一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法
阅读：358发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 电磁搅拌 的三维打印 锻造 方法，其通过在三维成型的累积熔融原料的过程中，在打印体上的累积熔融原料的区域完全 固化 之前，对打印体上的累积熔融原料的区域施加 电流 和 磁场 以形成磁 力 作用，通过磁力作用对打印体上的累积熔融原料的区域的内部微观组织进行调控；正在累积的熔融原料作为所施加电流的一处接入点；产生的熔融原料的加热源与产生熔池的加热源互相独立。上述方法产生的零件材料性能优越，将非机械 接触 式的微型锻造无缝地集成于三维打印过程中，所需的装置不存在被熔蚀和磨损问题；熔融原料的生成与熔池的生成过程解耦合，具有极高的可控性和灵活性，所需的控制系统简单；熔融原料的累积 精度 高，成型精度高；设备简单。，下面是一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法专利的具体信息内容。
1.一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其通过在三维打印过程中，在打印体上的累积熔融原料的区域完全固化之前对其内部微观组织进行调控；所述的三维打印，其主要方法是：将固态原料熔化获得熔融原料，熔融原料被放置到三维打印设备所使用的成型区，熔融原料在成型区累积并转变为打印体，新生成的熔融原料在打印体上的熔池上累积、直至所要打印的物体成型；其中：在累积熔融原料的过程中，熔融原料所被放置的位置由所要打印的物体的形状和结构决定；所述的三维打印设备所使用的成型区，是指三维打印设备在打印零件时所使用的空间；所述的熔池是通过加热能量将打印体的即将和/或正在累积熔融原料的区域熔化而获得，熔池属于所述打印体的组成部分，熔池在凝固后转变为固态；
所述的锻造方法，其特征在于：
在累积熔融原料的过程中，在打印体上的累积熔融原料的区域完全固化之前，对打印体上的累积熔融原料的区域施加电流和磁场以形成磁力作用，通过所述磁力作用对打印体上的累积熔融原料的区域的内部微观组织进行调控；正在累积的熔融原料作为所施加电流的一处接入点；产生所述的熔融原料的加热源与产生所述的熔池的加热源互相独立。
2.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的打印体上的累积熔融原料的区域包括熔池、与正在累积熔融原料的熔池连接的软化区；
在累积熔融原料的过程中，对打印体上的与正在累积熔融原料的熔池连接的软化区施加电流和磁场，软化区内材料受到所述磁力作用；或者，
在累积熔融原料的过程中，对打印体上的正在累积熔融原料的熔池施加电流和磁场，熔池内材料及其连接的软化区内材料受到所述磁力作用；或者，
在累积熔融原料的过程中，对打印体上的正在累积熔融原料的熔池和正在累积的熔融原料施加电流和磁场，熔池内材料及其连接的软化区内材料、以及正在累积的熔融原料受到所述磁力作用。
3.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的施加的电流，采用正在对打印体进行加热用于产生熔池的加热源作为所述的施加的电流的一种接入途径。
4.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的施加的磁场，为静态磁场、或脉冲磁场、或交变磁场、或旋转磁场。
5.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的施加的磁场，为合成磁场，由至少两个磁场发生装置产生的磁场合成；
所述的施加的磁场，是移动的磁场，在三维打印过程中磁场与打印体上的熔池同步移动。
6.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的施加的磁场，其发生装置设置于三维打印设备的打印头上，磁场发生装置跟随打印头移动；三维打印所需的原料从打印头输出并往打印体上的熔池移动，三维打印原料与熔池接触并在熔池上累积；在三维打印原料与打印体之间施加电流，电流从熔融原料流入熔池并返回电源，或者电流从熔池流入熔融原料并返回电源。
7.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的施加的磁场，其发生装置设置于三维打印设备的打印头上，磁场发生装置跟随打印头移动；三维打印所需的原料从打印头输出并往打印体上的熔池移动，三维打印原料与熔池接触并在熔池上累积；在三维打印原料与打印体之间施加一路电流，电流从熔融原料流入熔池并返回电源，或者电流从熔池流入熔融原料并返回电源；使用电弧作为加热打印体表面以产生熔池的加热源，电弧作为另一路电流的接入途径，电流从电弧流入熔池并返回电源，或者电流从熔池流入电弧并返回电源。
8.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：所述的施加的电流，为复合电流，所述复合电流由至少两个电路产生的电流组成，也即，由至少两个电路产生的电流共同流经所述的熔池，或者共同流经所述的熔池和熔融原料。
9.根据权利要求8所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的施加的电流，电流至少由流经正在累积的熔融原料的电流和对打印体加热产生熔池的电弧电流组成；
所述的施加的电流，打印体和/或打印体所依赖的三维打印设备的打印体支撑平台作为该电流的一处接入点；
所述的施加的电流，电流方向可调，电流强度可调，电流的频率可调；
所述的施加的电流，为直流电或脉冲直流电或交流电或脉冲交流电。
10.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的打印体上的熔池，加热打印体产生熔池的加热源至少包括电弧、激光、等离子体、电子束、微波、交变磁场当中的一种。
11.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
所述的打印体上的熔池，加热打印体产生熔池的加热源为旋转电弧；旋转电弧所依赖的旋转中心所处的空间内不存在电弧，三维打印所需的原料穿过旋转电弧所依赖的旋转中心所处的空间并抵达打印体表面。
12.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
