，上述實(shí)施方式僅作為解釋說(shuō)明，并不作為本發(fā)明的限定。
[0058]如圖5A-圖5B中所示，在本發(fā)明一個(gè)較優(yōu)的實(shí)施例中，所述成型設(shè)備134包括一殼體1342、成型臺(tái)1340與若干個(gè)導(dǎo)熱導(dǎo)管1341。所述殼體1342為一中空腔體，所述成型臺(tái)1340為所述殼體1342—表面。所述導(dǎo)熱導(dǎo)管1341位于所述成型臺(tái)1340下，并平行設(shè)置在殼體1342內(nèi)，并貫穿所述殼體1342相對(duì)兩端。在所述導(dǎo)熱管道1341與所述殼體1342內(nèi)壁之間空隙的填充材料1343。所述金屬粉末在殼體1342的其中一面上成型并形成所需塊材合金。
[0059]其中，所述殼體1342的材質(zhì)可為表面鍍有鎳或其他金屬的銅，其中，鍍?cè)阢~表面的鎳及其他金屬層可起到隔離的作用，防止所述殼體1342在激光加熱熔融過(guò)程中受損。
[0060]所述導(dǎo)熱管道1341內(nèi)可通入冷卻物質(zhì)，所述冷卻物質(zhì)可為液氮、氬氣、二氧化碳或氨氣等中的任一種。為了獲得更優(yōu)的導(dǎo)熱效果，所述導(dǎo)熱管道1341采用高強(qiáng)度材質(zhì)制成，如尚強(qiáng)度鋼等。
[0061]所述導(dǎo)熱管道1341的形狀可為直線型、蛇型或折線型中的一種或幾種的組合。如圖5B中所示，所述導(dǎo)熱管道1341a為蛇型、所述導(dǎo)熱管道1341b為直線型、所述導(dǎo)熱管道1341c為折線型及所述導(dǎo)熱管道1341d為直線型。所述導(dǎo)熱管道1341的特殊形狀設(shè)計(jì)，可增大冷卻物質(zhì)與所述殼體1342接觸的面積，從而有利于液氮、氬氣、二氧化碳或氨氣等冷卻物質(zhì)通入所述導(dǎo)熱管道1341后，獲得更優(yōu)的降溫效果，并進(jìn)一步使降溫幅度及其頻率更為穩(wěn)定。
[0062]特別地，在本發(fā)明中，為了獲得晶態(tài)可調(diào)節(jié)的塊材合金，需要對(duì)所述成型設(shè)備134進(jìn)一步的限定。
[0063]在本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)10中，所述成型設(shè)備134的降溫速率與所述導(dǎo)熱管道1341內(nèi)通入的冷卻物質(zhì)的流量(如冷卻物質(zhì)單位時(shí)間的通入量及通入速率)成正比。通過(guò)控制冷卻物質(zhì)的流量控制降溫速率大小，實(shí)現(xiàn)所述成型設(shè)備的多級(jí)冷卻。
[0064]在本發(fā)明一些實(shí)施例中，所述殼體1342內(nèi)包括至少三個(gè)并排等間距設(shè)置的所述導(dǎo)熱管道1341，其冷卻物質(zhì)的流量與降溫速率的關(guān)系如下:
[0065]如采用液氮為冷卻物質(zhì)時(shí)，所述液氮通入所述導(dǎo)熱管道1341的總流量?jī)?yōu)選為20-500L/min，具體地，當(dāng)液氮通入單個(gè)導(dǎo)熱管道的流量具體為20L/min時(shí)，其對(duì)應(yīng)的所述成型設(shè)備的降溫速率為lX10/s;當(dāng)液氮通入單個(gè)導(dǎo)熱管道的流量具體為60L/min時(shí)，其對(duì)應(yīng)的所述成型設(shè)備的降溫速率為5 X 106k/s。
[0066]如采用氬氣為冷卻物質(zhì)時(shí)，所述氬氣通入所述單個(gè)導(dǎo)熱管道1341的總流量?jī)?yōu)選為20-500L/min，具體地，當(dāng)氬氣通入單個(gè)導(dǎo)熱管道的流量為30L/min時(shí)，其對(duì)應(yīng)的所述成型設(shè)備的降溫速率為1.6X10/s;當(dāng)氬氣通入單個(gè)導(dǎo)熱管道的流量為50L/min時(shí)，其對(duì)應(yīng)的所述成型設(shè)備的降溫速率為4.6 X 106k/s;當(dāng)氬氣通入單個(gè)導(dǎo)熱管道的流量為100L/min時(shí)，其對(duì)應(yīng)的所述成型設(shè)備的降溫速率為lX107k/s。
