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申请/专利权人：宿迁学院

摘要：本发明公开了超细晶粒等轴晶金属材料增减材制造工艺及设备，涉及超细等轴晶合金增材制造技术领域，步骤一：金属熔炼备用：根据所打印的超细晶粒等轴晶金属构件的材质要求，选择所需成分的金属进行熔炼，按照成分要求进行调整和精炼，待达到所需成分和温度后保温并备用；步骤二：封闭保温炉：将保温炉安装在空间架构式3D打印机机架一端的上方，把保温炉炉盖关闭，启动保温炉柱塞调节电机，将保温炉柱塞向下移动至保温炉的底部。本发明通过使用金属液流直接摩擦增材制造，大幅度降低了生产中的能量消耗，工艺流程短，成本低，灵活性高，生产效率高，材料种类不受限制，可以实现超细等轴晶材料的高效、低成本、性能稳定增材制造。

主权项：1.超细晶粒等轴晶金属材料增减材制造工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：步骤一：金属熔炼备用：根据所打印的超细晶粒等轴晶金属构件的材质要求，选择所需成分的金属进行熔炼，按照成分要求进行调整和精炼，待达到所需成分和温度后保温并备用；步骤二：封闭保温炉：将保温炉4安装在空间架构式3D打印机机架34机架一端的上方，把保温炉炉盖3关闭，启动保温炉柱塞调节电机1，将保温炉柱塞2向下移动至保温炉4的底部，使保温炉柱塞2下部的倒锥形锥头与保温炉4底部的倒锥形出液口对中并相配合，将出料口堵塞，将保温炉金属液加液斗55上的电磁阀54关闭，使保温炉4处于密闭状态；步骤三：保温炉增压：打开真空泵，打开电磁阀，对保温炉4进行抽真空处理，待真空度达到0.5～1个大气压后，关闭电磁阀54；打开惰性气体瓶31上面的惰性气体总阀门48和保温炉惰性气体阀门，向保温炉4内充入惰性保护气体，待保温炉4内的气压达到0.8～1.2个大气压后，关闭保温炉惰性气体阀门；步骤四：金属液加热导流：将熔炼好的金属液38吊运到保温炉4上面保温炉金属液加液斗55处，打开保温炉金属液加液斗55上面的电磁阀54，将金属液38通过保温炉金属液加液斗55加入保温炉4内，开启保温炉加热器5，对保温炉4内的金属液38进行加热，开启导流管加热器8对保温炉导流管7进行加热，使金属液38能够从导流管内顺利流出；步骤五：封闭金属液储存炉体：把金属液储存炉体14上的金属液储存炉炉盖13关闭，将金属液储存炉体14密闭，同时调整金属液储存炉体14，将储存炉金属液流量控制柱塞15向下移动至金属液储存炉体14底部，使储存炉金属液流量控制柱塞15下部的倒锥形锥头，与金属液储存炉体14底部的倒锥形出液口对中并相配合，将出料口堵塞，将金属液加液系统10上的金属液储存炉电磁阀12关闭，使金属液储存炉体14处于密闭状态；步骤六：金属液储存炉体增压：打开真空泵，打开储存炉真空阀门，对金属液储存炉体14抽真空处理，待真空度达到0.5～1个大气压后，关闭储存炉真空阀门，打开惰性气体瓶31的惰性气体总阀门48和储存炉惰性气体阀门，向金属液储存炉体14内充入惰性保护气体，待金属液储存炉体14内的气压达到0.5～1个大气压后，关闭储存炉惰性气体阀门；步骤七：金属液互通：通过控制空间架构式3D打印机机架34的X向行走机构35、Y向行走机构37、Z向升降机构32运动，将安装在Z向升降机构32上的金属液储存炉体14，移动至保温炉导流管7下方，使金属液储存炉体14上的金属液加液系统10，与保温炉4下面的保温炉导流管7出液口处于同一轴线上，将Z向升降机构32向上提升，使保温炉进气管6出液口与金属液加液系统10紧密结合，形成密闭体状态；打开储存炉电磁阀12，启动保温炉柱塞调节电机1，将保温炉炉盖3向上移动，使保温炉4内的金属液38通过保温炉4底部的倒锥形出液口，流入金属液储存炉体14内，启动保温炉柱塞调节电机1，将保温炉柱塞调节电机1向下移动至保温炉4的底部，使保温炉柱塞2下面的倒锥形锥头插入到保温炉4底部的倒锥形出液口内，将出料口堵塞，使金属液38不在向下流出，关闭保温炉4上的金属液38进液口电磁阀54，关闭金属液储存炉体14上的金属液储存炉电磁阀12，使保温炉4和金属液储存炉体14处于密闭状态；步骤八：构件快速冷却：将冷凝台基板21安装在空间架构式3D打印机机架34内的工作台24上，启动循环水泵，将冷水机组内的冷却水通过冷凝台进水管25，流入冷凝台基板21内腔，然后从冷凝台出水管26回流到冷水机组内进行循环冷却，使冷凝台基板21上表面始终维持在较低的温度，以利于金属液流液固混合雾化体39沉积到冷凝台基板21表面后，能够快速冷凝成半固态，实现对3D打印增材超细等轴晶金属构件20的快速冷却；步骤九：金属液储存炉体的移动：金属液储存炉体14内金属液38加注好后，通过增材制造设备控制系统启动空间架构式3D打印机机架控制系统，使空间架构式3D打印机机架34的X向行走机构35、Y向行走机构37、Z向升降机构32运动，将金属液储存炉体14上的雾化喷嘴40移动到冷凝台基板21表面上，插入到伸缩式区域保护罩30内，将摩擦挤压搅拌主轴29和微锻造装置28插入到伸缩式区域保护罩30内，将伸缩式区域保护罩30密封；步骤十：3D打印喷射沉积层和挤轧与微锻造：打开惰性气体瓶31的惰性气体总阀门48和伸缩式区域保护罩进气管阀门47，向伸缩式区域保护罩30内充入0.5～1个大气压的惰性气体后，封闭伸缩式区域保护罩30，使金属液流喷射沉积、摩擦挤压搅拌主轴和高频振动微锻造装置28在伸缩式区域保护罩30内，通过金属液储存炉体14上的雾化喷嘴40，进行金属液流喷射雾化沉积3D打印和对喷射雾化沉积层进行摩擦挤压搅拌和对摩擦挤压搅拌的喷射雾化沉积层未凝固区进行挤轧和微锻造；步骤十一：逐层叠加多层材料堆覆增材：在第一层增材制造完毕后，在待增材区继续进行后续层的叠加增材制造，按照相同的路径和增材间距重复上述操作，雾化喷嘴40继续将金属液储存炉体14内的金属液38通过摩擦挤压搅拌主轴29的内腔，以金属液流液固混合雾化体39形状沉积在冷凝台基板21上1.0～5mm厚度，重复进行上述步骤后，可实现全部冶金结合界面的、组织细化均匀的大尺寸增材制造超细等轴晶金属构件20；步骤十二：结束制备：当打印结束后，关闭加热电源，待增材制造超细等轴晶金属构件20冷却后关闭循环冷却水泵，关闭真空泵和惰性气体总阀门48，打开伸缩式区域保护罩30，关闭储存炉金属液流量控制柱塞15，阻断金属液38从导流管18流出，启动空间架构式3D打印机机架34的Z向升降机构32，将打印成形的增材制造超细等轴晶金属构件20，从冷凝台基板21上取下，最终获得所需尺寸和形状的3D打印增材制造超细等轴晶金属构件20。

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