加热打印体产生熔池的加热源采用等离子体，通过等离子体炬喷射的等离子体束对打印体表面加热产生熔池，将所述等离子体炬的电极与等离子体控制电路的负极连接，打印体通过三维打印设备的支撑平台与等离子体控制电路的正极连接，在等离子体炬电极与打印体之间产生电弧；等离子体炬所需的工作气体经过等离子体炬的工作气体入口进入等离子体炬，从等离子体炬的喷嘴喷出；所述工作气体从等离子体炬的喷嘴喷出时携带的电弧被等离子体炬的喷嘴压缩，形成压缩弧；等离子体束始终对打印体表面的即将累积熔融原料的区域进行加热并形成熔池；
固态原料采用线状固态原料，使线状固态原料由固态原料引导装置的引导，往打印体移动，一熔接控制电路输出的电流产生的电阻加热作用将所述线状固态原料的与熔池连接的部位熔化并在线状固态原料与熔池之间的空间实时生成熔融原料；
所述的磁场通过磁场发生器一产生，所述的熔接控制电路与所述等离子体控制电路产生的电流均流过熔池，所述磁场发生器一位于打印体的上方，通过调节磁场发生器一与打印体之间的位置关系来确保磁力线与电流的流向不平行，产生的安倍力垂直于电流方向；
所述的磁场采用脉冲交变磁场，脉冲交变磁场产生脉冲和振荡式的安倍力以产生脉冲式的振动。
13.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
加热打印体产生熔池的加热源采用激光，通过激光器发出的激光在打印体表面的即将累积熔融原料的位置产生薄层熔池，激光束始终照射在熔融原料累积位置的下一个位置；
固态原料采用线状固态原料，使线状固态原料由固态原料引导装置的引导，往打印体移动，一熔接控制电路输出的电流产生的电阻加热作用将所述线状固态原料的与熔池连接的部位熔化并在线状固态原料与熔池之间的空间实时生成熔融原料；
对激光产生的熔池，或者对激光产生的熔池和电阻加热作用产生的熔融原料施加磁场；
熔融原料作为电流的一处接入点，熔融原料和熔池在磁场作用下，对正在累积熔融原料的区域产生磁力搅拌。
14.根据权利要求1所述的基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其特征在于：
固态原料采用线状固态原料，使线状固态原料由固态原料引导装置的引导，往打印体移动，将所述的线状固态原料与一熔接控制电路的负极连接，所述熔接控制电路的正极通过三维打印设备的支撑平台与打印体连接；所述的熔接控制电路施加的电流将线状固态原料与熔池连接的部位加热熔化，形成熔融原料；
加热打印体产生熔池的加热源采用电弧，通过一电弧控制电路在环形电极与打印体之间放电产生所述电弧，在固态原料引导装置和环形电极外围设置壳体；在引导装置、环形电极和壳体之间的空间流通工作气体；所述工作气体进入所述固态原料引导装置、环形电极和壳体之间的空间，之后从环形电极和壳体的下端喷出；
以环形电极的轴心为中心，设置产生横向磁场的磁场发生器四，所述的横向磁场的南北极走向平行于打印体的当前成型平面；所述的磁场发生器四由若干个沿周向间隔布置的电磁铁构成，若干个电磁铁以环形电极的轴心为对称中心、等角度分布，磁场发生器四产生旋转的横向磁场；在环形电极与打印体之间放电产生的电弧在旋转磁场的驱动下，形成以线状固态原料的轴向中心或环形电极的轴向中心为旋转中心的旋转电弧；所述旋转电弧对打印体上表面的正在累积熔融原料的位置的周围区域进行直接加热，产生所述熔池；所述旋转电弧为电流的一种接入方式，熔池是电流的一处接入点；所述电弧控制电路和熔接控制电路以打印体为中介的共阳极；熔融原料和熔池在旋转磁场作用下，总体上呈现以线状固态原料的轴向中心或环形电极的轴向中心为旋转中心的旋转，在整体上形成旋转式的电磁搅拌。
一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法
技术领域
背景技术
[0002] 三维打印技术最早起源于19世纪末的美国(即LOM，Laminated Object Manufacturing，分层实体制造法)，直到20世纪八十年代之后在美国、欧洲等地得到完善并逐步商业化。现在常见的主流三维打印技术，例如立体光固化成型法(Stereo Lithography Apparatus,SLA)、熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)、选择性激光烧结(Selecting Laser Sintering，SLS)、三维粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing，3DP)，于20世纪八九十年代在美国获得商业化。在以金属为打印原料的金属三维打印技术中，常见的有选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)、激光近成形(Laser Engineered Net Shaping,LENS)、电子束熔化(Electron Beam Melting,EBM)、金属丝电弧熔化成型(Wire and Arc Additive Manufacture,WAAM)等，这些技术都需要将固态的金属原料熔化，并且同时需要对打印体的正在累积熔化金属原料的区域进行熔化，以使打印体与熔化原料之间通过熔融的方式结合在一起。在现有金属三维打印技术中，金属材料尤其是合金材料在三维成型之后，材料性能往往达不到传统金属材料加工技术中的经过锻造的合金材料的性能，因此，出现多种辅助技术用于在三维成型过程中对金属材料进行调控以获得锻造或类似锻造的性能，例如申请号201010147632.2、名称“零件与模具的熔积成形复合制造方法及其辅助装置”的中国专利申请和申请号201610183468.8、名称“非接触控制增材制造金属零件凝固组织的方法及磁控金属3D打印装置”的中国专利申请，又如公布号WO2019002563A2、名称“SOLIDIFICATION REFINEMENT AND GENERAL PHASE TRANSFORMATION CONTROL THROUGH APPLICATION OF IN SITU GAS JET IMPINGEMENT IN METAL ADDITIVE MANUFACTURING”的PCT国际专利申请。对三维打印零件的材料调控方式，除了上述的在三维成型过程中对金属材料进行调控，还有在三维打印结束后对零件进行调制的方式，例如：将打印出来的零件整体进行热等静压处理(Hot Isostatic Pressing)，以将未充分融合的材料颗粒(例如SLM技术在成型过程中产生的被裹挟但未充分熔化的金属粉末)与临近材料融合和消除零件内部的热裂纹、微孔洞、残余应力等缺陷。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种可同步集成于三维打印成型过程中的低成本且简单易行的非机械接触式锻造方法。