[0067]具體地，通過(guò)調(diào)整所述成型設(shè)備134的所述導(dǎo)熱管道1341內(nèi)通入的冷卻物質(zhì)的類(lèi)型、用量、通入速率等條件或參數(shù)，可對(duì)所述激光熔融成型模塊13內(nèi)所述成型設(shè)備134所提供的降溫速率進(jìn)行調(diào)控，從而可制備獲得所需的塊材合金，如當(dāng)需要制備具有非晶態(tài)塊材合金時(shí)，需要使通過(guò)激光加熱熔融制備獲得的塊材合金急速降溫，其降溫速率為I X 106k/s以上。在本發(fā)明中，采用所述成型設(shè)備134，并控制所述成型設(shè)備134的降溫速率為IX 10/S以上，將激光加熱熔融的金屬粉末在其成型臺(tái)上冷卻成型為所需制備的非晶態(tài)塊材合金，通過(guò)設(shè)置可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道，以提高所述成型設(shè)備的降溫速率的可控性，從而通過(guò)降溫速率的調(diào)控，獲得所需制備的非晶態(tài)塊材合金，實(shí)現(xiàn)晶態(tài)可控的塊材合金的制備。在本發(fā)明一些較優(yōu)的實(shí)施例中，為了獲得更優(yōu)的高通量制備塊材合金的方法，所述塊材合金制備系統(tǒng)10可進(jìn)一步包括多個(gè)所述成型設(shè)備134，每個(gè)所述成型設(shè)備134的降溫速率可為相同或不相同。如在一具體實(shí)施例中，所述塊材合金制備系統(tǒng)10中包括4個(gè)所述成型設(shè)備134，所述成型設(shè)備134的降溫速率依次為2\1061^、1\10/8、5\10/8及1\1081^等。在實(shí)際應(yīng)用中，所述塊材合金制備系統(tǒng)10所包括的成型設(shè)備134的數(shù)量及降溫速率可根據(jù)所需進(jìn)行高通量塊材合金制備的要求相應(yīng)的增加或減少。
[0068]更進(jìn)一步地，一個(gè)所述成型設(shè)備134包括一殼體1342，多個(gè)成型設(shè)備134則包括多個(gè)位于所述殼體1342—表面的成型臺(tái)1340，不同的所述成型臺(tái)之間的降溫速率不同。所述成型臺(tái)1340上可設(shè)置用于承載塊材合金的基板，多個(gè)所述基板分別設(shè)置在一所述成型臺(tái)上;或當(dāng)所述基板為一個(gè)時(shí)，則所述基板設(shè)置在多個(gè)所述成型臺(tái)之上;或當(dāng)所述基板為一個(gè)時(shí)，則所述基板與所述成型臺(tái)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。
[0069]通過(guò)上述的設(shè)置，可在同一基板或不同基板上形成不同降溫速率，以在一所述塊材合金制備系統(tǒng)10中制備獲得具有不同晶態(tài)的塊材合金，為高通量制備塊材合金提供更多可選擇的變化因素，從而提高本發(fā)明塊材合金制備系統(tǒng)的適用性。
[0070]在本發(fā)明中一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所選用的激光設(shè)備可包括但不受限于:ND/YAG(Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet,慘欽的乾招石植石，激光光譜為1060nm)激光器、0)2激光器(激光光譜為106011111)、0&)1^8激光器(激光光譜為85011111)或0&)8激光器(激光光譜為904nm)中的任一種。一般而言，對(duì)于現(xiàn)有常用的小型塊材合金制備系統(tǒng)中，可采用激光功率為50W、100W、400W或1000W的激光設(shè)備。
[0071]請(qǐng)參閱6A-圖6C，本發(fā)明提供三種采用本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的系統(tǒng)進(jìn)行塊材合金制備的【具體實(shí)施方式】，圖示的【具體實(shí)施方式】采用本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的塊材合金制備系統(tǒng)進(jìn)行制備，如圖6A-圖6C中所示的【具體實(shí)施方式】中，所選用的激光器為CO2激光器。