[0004] 为了实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法，其通过在三维打印过程中，在打印体上的累积熔融原料的区域完全固化之前对其内部微观组织进行调控；所述的三维打印，其主要方法是：将固态原料熔化获得熔融原料，熔融原料被放置到三维打印设备所使用的成型区，熔融原料在成型区累积并转变为打印体，新生成的熔融原料在打印体上的熔池上累积、直至所要打印的物体成型；其中：在累积熔融原料的过程中，熔融原料所被放置的位置由所要打印的物体的形状和结构决定；所述的三维打印设备所使用的成型区，是指三维打印设备在打印零件时所使用的空间；所述的熔池是通过加热能量将打印体的即将和/或正在累积熔融原料的区域熔化而获得，熔池属于所述打印体的组成部分，熔池在凝固后转变为固态；
[0005] 所述的锻造方法，在累积熔融原料的过程中，在打印体上的累积熔融原料的区域完全固化之前，对打印体上的累积熔融原料的区域施加电流和磁场以形成磁力作用(当导体内电流方向与磁场不平行时，导体受到安倍力或洛伦兹力作用，即磁力作用)，通过所述磁力作用对打印体上的累积熔融原料的区域的内部微观组织进行调控(磁力产生诸多物理作用，例如：熔融态的材料被磁力搅拌，软化态的材料在微观层面被挤压、或被推动、或产生振动、或磁致伸缩、或材料内部晶粒的原有生长模式被破坏)；正在累积的熔融原料作为所施加电流的一处接入点；产生所述的熔融原料的加热源与产生所述的熔池的加热源互相独立。
[0006] (解释：在电路中，至少需要两处接入点，才能形成回路；正在累积的熔融原料作为施加电流所需的其中一处接入点；其它的接入点可以多样，例如打印体或者与打印体连接的导电性结构可以作为接入点，接入方式也多样，包括接触式的接入方式和非接触式的接入方式，例如：机械式连接(接触式)，电弧连接(非接触式)，电容耦合(非接触式)。产生所述的熔融原料的加热源与产生所述的熔池的加热源互相独立，即熔融原料的生成与熔池的生成是解耦合的，例如：通过电阻加热方式产生熔融原料，通过电弧加热产生熔池。)[0007] 所述的打印体上的累积熔融原料的区域包括熔池、与正在累积熔融原料的熔池连接的软化区；
[0008] 在累积熔融原料的过程中，对打印体上的与正在累积熔融原料的熔池连接的软化区施加电流和磁场，软化区内材料受到所述磁力作用；或者，
[0009] 在累积熔融原料的过程中，对打印体上的正在累积熔融原料的熔池施加电流和磁场，熔池内材料及其连接的软化区内材料受到所述磁力作用；或者，
[0010] 在累积熔融原料的过程中，对打印体上的正在累积熔融原料的熔池和正在累积的熔融原料施加电流和磁场，熔池内材料及其连接的软化区内材料、以及正在累积的熔融原料受到所述磁力作用。
[0011] 可选地：
[0012] 所述的施加的电流，采用正在对打印体进行加热用于产生熔池的加热源作为所述的施加的电流的一种接入途径。例如电弧(包括自由弧、压缩弧等)，即：通过电离的气体将电流接入打印体；在金属丝电弧熔化成型(Wire and Arc Additive Manufacture,WAAM)的金属三维打印技术中，电弧就是将电流引入打印体的途径/方式。又如激光，激光在加热打印体产生熔池的同时，也会对其所穿过的气体加热产生等离子体，等离子体具有导电性，可以将激光加热产生的等离子体作为电流的接入途径(但是在等离子体中通过电流就会形成电弧)。
[0013] 可选地：
[0014] 所述的施加的电流，为复合电流，即该复合电流由至少两个电路产生的电流组成。
[0015] 可选地：
[0016] 所述的施加的电流，为复合电流，即该复合电流由至少两个电路产生的电流组成，或者说，由至少两个电路产生的电流共同流经所述的熔池，或者共同流经所述的熔池和熔融原料。
[0017] 可选地：
[0018] 所述的施加的电流，打印体和/或打印体所依赖的三维打印设备的打印体支撑平台作为该电流的一处接入点；所述的打印体所依赖的三维打印设备的打印体支撑平台是指在三维打印过程中，三维打印设备的用于支撑打印体的可复用结构或一次性结构。
[0019] 可选地：
[0020] 所述的施加的磁场，为静态磁场(例如稳定直流电产生的磁场、永磁体产生的磁场)、或脉冲磁场(例如脉冲直流电产生的磁场)、或交变磁场(例如交流电产生的磁场)、或旋转磁场(例如由多组电磁铁按特定方式工作形成旋转的磁场或正反转的磁场，又如由机械装置驱动磁场发生装置旋转产生旋转的磁场)。
[0021] 可选地：
[0022] 所述的施加的磁场，为复合磁场，由静态磁场、旋转磁场、脉冲磁场、交变磁场当中的至少两种磁场叠加形成。
[0023] 可选地：
[0024] 所述的施加的磁场，为合成磁场，由至少两个磁场发生装置产生的磁场合成。
[0025] 可选地：
[0026] 所述的施加的磁场，为合成磁场，在熔池或者在熔池与正在累积的熔融原料上叠加至少两个方向的磁场。例如同时叠加横向磁场和纵向磁场。
[0027] 可选地：
[0028] 所述的施加的磁场，由永磁体和/或电磁线圈产生。
[0029] 可选地：
[0030] 所述的施加的磁场，是移动的磁场，在三维打印过程中磁场与打印体上的熔池同步移动。
[0031] 可选地：
[0032] 所述的施加的磁场，其发生装置可移动，在三维打印过程中磁场发生装置与打印体上的熔池同步移动。
[0033] 可选地：
[0034] 所述的施加的磁场，其发生装置设置于三维打印设备的打印头上，磁场发生装置跟随打印头移动；三维打印所需的原料从打印头输出并往打印体上的熔池移动。
[0035] 可选地：
[0036] 所述的施加的磁场，其发生装置设置于三维打印设备的打印头上，磁场发生装置跟随打印头移动；三维打印所需的原料从打印头输出并往打印体上的熔池移动，三维打印原料与熔池接触并在熔池上累积；在熔融原料与打印体之间施加电流，电流从熔融原料流入熔池并返回电源，或者电流从熔池流入熔融原料并返回电源。
[0037] 可选地：