[0072]在第一【具體實(shí)施方式】中，如圖6A中所示，提供一具有若干橫縱分布的凹槽的基板601，所述基板601放置在所述成型設(shè)備134的成型臺(tái)1340之上。噴頭132向所述基板601的縱向排布的凹槽內(nèi)噴涂混合不同比例金屬粉末的材料，并進(jìn)行相同的激光功率的熔融急冷；噴頭132向所述基板601的橫向排布的凹槽內(nèi)噴涂混合相同比例金屬粉末的材料，并進(jìn)行不相同的激光功率的熔融急冷。
[0073]如圖6A中與RI方向平行的每行的凹槽內(nèi)內(nèi)激光加熱熔融制備塊材合金所需的瞬時(shí)激光功率依次為4kW、5.2kW、8.4kW、10.8kW&12.8kW。在本【具體實(shí)施方式】中，所述激光光斑直徑大小均為0.5μπι，其熔融急冷的速度均為2 X 106k/s。
[0074]在第二【具體實(shí)施方式】中，如圖6B中所示，提供一基板602，本【具體實(shí)施方式】與上述第一【具體實(shí)施方式】的區(qū)別在于:噴頭132在所述基板602上噴涂形成陣列分布的條狀體，所述條狀體由所述噴頭132逐層噴涂形成。其中，每個(gè)設(shè)置在基板602之上的條狀體內(nèi)逐層之間的金屬粉末的種類(lèi)及比例可為相同或不同，而熔融急冷形成每個(gè)條狀體的激光功率也可為相同或不同，如當(dāng)在同一條狀體內(nèi)成分相同而變激光功率打印時(shí)，則不同條狀體間的成分不同；而當(dāng)同一條狀體內(nèi)成分不同而同激光功率打印時(shí)，則不同條狀體間變激光功率打印。
[0075]在第三【具體實(shí)施方式】中，如圖6C中所示，提供一基板603，本【具體實(shí)施方式】與上述第一、第二【具體實(shí)施方式】的區(qū)別在于:噴頭132所述基板603之上逐層熔融冷卻形成所需形狀的塊材合金，所形成的塊材合金內(nèi)逐層可變激光功率變材料成分打印，從而可獲得具有特定成分及特性性能的塊材合金。
[0076]通過(guò)上述的第一至第三具體實(shí)施例，可知，所述基板(如基板601、基板602與基板603)之上可設(shè)置至少一個(gè)塊材合金;不同的所述塊材合金由所述激光設(shè)備以不同激光功率熔融成分比例相同的金屬粉末制備而成或多個(gè)所述塊材合金由所述激光設(shè)備以相同激光功率熔融成分比例不同的金屬粉末制備而成。
[0077]在本發(fā)明一些較優(yōu)的實(shí)施例中，所述激光設(shè)備的瞬時(shí)功率還可進(jìn)一步達(dá)到kW-MW級(jí)別。所述激光設(shè)備的瞬時(shí)功率越大，則激光熔融相同金屬的時(shí)間則越短，相對(duì)的激光熔融對(duì)與正在制備的塊材合金相鄰的已生成的材料或塊材合金所造成的熱損傷則越小，從而使制備的合金塊材具有更加優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特性和力學(xué)特性。
[0078]設(shè)置在所述基板之上的同一塊材合金由多個(gè)層結(jié)構(gòu)組成，多個(gè)所述層結(jié)構(gòu)由所述激光設(shè)備以不同激光功率熔融成分比例相同的金屬粉末制備而成或多個(gè)所述層結(jié)構(gòu)由所述激光設(shè)備以相同激光功率熔融成分比例不同的金屬粉末制備而成。
[0079]更進(jìn)一步地，本發(fā)明的第二實(shí)施例提供一種塊材合金制備方法，其包括如下的步驟:
[0080]步驟SlOl，設(shè)定粉末量變化方式；
[0081 ]步驟S102，建模及設(shè)定噴涂路徑；
[0082]步驟S103，粉末定量及混合；
[0083]步驟S104，粉末輸出、激光熔融、冷卻及成型；
[0084]步驟S105，塊材合金后處理。
[0085]其中，上述的步驟S101、步驟S102對(duì)應(yīng)本發(fā)明第一實(shí)施例中的粉末定量模塊11中的粉末變化設(shè)定模塊111及建模預(yù)設(shè)模塊112，上述的步驟S103對(duì)應(yīng)本發(fā)明第一實(shí)施例中的粉末定量模塊11中粉末定量裝置113與粉末混合與輸送模塊12，上述的步驟S104對(duì)應(yīng)所述激光熔融成型模塊14，所述步驟S105對(duì)應(yīng)后處理模塊15。
[0086]在本發(fā)明第二實(shí)施例的第一個(gè)變形實(shí)施方式中，所述塊材合金制備方法可包括如下的步驟:
[0087]提供至少一種金屬粉末；以超聲振動(dòng)粉末定量方式獲得預(yù)定所需質(zhì)量及種類(lèi)的金屬粉末，對(duì)所述預(yù)定質(zhì)量及種類(lèi)的金屬粉末進(jìn)行熔融冷卻，獲得所需的塊材合金。