[0038] 所述的施加的磁场，其发生装置设置于三维打印设备的打印头上，磁场发生装置跟随打印头移动；三维打印所需的原料从打印头输出并往打印体上的熔池移动，三维打印原料与熔池接触并在熔池上累积；在三维打印原料与打印体之间施加一路电流，电流从熔融原料流入熔池并返回电源，或者电流从熔池流入熔融原料并返回电源；使用电弧作为加热打印体表面以产生熔池的加热源，电弧作为另一路电流的接入途径，电流从电弧流入熔池并返回电源，或者电流从熔池流入电弧并返回电源。
[0039] 可选地：
[0040] 所述的施加的电流，电流方向可调，电流强度可调，电流的频率可调。
[0041] 可选地：
[0042] 所述的施加的电流，电流至少由流经正在累积的熔融原料的电流和对打印体加热产生熔池的电弧电流组成。
[0043] 可选地：
[0044] 所述的施加的电流，至少包括电弧电流，电弧用于对打印体加热并产生熔池。
[0045] 可选地：
[0047] 可选地：
[0048] 所述的打印体上的熔池，加热打印体产生熔池的加热源为旋转电弧。(可通过旋转磁场驱动自由电弧形成旋转电弧。)
[0049] 可选地：
[0050] 所述的打印体上的熔池，加热打印体产生熔池的加热源为旋转电弧；三维打印所需的原料穿过旋转电弧所依赖的旋转中心所处的空间并抵达打印体表面。
[0051] 可选地：
[0052] 所述的打印体上的熔池，加热打印体产生熔池的加热源为旋转电弧；旋转电弧所依赖的旋转中心所处的空间内不存在电弧，三维打印所需的原料穿过旋转电弧所依赖的旋转中心所处的空间并抵达打印体表面。
[0053] 可选地：
[0054] 所述的施加的电流，为直流电或脉冲直流电或交流电或脉冲交流电。
[0055] 可选地：
[0056] 加热打印体产生熔池的加热源采用等离子体，通过等离子体炬喷射的等离子体束对打印体表面加热产生熔池，将所述等离子体炬的电极与等离子体控制电路的负极连接，打印体通过三维打印设备的支撑平台与等离子体控制电路的正极连接，在等离子体炬电极与打印体之间产生电弧；等离子体炬所需的工作气体经过等离子体炬的工作气体入口进入等离子体炬，从等离子体炬的喷嘴喷出；所述工作气体从等离子体炬的喷嘴喷出时携带的电弧被等离子体炬的喷嘴压缩，形成压缩弧；等离子体束始终对打印体表面的即将累积熔融原料的区域进行加热并形成熔池；
[0057] 固态原料采用线状固态原料，使线状固态原料由固态原料引导装置的引导，往打印体移动，一熔接控制电路输出的电流产生的电阻加热作用将所述线状固态原料的与熔池连接的部位熔化并在线状固态原料与熔池之间的空间实时生成熔融原料；
[0058] 所述的磁场通过磁场发生器一产生，所述的熔接控制电路与所述等离子体控制电路产生的电流均流过熔池，所述磁场发生器一位于打印体的上方，通过调节磁场发生器一与打印体之间的位置关系来确保磁力线与电流的流向不平行，产生的安倍力垂直于电流方向；所述的磁场采用脉冲交变磁场，脉冲交变磁场产生脉冲和振荡式的安倍力以产生脉冲式的振动。
[0059] 可选地：
[0061] 固态原料采用线状固态原料，使线状固态原料由固态原料引导装置的引导，往打印体移动，一熔接控制电路输出的电流产生的电阻加热作用将所述线状固态原料的与熔池连接的部位熔化并在线状固态原料与熔池之间的空间实时生成熔融原料；
[0062] 对激光产生的熔池，或者对激光产生的熔池和电阻加热作用产生的熔融原料施加磁场；
[0063] 熔融原料作为电流的一处接入点，熔融原料和熔池在磁场作用下，对正在累积熔融原料的区域产生磁力搅拌。
[0064] 可选地：
[0065] 固态原料采用线状固态原料，使线状固态原料由固态原料引导装置的引导，往打印体移动，将所述的线状固态原料与一熔接控制电路的负极连接，所述熔接控制电路的正极通过三维打印设备的支撑平台与打印体连接；所述的熔接控制电路施加的电流将线状固态原料与熔池连接的部位加热熔化，形成熔融原料；
[0066] 加热打印体产生熔池的加热源采用电弧，通过一电弧控制电路在环形电极与打印体之间放电产生所述电弧，在固态原料引导装置和环形电极外围设置壳体；在引导装置、环形电极和壳体之间的空间流通工作气体；所述工作气体进入所述固态原料引导装置、环形电极和壳体之间的空间，之后从环形电极和壳体的下端喷出；
[0067] 以环形电极的轴心为中心，设置产生横向磁场的磁场发生器四，所述的横向磁场的南北极走向平行于打印体的当前成型平面；所述的磁场发生器四由若干个沿周向间隔布置的电磁铁构成，若干个电磁铁以环形电极的轴心为对称中心、等角度分布，磁场发生器四产生旋转的横向磁场；在环形电极与打印体之间放电产生的电弧在旋转磁场的驱动下，形成以线状固态原料的轴向中心或环形电极的轴向中心为旋转中心的旋转电弧；所述旋转电弧对打印体上表面的正在累积熔融原料的位置的周围区域进行直接加热，产生所述熔池；所述旋转电弧为电流的一种接入方式，熔池是电流的一处接入点；所述电弧控制电路和熔接控制电路以打印体为中介的共阳极；熔融原料和熔池在旋转磁场作用下，总体上呈现以线状固态原料的轴向中心或环形电极的轴向中心为旋转中心的旋转，在整体上形成旋转式的电磁搅拌。
[0068] 本发明的有益效果如下：
[0069] (1)本发明在三维打印过程中通过磁场作用(主要是磁力搅拌作用)对正在累积熔融原料的熔池、正在累积的熔融原料、与正在累积熔融原料的熔池相连接的软化区进行调制；在三维打印合金材料零件时，可调控材料内晶粒的生长方式(生长模式)，产生细小的晶粒、等轴晶粒、低熔点第二相细小弥散分布，抑制偏析，减小脆性温度区间，抑制热裂纹产生，降低残余应力，并且搅拌作用还抑制气泡产生和往外驱赶已产生的气泡，获得优异的材料力学性能，在打印大型零件时零件可获得超越传统锻造的性能。
[0070] (2)本发明用于产生熔融原料的加热源与产生熔池的加热源分离(即解耦合)，熔融原料的生成过程和熔池的生成过程都具有极高的可控性和灵活性，所需的控制系统简单；而现有的基于电弧、等离子体、激光、电子束等加热源、使用金属丝作为原料的三维打印技术一般都是通过同一个加热源同时产生熔融原料和熔池，熔化固态原料产生熔融原料所需的能量和熔化打印体表面以产生熔池所需的能量两者相差悬殊，需要复杂的控制系统来实时调控熔融原料的累积过程。
[0071] (3)本发明用于产生熔融原料的加热源与产生熔池的加热源分离(即解耦合)，例如通过电阻加热作用在三维打印过程中实时产生熔融原料，熔融原料位于线状固态原料与熔池之间，熔融原料体积微小，熔融原料黏附在线状固态原料的下端，熔融原料依赖线状固态原料的刚性支撑，可以规避磁场(尤其是旋转磁场)对熔融原料的累积精度的不良影响，不存在现有电弧焊或WAAM技术中的熔融金属原料在磁场作用和电弧拉动下发生甩动导致熔融原料累积精度变差的问题，即：如果在WAAM技术中引入磁力搅拌，三维成型精度会变得更差，并且电弧变动(尤其是电弧旋转)是有害的副作用，相反地，本发明正好利用电弧的变动(尤其是电弧旋转)来实现熔融原料的生成与熔池的生成相分离(即解耦合)；本发明在磁场作用下仍能保持高成型精度。
[0072] (4)本发明如果采用旋转电弧对打印体的正在累积熔融原料的区域的周围进行直接加热以避免电弧对固态原料的直接加热、通过电阻加热作用在熔池上方实时生成熔融原料，实现熔融原料的生成与熔池的生成分离，那么，产生旋转电弧的磁场和产生对熔池进行磁力搅拌的磁场是同一个磁场，在实现熔融原料的生成与熔池的生成进行分离和解耦合的同时，还获得对熔池产生磁力搅拌作用，一举两得，并且所需的结构简单。
[0073] (5)在本发明中，熔融原料如果通过电阻加热方式在熔池上实时(即时)生成，微米级深度的熔池就能满足需求，微米级深度的熔池可以减小产生熔池的加热源对先前已经成型结构(即打印体)的破坏和减小热变形，并且磁力搅拌难以将微米级深度熔池内的熔融材料甩出熔池外、熔池凝固后表面形貌优良(鱼鳞状/波纹状结构不明显)，最终成型精度高。
[0074] (6)本发明通过磁力这种非接触式的作用力，不通过机械方式，将对熔池、与熔池连接的软化区、熔融原料的调控无缝地集成于三维成型的过程中，实现将微型锻造无缝地集成于三维成型的过程中，与现有技术相比，本发明实现了通过简单的结构或装置实现锻造效果，并且产生磁力搅拌所需的装置不存在被熔蚀和磨损问题，设备寿命长，成本低廉。
[0075] (7)本发明将正在累积的熔融原料作为所施加电流的一处接入点，具有以下有益效果：a、可以确保打印体上的正在累积熔融原料的区域一定有电流流过，也可以确保熔融原料一定有电流流过，亦即，在电流和磁场的共同作用下，确保正在累积熔融原料的区域一定能受到磁力作用，或者正在累积熔融原料的区域和熔融原料同时都能受到磁力作用，最终确保打印成型的零件的材料内部微观组织的一致性；b、熔融原料作为所施加电流的一处接入点，使得该电流接入点是跟随熔融原料和熔池移动的，熔融原料作为接入点不存在机械磨损(在移动过程中)，并且液态的熔融原料能与打印体充分接触确保电气连接可靠；c、正在累积的熔融原料被作为所施加电流的一处接入点，能将熔融原料的实时生成与产生磁力搅拌所需的电流的接入有机地整合在一起，实现方式简单、可靠；d、对于在正在累积熔融原料的区域周围进行环形加热的情况，熔融原料的累积位置始终位于熔池的较中心位置，以正在累积的熔融原料作为所施加电流的一处接入点，可以确保有电流始终从熔池或者正在累积熔融原料的区域的较中心位置流过，使得熔池或者正在累积熔融原料的区域被较均匀地、较对称地搅拌，可以获得优良的表面形态和优良的内部微观组织；e、以正在累积的熔融原料作为所施加电流的一处接入点，还可以使得正在累积的熔融原料作为电流的出口或入口，在当前累积熔融原料的区域获得最大电流密度，可以实现以较小的电流强度在当前累积熔融原料的区域获得较大的磁力，使实施本发明的设备的可实施性强。
[0076] 综上所述，本发明的有益效果：产生的零件材料性能优越，将非机械接触式的微型锻造无缝地集成于三维打印过程中，并且所需的装置不存在被熔蚀和磨损问题，设备寿命长；熔融原料的生成与熔池的生成过程分离(即解耦合)，具有极高的可控性和灵活性，所需的控制系统简单；熔融原料的累积精度高，三维成型精度高；设备简单。本发明具有实质性进步。附图说明
[0077] 图1是示意图，用于说明本发明的第一个具体实施例的原理，图中的箭头D1表示固态原料的进给方向，箭头D2表示熔融原料在当前成型层内的累积方向，箭头F1表示气流；
[0078] 图2是示意图，用于说明本发明的第二个具体实施例的原理，图中的箭头D3表示固态原料的进给方向，箭头D4表示熔融原料在当前成型层内的累积方向；
[0079] 图3是示意图，用于说明本发明的第三个具体实施例的原理，图中的箭头D5表示固态原料的进给方向，箭头D6表示熔融原料在当前成型层内的累积方向，箭头F2表示气流；
[0080] 图4是图3中的虚线框CC指示部位的放大图；
[0081] 图5是示意图，用于说明图3所示的本发明的第三个具体实施例的部分结构的位置关系；
[0082] 其中的标号：
[0083] 1-等离子体炬，2-等离子体炬电极，3-等离子体炬工作气体入口，4-等离子体炬喷嘴，5-工作气体，6-固态原料引导装置，7-线状固态原料一，8-打印体一，9-等离子体控制电路，10-熔接控制电路一，11-熔池一，12-等离子体束，13-熔融原料一，14-软化区一，15-正在累积的层一，16-磁场发生器一，17-引导装置二，18-线状固态原料二，19-激光器，20-打印体二，21-磁场发生器二的线圈，22-磁场发生器三的导磁体，23-磁场发生器三的线圈，24-熔接控制电路二，25-激光束，26-熔池二，27-熔融原料二，28-正在累积的层二，29-引导装置三，30-线状固态原料三，31-壳体，32-环形电极，33-磁场发生器四，34-熔接控制电路三，35-电弧控制电路，36-打印体三，37-旋转电弧，38-熔池三，39-正在累积的层三，40-熔融原料三，41-熔融态的正在累积的层三。
具体实施方式
[0084] 下面列举本发明的较佳具体实施例并结合附图对本发明进行详细描述。
[0085] 如图1所示的本发明一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法的第一个具体实施例，其主要方法是：通过在三维打印过程中，在打印体上的累积熔融原料的区域完全固化之前对其施加磁力作用以对其内部微观组织进行调控；所述的三维打印，其主要方法是：将固态原料熔化获得熔融原料，熔融原料被放置到三维打印设备所使用的成型区，熔融原料在成型区累积并转变为打印体，新生成的熔融原料在打印体上的熔池上累积、直至所要打印的物体成型；其中：在累积熔融原料的过程中，熔融原料所被放置的位置由所要打印的物体的形状和结构决定；所述的三维打印设备所使用的成型区，是指三维打印设备在打印零件时所使用的空间；所述的熔池是通过加热能量将打印体的即将和/或正在累积熔融原料的区域熔化而获得，熔池属于所述打印体的组成部分，熔池在凝固后转变为固态；
[0086] 关键在于：
[0087] 在累积熔融原料的过程中，在打印体上的累积熔融原料的区域完全固化之前对其施加电流和磁场(产生磁力)，以对其内部微观组织进行调控；正在累积的熔融原料作为所施加电流的一处接入点；产生所述的熔融原料的加热源与产生所述的熔池的加热源互相独立。