[0088]在本發(fā)明第二實(shí)施例的第二個(gè)變形實(shí)施方式中，所述塊材合金制備方法可包括如下的步驟:
[0089]提供至少一金屬粉末;采用靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化方式對(duì)至少一種金屬粉末進(jìn)行混合分散;以激光加熱熔融所述混合后的金屬粉末，冷卻所述熔融的金屬粉末獲得所需塊材合金。
[0090]在本發(fā)明第二實(shí)施例的第三個(gè)變形實(shí)施方式中，所述塊材合金制備方法可包括如下的步驟:
[0091]提供至少一種金屬粉末，使之由所述噴頭噴出；激光加熱熔融所述噴頭噴出的金屬粉末；以IX 10/s以上的降溫速率快速冷卻所述熔融的金屬粉末以成型為非晶態(tài)塊材
I=IO
[0092]進(jìn)一步地，提供成型設(shè)備，所述成型設(shè)備包括成型臺(tái)以及設(shè)置于成型臺(tái)下方的若干個(gè)可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道，所述成型設(shè)備的降溫速率為IX 10/s以上，將熔融的金屬粉末在所述成型臺(tái)上冷卻成型為非晶態(tài)塊材合金。
[0093]所述塊材合金制備方法中對(duì)金屬粉末進(jìn)行激光加熱熔融中包括采用液氮或氬氣等對(duì)通過(guò)激光加熱熔融制備獲得的塊材合金進(jìn)行降溫，以獲得非晶態(tài)塊材合金。
[0094]在上述塊材合金制備方法中，可通過(guò)控制降溫速率大小，實(shí)現(xiàn)多級(jí)冷卻。具體為通過(guò)控制所述成型設(shè)備中的導(dǎo)熱管道中冷卻物質(zhì)通入的速率與通入量，從而對(duì)所述成型設(shè)備的降溫速率進(jìn)行控制。
[0095]進(jìn)一步地，所述塊材合金制備方法中，所述金屬粉末粒度為20?200μηι。所述金屬粉末的種類(lèi)可為金屬粉末鋁、金屬粉末銅、金屬粉末鈦、金屬粉末鎳、工具鋼、馬氏體鋼、不銹鋼、鈦合金、招合金、鎳基合金、銅基合金、鈷珞合金等。
[0096]所述超聲振動(dòng)粉末定量方式中，每次的金屬粉末輸送劑量為2yg?160yg，所述超聲振動(dòng)頻率為3.125Hz?3200Hz。
[0097]進(jìn)一步地，所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化方式中，金屬粉末的輸送量為0.lg/min?30g/min，旋轉(zhuǎn)流化的載氣流流量為l.0L/min?15L/min。
[0098]上述針對(duì)所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)流化方式、所述超聲振動(dòng)方式中具體參數(shù)限定的優(yōu)選范圍與本發(fā)明第一實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容一致，在此不再贅述。
[0099]所述激光加熱熔融制備過(guò)程中，所需的激光的光譜范圍為800nm?1300nm，所述激光的功率為50W?20kW，所述激光的光斑直徑大小為0.Ιμπι?1mm。
[0100]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，至少一種金屬粉末進(jìn)行混合后由氣路實(shí)時(shí)混合及輸送至一噴頭，所述噴頭根據(jù)所需路徑采用混合后的金屬粉末進(jìn)行打印。
[0101]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述塊材合金制備方法中，所述噴頭的送粉量為微克至克量級(jí)每分鐘。
[0102]本發(fā)明第三實(shí)施例提供一種塊材合金制備系統(tǒng)的應(yīng)用，如本發(fā)明第一實(shí)施例中所述的塊材合金制備系統(tǒng)用于在一基板之上制備多個(gè)塊材合金;多個(gè)所述塊材合金由不同激光功率的激光加熱熔融成分比例相同的金屬粉末制備而成或多個(gè)所述塊材合金由相同激光功率的激光加熱熔融成分比例不同的金屬粉末制備而成。