[0088] 所述的在打印体上的累积熔融原料的区域完全固化之前对其施加电流和磁场，以对其内部微观组织进行调控，采用的方式是：对打印体上的正在累积熔融原料的熔池和正在累积的熔融原料施加电流和磁场，正在累积的熔融原料作为所施加电流的一处接入点，熔池内材料及其连接的软化区内材料、以及正在累积的熔融原料受到磁力作用。
[0089] 本发明的磁力的作用主要表现在：熔池被搅拌、熔融原料被振动或熔池连接的软化区内材料在微观层面(例如微米尺度和纳米尺度)被挤压、或被推动、或磁致伸缩、或产生振动、或材料内部晶粒的原有生长模式被破坏。与熔池连接的软化区就是介于熔池与打印体的完全固态区之间的过渡区，其不完全熔化。
[0090] 在电路中，至少需要两处接入点，才能形成回路。在本第一个具体实施例中：正在累积的熔融原料作为施加电流所需的其中一处接入点；打印体作为另一处接入点，通过与打印体连接的导电性结构(即三维打印系统的支撑平台)接入电路。
[0091] 在本第一个具体实施例中：产生所述的熔融原料的加热源与产生所述的熔池的加热源互相独立，熔融原料的产生与熔池的产生是分离的；所施加的电流，为复合电流，该复合电流由两个电路产生的电流组成，两路电流共同流经正在累积熔融原料的熔池，即：其中一路电流通过电阻加热方式产生熔融原料，另一路电流通过电弧加热产生熔池。
[0092] 在本第一个具体实施例中：所施加的磁场为脉冲交变磁场，并且为单个磁场(不是复合磁场)，通过电磁线圈产生，在电磁线圈中设置导磁体，在电磁线圈中流过脉冲交流电；磁场发生装置设置于三维打印设备的打印头上，磁场发生装置跟随打印头移动；三维打印所需的原料从打印头输出并往打印体上的熔池移动，三维打印原料与熔池接触并在熔池上累积。
[0093] 结合附图1对本发明第一个具体实施例进行具体阐述：通过等离子体炬1喷射的等离子体束12(即压缩弧)对打印体一8表面加热产生熔池一11；等离子体炬电极2与等离子体控制电路9的负极连接，打印体一8通过三维打印设备的支撑平台与等离子体控制电路9的正极连接，在等离子体炬电极2与打印体一8之间产生电弧；等离子体炬1所需的工作气体5为氩气，氩气经过等离子体炬工作气体入口3进入等离子体炬1，从等离子体炬喷嘴4喷出；工作气体5从等离子体炬喷嘴4喷出时携带的电弧被等离子体炬喷嘴4压缩，形成压缩弧，压缩弧属于等离子体的一种存在形式；等离子体束12始终对打印体一8表面的即将累积熔融原料一13的区域进行加热(即对下一个累积熔融原料一13的位置进行加热，也就是说等离子体束12的直接加热区紧邻当前累积熔融原料一13的区域)，所形成的熔池一11在熔融原料一13抵达熔池一11时仍保持熔融状态；箭头D2表示熔融原料在当前成型层内的累积方向，箭头D2也是熔池一11的生成方向；当等离子体束12的直接加热区转变为当前累积熔融原料一13的区域的时间间隔短于熔池一11的由熔融态转变为半熔化态所需的时间时，就能确保熔融原料一13始终在熔池上累积(这主要取决于箭头D2所示的移动速率、打印体一8的材料导热率、产生熔池一11的加热能量的功率、熔池一11面积、熔池一11的散热条件等因素，属于经验值，需经过多次测试获得)，可以通过调节箭头D2所示的移动速率和调节产生熔池一11的加热能量的功率来实现。
[0094] 线状固态原料一7经固态原料引导装置6的引导，往打印体一8移动，线状固态原料一7采用304不锈钢丝，线状固态原料一7与熔接控制电路一10的负极连接，熔接控制电路一10的正极通过三维打印设备的支撑平台与打印体一8连接；熔接控制电路一10与等离子体控制电路9以三维打印设备的支撑平台为媒介共阳极；熔接控制电路一10施加的电流将线状固态原料一7与熔池一11连接的部位加热熔化，形成熔融原料一13；绝大多数金属的电阻率随温度升高而升高，截面积越小、电阻越大，线状固态原料一7与熔池一11之间的连接部位属于电阻高阻区，熔接控制电路一10所施加的加热电流在线状固态原料一7与熔池一11连接的部位获得最大电压分压，电流产生的电阻加热作用将线状固态原料一7与熔池一11连接的部位加热熔化；即时产生的熔融原料一13与其下方的熔池一11实现冶金融合。
[0095] 磁场发生器一16为电磁铁，与固态原料引导装置6连接；固态原料引导装置6、等离子体炬1、磁场发生器一16一起构成三维打印设备的打印头的主体；磁场发生器一16中通过脉冲交流电，产生脉冲交变磁场，作用于熔池一11及其连接的软化区和熔融原料一13；在累积熔融原料一13的过程中，打印头沿着箭头D2所示的方向移动，与此同时，线状固态原料一7以箭头D1所示的方向往打印体一8递进，实时生成熔融原料一13，所累积的熔融原料一13在凝固后形成正在累积的层一15；熔融原料一13在凝固之前，存在过渡性的软化态，即软化区一14，脉冲交变磁场也作用于软化区一14。
[0096] 熔接控制电路一10与等离子体控制电路9产生的电流均流过熔池一11。磁场发生器一16位于打印体一8上方，通过调节磁场发生器一16与打印体一8之间的位置关系来确保磁力线与电流的流向不平行，例如图1中所示：磁场发生器一16贴近打印体一8上表面，磁场发生器一16与打印体一8上表面之间的夹角小于90°并且磁力线以倾斜的角度穿过熔池一11和熔融原料一13。磁力线与电流的流向不平行，产生的安倍力垂直于电流方向。脉冲交变磁场产生脉冲和振荡式的安倍力，对熔融金属内部产生脉冲式的振动挤压。
[0097] 在本第一个具体实施例中：产生磁力搅拌作用和调制打印体一8内部微观组织特性(例如产生细小晶粒、消除孔洞、消除热裂纹)所需的电流为复合电流，分别由熔接控制电路一10和等离子体控制电路9产生；正在累积的熔融原料(即熔融原料一13)作为施加电流所需的其中一处接入点，打印体(即打印体一8)作为另一处接入点(打印体一8通过其所连接的三维打印系统的导电性支撑平台接入电路)，电弧(即等离子体束12)以熔池一11作为接入点(属于非接触式接入方式)。
[0098] 本第一个具体实施例，在三维成型过程中：熔融原料一13实时生成；熔融原料一13体积微小，介于线状固态原料一7与熔池一11之间，黏附在线状固态原料一7的下端，并与熔池一11连接；线状固态原料一7属于刚性物体，线径越大、其抗形变能力越强；固态原料引导装置6的下端出口与打印体一8之间的距离越小、线状固态原料一7抗形变能力越强；流经线状固态原料一7的电流与磁场作用产生的安倍力对线状固态原料一7产生推力，通过增大线状固态原料一7线径(例如采用线径1.0mm的304不锈钢丝)和减小固态原料引导装置6的下端出口与打印体一8之间的距离(例如距离3mm)来抵抗安倍力对线状固态原料一7产生的形变作用；流经熔融原料一13的电流与磁场作用产生的安倍力对熔融原料一13产生推力，通过提高箭头D2所示方向的移动速率(即减小熔融原料一13的被安倍力作用时间)、通过提高箭头D2所示方向的移动速率与箭头D1所示方向的移动速率的比值(即压缩熔融原料一13的厚度，例如0.5mm厚)、通过减小熔池一11的深度(例如深度0.1mm)和提高磁场的频率(例如10kHz以上)等主要手段来确保熔融原料一13的累积位置的精确性，在满足生成熔融原料一
13需求的前提下，减小熔接控制电路一10的输出功率也是一种调控途径；熔池一11受到安倍力的作用也发生位移，通过减小熔池一11的深度来消除位移所导致的三维成型精度降低，例如通过提高箭头D2所示方向的移动速率、降低加热功率、加大熔池一11的面积和提高磁场的频率(例如10kHz以上)来实现；这些调节参数是经验值，需经过多次测试而获得。磁场频率越高(例如10kHz以上)，对熔池和熔融原料的位移或形变作用越小。
13需求的前提下，减小熔接控制电路一10的输出功率也是一种调控途径；熔池一11受到安倍力的作用也发生位移，通过减小熔池一11的深度来消除位移所导致的三维成型精度降低，例如通过提高箭头D2所示方向的移动速率、降低加热功率、加大熔池一11的面积和提高磁场的频率(例如10kHz以上)来实现；这些调节参数是经验值，需经过多次测试而获得。磁场频率越高(例如10kHz以上)，对熔池和熔融原料的位移或形变作用越小。
[0099] 如图2所示的本发明一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法的第二个具体实施例，与本发明第一个具体实施例的主要区别是：在打印体表面产生的熔池的加热源为激光，不使用电弧；使用的磁场为复合磁场，由横向磁场和纵向磁场组成；产生磁力搅拌作用和调制打印体内部微观组织特性(例如产生细小晶粒、消除孔洞、消除热裂纹)所需的电流为非复合电流，即以熔融原料和打印体作为接入点。产生所述的熔融原料的加热源与产生所述的熔池的加热源互相独立(即熔融原料的生成与熔池的生成是解耦合的)。
[0100] 在本第二个具体实施例中：激光器19在打印体二20表面的即将累积熔融原料的位置产生薄层熔池(即熔池二26)，激光束25始终照射在熔融原料累积位置的在箭头D4所示的方向的下一个位置；线状固态原料二18经引导装置二17引导，以箭头D3所示的方向往打印体二20递进，熔接控制电路二24输出的电流产生的电阻加热作用将线状固态原料二18的与熔池(即熔池二26)连接的部位熔化并在线状固态原料二18与熔池之间的空间实时生成熔融原料二27；熔融原料二27在箭头D4所示的方向上累积并形成正在累积的层二28(属于打印体二20的最新层)；引导装置二17的主体部分采用高导磁率的软磁材料制造(例如硅钢)，线状固态原料二18从引导装置二17内部的通道穿过；在引导装置二17外周设置磁场发生器二的线圈21，两者一起构成磁场发生器二；引导装置二17引导和聚集磁场发生器二产生的磁力线，形成纵向磁场，即磁场的南北极的走向垂直于打印体二20的当前成型平面；磁场发生器二产生脉冲磁场；以熔融原料的生成位置为中心，设置产生横向磁场的磁场发生装置(即磁场发生器三)；横向磁场的南北极走向平行于打印体二20的当前成型平面；磁场发生器三由导磁体和线圈构成；磁场发生器三的导磁体22由6个导磁体构成，6个导磁体以熔融原料的生成位置为对称中心、等角度分布(相邻两个导磁体之间的夹角为60°)；磁场发生器三的线圈23由6个线圈构成；磁场发生器三产生旋转的磁场，例如将6个线圈组合成三相励磁系统并通三相交流电，就能形成旋转的横向磁场；熔融原料二27作为电流的一处接入点，熔融原料二27和熔池二26在旋转磁场作用下，形成以线状固态原料二18的轴向中心(或熔融原料二27的中心)为旋转中心的旋转(即旋转式的磁力搅拌)，与此同时，脉冲磁场对熔融原料二27和熔池二26产生脉冲式的振动作用；在旋转的横向磁场和脉冲式的纵向磁场的联合作用下，熔池二26内的金属边旋转边振动；由于线状固态原料二18和熔融原料二27与引导装置二17的轴心重合，流经熔融原料二27的电流方向与纵向磁场方向基本一致(平行或接近平行)，导致纵向磁场对熔融原料二27的作用较弱或者不产生作用，旋转的横向磁场对熔融原料二27的作用占主导。
[0101] 如图3至图5所示的本发明一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法的第三个具体实施例，使用电弧作为在打印体(即打印体三36)表面产生熔池(即熔池三38)的加热源，线状固态原料(即线状固态原料三30)使用304不锈钢丝。本第三个具体实施例与本发明第一个具体实施例的主要区别是：电弧是非压缩的旋转电弧(即旋转电弧37)，使用的磁场为横向磁场(由磁场发生器四33产生)。产生所述的熔融原料的加热源与产生所述的熔池的加热源互相独立(即熔融原料的生成与熔池的生成是去耦合的)。
[0102] 在本第三个具体实施例中：线状固态原料三30经引导装置三29的引导，以箭头D5所示的方向往打印体三36进给，熔接控制电路三34施加的电流产生的电阻加热作用在线状固态原料三30与熔池三38之间产生熔融原料三40；绝大多数金属的电阻率随温度升高而升高，截面积越小、电阻越大，线状固态原料三30与熔池三38之间的连接部位属于电阻高阻区，熔接控制电路三34所施加的加热电流在线状固态原料三30与熔池三38连接的部位获得最大电压分压，电流产生的电阻加热作用将线状固态原料三30与熔池三38接触或连接的部位加热熔化；即时产生的熔融原料三40与其下方的熔池三38实现冶金融合；电弧控制电路35在环形电极32与打印体三36之间放电产生电弧；在引导装置三29和环形电极32外围设置壳体31；在引导装置三29、环形电极32和壳体31之间的空间流通工作气体(例如氩气和氮气)；工作气体以箭头F2所示的方向进入引导装置三29、环形电极32和壳体31之间的空间，之后从环形电极32和壳体31的下端喷出；以环形电极32的轴心(也可以认为是线状固态原料三30的轴心)为中心，设置产生横向磁场的磁场发生装置(即磁场发生器四33)；横向磁场的南北极走向平行于打印体三36的当前成型平面；磁场发生器四33由6个电磁铁构成，6个电磁铁以环形电极32的轴心为对称中心、等角度分布(相邻两个电磁铁之间的夹角为60°)，如图5所示；磁场发生器四33产生旋转的磁场，例如将6个电磁铁组合成