[0103]更進(jìn)一步地，在上述的同一所述塊材合金由多個(gè)層結(jié)構(gòu)組成，多個(gè)所述層結(jié)構(gòu)由不同激光功率的激光加熱熔融成分比例相同的金屬粉末制備而成或多個(gè)所述層結(jié)構(gòu)由相同激光功率的激光加熱恪融成分比例不同的金屬粉末而制備而成。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可通過(guò)采用計(jì)算機(jī)輔助塊材合金分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出所述塊材合金樣品庫(kù)，其是利用文獻(xiàn)結(jié)果和積累的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)獲得的塊材合金樣品庫(kù)。具體需要把所需求的塊材合金配比設(shè)在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)，然后利用組合技術(shù)層層逼近目的塊材合金配比，并最終從成千上萬(wàn)樣品中篩選獲得最優(yōu)的塊材合金組分。其最大特點(diǎn)是可以一次合成成百上千個(gè)目標(biāo)塊材合金組分，通過(guò)采用本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)及其制備方法可實(shí)現(xiàn)快速獲取最優(yōu)配比，而這些塊材合金組分的制備獲得如僅依靠于傳統(tǒng)方法來(lái)是無(wú)法快速完成的。
[0104]在本發(fā)明的一些較優(yōu)的實(shí)施例中，所述塊材合金制備方法進(jìn)一步包括對(duì)塊材合金樣品庫(kù)中的單個(gè)樣品塊材合金的成分及其制備工藝參數(shù)進(jìn)行控制。如當(dāng)制備三元、四元塊材合金制備時(shí)，采用本發(fā)明所提供的塊材合金制備方法，可實(shí)現(xiàn)多元塊材合金的制備，還可在塊材合金的不同部位進(jìn)行不同塊材合金的組合，進(jìn)一步可實(shí)現(xiàn)所述塊材合金層間熱力學(xué)工藝組合，從而可制備獲得具有特定部分及特定合金種類(lèi)的塊材合金。
[0105]為了獲得性能更優(yōu)異的塊材合金，需要對(duì)金屬3D打印環(huán)境的環(huán)境溫度、濕度、潔凈度進(jìn)行監(jiān)控。
[0106]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中所提供的塊材合金制備系統(tǒng)及其制備方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0107](I)本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)包括噴頭、激光設(shè)備及成型設(shè)備，所述成型設(shè)備用于冷卻由所述噴頭噴出并由激光設(shè)備激光加熱熔融的至少一金屬粉末;所述成型設(shè)備包括若干個(gè)可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道，所述成型設(shè)備的降溫速率為IX 10/s以上。采用本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)塊材合金的制備，從而實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)合成變成分的塊材合金，從而提高目前塊材合金材料的研發(fā)效率。
[0108](2)本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)包括一殼體，所述成型臺(tái)為所述殼體一表面，所述導(dǎo)熱管道平行設(shè)置在殼體內(nèi)，所述殼體具有較優(yōu)的導(dǎo)熱性能，且為所述金屬粉末提供具有降溫快速且均衡的載物平面，從而可對(duì)所制備獲得的塊材合金的結(jié)構(gòu)及成分實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的調(diào)控。
[0109](3)本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中，所述導(dǎo)熱管道的形狀為直線型、蛇型或折線型中的一種或幾種的組合。這樣的設(shè)計(jì)，可有效增大通入所述導(dǎo)熱管道中的冷卻物質(zhì)與所述殼體及在所述殼體上成型的塊材合金的接觸面積，從而提高冷卻降溫的效率，提高塊材合金制備的精準(zhǔn)度。
[0110](4)本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中，所述塊材合金制備系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接設(shè)置的金屬粉末定量模塊及粉末混合與配送模塊，所述金屬粉末定量模塊用于設(shè)定所需制備塊材合金的至少一種金屬粉末用量，所述粉末混合與配送模塊與所述噴頭連接，用于為噴頭提供設(shè)定用量的至少一種金屬粉末。采用所述金屬粉末定量模塊及所述粉末混合與配送模塊，可獲得混合分散效果更好的多種金屬粉末的混合物，從而可更為精確地控制形成塊材合金的成分及各種金屬粉末之間的比例，避免金屬粉末原料的浪費(fèi)。
[0111](5)本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中，所述塊材合金制備系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制模塊與環(huán)境控制模塊，所述控制模塊分別連接所述噴頭、所述激光設(shè)備及所述成型設(shè)備，所述控制模塊控制所述激光設(shè)備的打印激光脈沖寬度、幅值和頻率。通過(guò)設(shè)置所述控制模塊，可有效控制不同成分的塊材合金的工藝參數(shù)，以獲得具有不同性質(zhì)與成分的塊材合金。進(jìn)一步地，所述環(huán)境控制模塊可對(duì)所述塊材合金制備系統(tǒng)內(nèi)的多項(xiàng)環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)控，并將監(jiān)控信息反饋給控制模塊，從而可進(jìn)一步提高控制模塊控制的精準(zhǔn)度，以獲得更優(yōu)的塊材合金制備效果。
[0112](6)本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中，進(jìn)一步限定所述成型設(shè)備的降溫速率與所述導(dǎo)熱管道內(nèi)通入的冷卻物質(zhì)的流量成正比，可進(jìn)一步對(duì)所述成型設(shè)備的降溫速率進(jìn)行控制，提高對(duì)所述塊材合金制備的工藝參數(shù)可控性，以獲得具有特定晶態(tài)的塊材合金成品O
[0113](7)本發(fā)明所提供的塊材合金制備系統(tǒng)中所述冷卻物質(zhì)為液氮、氬氣、二氧化碳或氨氣，基于液氮、氬氣、二氧化碳或氨氣的特性作為所述塊材合金制備系統(tǒng)中的冷卻物質(zhì)，可快速獲得所需的冷卻降溫速率，且溫度穩(wěn)定，可有效提高所制備獲得性能更優(yōu)異、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的彳_晶態(tài)塊材合金。
[0114](8)本發(fā)明所提供的塊材合金制備方法中，限定成型設(shè)備可包括設(shè)置在成型臺(tái)下方的若干個(gè)可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道并進(jìn)一步限定所述成型設(shè)備的降溫速率為I X106k/s以上從而可制備獲得所需的非晶態(tài)塊材合金，且非晶態(tài)塊材合金的制備過(guò)程中塊材合金晶態(tài)的可控度較高。
[0115](9)在所述塊材合金制備方法匯總，可通過(guò)控制降溫速率大小，從而實(shí)現(xiàn)多級(jí)冷卻，根據(jù)不同的降溫速率，可制備晶態(tài)可控的塊材合金。
[0116](10)采用本發(fā)明所提供的塊材合金制備方法的激光加熱熔融制備過(guò)程中，所需的激光光譜范圍為800nm?1300nm，所述激光的功率為50W?20kW，通過(guò)對(duì)激光加熱熔融工藝參數(shù)的限定，可在一更為精準(zhǔn)的激光功率、光譜的范圍內(nèi)精準(zhǔn)地制備獲得所需的塊材合金。此外，所述激光光斑直徑大小限定為0.Ιμπι?1mm，可保證當(dāng)制備多個(gè)塊材合金時(shí)，制備各個(gè)塊材合金的過(guò)程中，不會(huì)由于光斑過(guò)大，而對(duì)相鄰排布的塊材合金造成影響。
[0117](11)本發(fā)明所提供的塊材合金制備方法中，所述噴頭的送粉量為微克至克量級(jí)每分鐘，因此可制備多種不同尺寸大小及形狀的塊材合金成品。