三相励磁系统并通三相交流电，就能形成旋转的横向磁场；环形电极32、线状固态原料三30、壳体31与磁场发生器四33之间的位置关系如图5所示；在环形电极32与打印体三36之间放电产生的电弧在旋转磁场的驱动下，形成以线状固态原料三30的轴向中心(或环形电极32的轴心)为旋转中心的旋转(电弧的位于环形电极32下端面的弧根以环形电极32的轴心为旋转中心在环形电极32的下端面做圆周移动)，即形成旋转电弧37；旋转电弧37在磁场的控制下是形态可控的和稳定的；旋转电弧37对打印体三36上表面的正在累积熔融原料三40的位置的周围区域进行直接加热，产生熔池三38；通过控制磁场发生器四33的输出功率来调控旋转电弧37在打印体三36上表面的直接作用区域，通过控制磁场发生器四33的励磁电流的频率来调控旋转电弧37的旋转频率；在三维成型过程中的累积每层成型层时，线状固态原料三30、引导装置三29、环形电极32、磁场发生器四33和壳体31整体在箭头D6所示的方向上移动；熔融原料三
40在箭头D6所示的方向上累积并形成正在累积的层三39(属于打印体三36的最新层)；由于旋转电弧37对打印体三36上表面的正在累积熔融原料三40的位置的周围区域进行直接加热，熔融原料三40在打印体三36上累积后，形成熔融态的正在累积的层三41；主要通过调节电弧控制电路35的输出功率和调节在箭头D6所示方向上的移动速率来调节熔池三38的深度，由于熔融原料三40通过电阻加热方式在熔池三38上实时(即时)生成，微米级深度的熔池三38就能满足本第三个具体实施例的需求。微米级深度的熔池三38可以减小电弧对打印体三36的破坏和减小热变形，并且磁力搅拌难以将微米级深度的熔池三38内的熔融材料甩出(或推出)熔池三38外、熔池三38凝固后表面形貌优良(鱼鳞状/波纹状结构不明显)；旋转电弧37并不抵达熔融原料三40的正下方，可以通过调节电弧控制电路35的输出功率和调节在箭头D6所示方向上的移动速率来确保熔融原料三40的正下方为熔融状态(即保证熔池三
38覆盖到熔融原料三40的正下方)：设定即将累积熔融原料三40的区域与旋转电弧37在打印体三36上形成的环形直接加热区之间的距离为L，环形电极32在箭头D6所示方向上的移动速率为V，L/V＝t,旋转电弧37所形成的环形直接加热区在三维打印过程中由熔融态转变为非熔融态所需的时间为T，当t
40在箭头D6所示的方向上累积并形成正在累积的层三39(属于打印体三36的最新层)；由于旋转电弧37对打印体三36上表面的正在累积熔融原料三40的位置的周围区域进行直接加热，熔融原料三40在打印体三36上累积后，形成熔融态的正在累积的层三41；主要通过调节电弧控制电路35的输出功率和调节在箭头D6所示方向上的移动速率来调节熔池三38的深度，由于熔融原料三40通过电阻加热方式在熔池三38上实时(即时)生成，微米级深度的熔池三38就能满足本第三个具体实施例的需求。微米级深度的熔池三38可以减小电弧对打印体三36的破坏和减小热变形，并且磁力搅拌难以将微米级深度的熔池三38内的熔融材料甩出(或推出)熔池三38外、熔池三38凝固后表面形貌优良(鱼鳞状/波纹状结构不明显)；旋转电弧37并不抵达熔融原料三40的正下方，可以通过调节电弧控制电路35的输出功率和调节在箭头D6所示方向上的移动速率来确保熔融原料三40的正下方为熔融状态(即保证熔池三
38覆盖到熔融原料三40的正下方)：设定即将累积熔融原料三40的区域与旋转电弧37在打印体三36上形成的环形直接加热区之间的距离为L，环形电极32在箭头D6所示方向上的移动速率为V，L/V＝t,旋转电弧37所形成的环形直接加热区在三维打印过程中由熔融态转变为非熔融态所需的时间为T，当t
[0103] 在本第三个具体实施例中：熔融原料三40作为电流的一处接入点(接触式接入方式)，旋转电弧37作为电流的另一种接入方式(非接触式)，熔池三38是电流的一处接入点；电弧控制电路35和熔接控制电路三34以打印体三36为中介的共阳极；熔融原料三40和熔池三38在旋转磁场作用下，总体上呈现以线状固态原料三30的轴向中心(或环形电极32的轴心)为旋转中心的旋转，在整体上形成旋转式的电磁搅拌。
[0104] 如果在现有的基于电弧的金属三维打印技术中通过附加磁场的方式来调控熔池及熔池所连接的软化区，会存在诸多问题，例如金属丝电弧熔化成型(Wire and Arc Additive Manufacture,WAAM)三维打印技术：熔融原料是通过电弧将金属丝不断熔化产生的金属液滴，金属液滴依靠自身重力作用而滴落到熔池上，熔融原料的累积过程可控性差，熔融原料的累积精度低；在磁场作用和电弧的拉动下，金属液滴发生甩动，导致金属液滴的累积位置变得更加不可控和累积精度变得更差；电弧既是产生熔池和熔融原料的加热能量，也是电磁调控熔池及熔池所连接的软化区所需的电流的接入途径，电弧在磁场作用下发生偏转或变动，导致电流接入点的位置在熔池上并不是确定的，磁场对电弧产生的影响对于WAAM技术而言是有害的副作用。而本发明：熔融原料实时生成；熔融原料体积微小，熔融原料位于线状固态原料与熔池之间，熔融原料黏附在线状固态原料的下端并与熔池连接；线状固态原料属于刚性物体，线径越大、其抗形变能力越强；线状固态原料的引导装置的下端出口与打印体之间的距离越小、线状固态原料抗形变能力越强；本发明实时生成的熔融原料依赖固态原料的支持，不存在现有电弧焊或WAAM技术中的熔融金属原料在磁场作用和电弧拉动下发生甩动的问题，可以规避磁场(尤其是旋转磁场)对熔融原料的累积精度的不良影响，磁场对电弧产生的影响(尤其是旋转的电弧)对于本发明而言是有益的。
[0105] 在焊接工业领域，利用磁场调控电弧的形态或运动轨迹，例如稳弧、抑制磁偏吹和磁场驱动的旋转电弧焊(电弧附着在焊丝的末端进行以焊丝为旋转中心的旋转，在工件上形成较大面积的熔池，焊丝下端被电弧熔化实时生成的金属液滴在磁场作用和电弧拉动下发生旋转式甩动，使在间隙焊接时焊透坡口侧壁，并且可以一些有益效果，例如改变焊道形貌)。焊接工业领域的大量技术研究显示，磁场对工件上有电流流过的熔池产生磁力搅拌作用，产生诸多有益效果，例如：调控材料内晶粒的生长方式(生长模式)，产生细小的晶粒、等轴晶粒、低熔点第二相细小弥散分布，抑制偏析(将熔池内的材料搅拌均匀)，减小脆性温度区间，抑制热裂纹产生，降低残余应力，并且搅拌作用还抑制气泡产生和往外驱赶已产生的气泡，获得优异的材料力学性能。
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