[0118]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)所作的任何修改，等同替換和改進(jìn)等均應(yīng)包含本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種塊材合金制備系統(tǒng)，其特征在于:其包括噴頭、激光設(shè)備及成型設(shè)備，所述噴頭用于噴出至少一種金屬粉末，所述激光設(shè)備用于熔融噴頭噴出的金屬粉末，所述成型設(shè)備包括成型臺(tái)以及設(shè)置于成型臺(tái)下方的若干個(gè)可通入冷卻物質(zhì)的導(dǎo)熱管道，所述成型設(shè)備的降溫速率為IX 10/s以上，所述成型設(shè)備用于在成型臺(tái)上冷卻所述熔融后的金屬粉末而獲得非晶態(tài)塊材合金。2.如權(quán)利要求1所述塊材合金制備系統(tǒng)，其特征在于:所述成型設(shè)備包括一殼體，所述成型臺(tái)為所述殼體一表面，所述導(dǎo)熱管道平行設(shè)置在殼體內(nèi)，并貫穿所述殼體相對(duì)兩端。3.如權(quán)利要求2所述塊材合金制備系統(tǒng)，其特征在于:所述導(dǎo)熱管道的形狀為直線型、蛇型或折線型中的一種或幾種的組合。4.如權(quán)利要求1所述塊材合金制備系統(tǒng)，其特征在于:所述塊材合金制備系統(tǒng)進(jìn)一步包括粉末定量模塊及粉末混合與配送模塊，所述粉末定量模塊與所述粉末混合與配送模塊相連，所述粉末定量模塊用于設(shè)定所需制備塊材合金的至少一種金屬粉末的所需用量并輸送給所述粉末混合與配送模塊，所述粉末混合與配送模塊與所述噴頭連接，用于為所述噴頭配送混合均勾的金屬粉末。5.如權(quán)利要求1所述塊材合金制備系統(tǒng)，其特征在于:所述塊材合金制備系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制模塊與環(huán)境控制模塊，所述環(huán)境控制模塊對(duì)所述塊材合金制備系統(tǒng)的環(huán)境溫度、濕度、潔凈度進(jìn)行監(jiān)控并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送給所述控制模塊，所述控制模塊依據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)控制所述激光設(shè)備與所述成型設(shè)備。6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述塊材合金制備系統(tǒng)，其特征在于:所述成型設(shè)備的降溫速率與所述導(dǎo)熱管道內(nèi)通入的冷卻物質(zhì)的流量成正比。7.如權(quán)利要求6中所述塊材合金制備系統(tǒng)，其特征在于:所述冷卻物質(zhì)為液氮、氬氣、二氧化碳或氨氣中的任一種。8.—種塊材合金制備方法，其特征在于:其至少包括以下步驟:提供至少一種金屬粉末，使之由噴頭噴出；激光加熱熔融所述噴頭噴出的金屬粉末；以I X 10/s以上的降溫速率快速冷卻所述熔融的金屬粉末以成型為非晶態(tài)塊材合金。9.如權(quán)利要求8所述塊材合金制備方法，其特征在于:在所述塊材合金制備方法中，通過(guò)控制降溫速率大小，實(shí)現(xiàn)多級(jí)冷卻。10.如權(quán)利要求8或9所述塊材合金制備方法，其特征在于:所述噴頭的送粉量為微克至克量級(jí)每分鐘，所述激光的光譜范圍為800nm?1300nm，所述激光的功率為50W?20kW，所述激光的光斑直徑大小為0.Ιμπι?Imm0
【文檔編號(hào)】B22F3/105GK106077640SQ201610414603
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日 公開(kāi)號(hào)201610414603.5, CN 106077640 A, CN 106077640A, CN 201610414603, CN-A-106077640, CN106077640 A, CN106077640A, CN201610414603, CN201610414603.5
【發(fā)明人】向勇, 蘇陽(yáng), 王維
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)