[實用新型]一種鎂合金管狀結構件電弧3D打印裝置

有效

• 申請號: 201520379088.2
• 申請日: 2015-06-05
• 公開（公告）號: CN204770664U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 初雅杰;韓昕宸
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F5/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本實用新型涉及一種鎂合金管狀結構件電弧3D打印裝置，屬于鎂合金電弧3D打印增材制造設備技術領域。

背景技術

電弧3D打印屬于增材制造技術范疇，是基于離散-堆積制造原理，增材制造技術發展至今已有多種實現方法，許多成功實現商業化的增材制造技術所使用的成形材料為非金屬，其在工業領域的應用有限，而金屬增材制造技術則在工業領域中更為重要，特別是鈦合金、鋁合金、鎂合金等。常用的直接成形金屬零件的熱源主要有激光、電子束、電弧等。

電弧3D打印也是通過三維設計軟件建立零件的實體模型，以電弧作為成形熱源將金屬絲材熔化，按設定的成形路徑堆積每一層片，采用逐層堆積的方式成形所需的三維實體零件。以電弧為熱源的直接成形技術具有生產成本低，力學性能好的優點。電弧3D打印成形的零件由全焊縫金屬組成，化學成分均勻、致密度高，與整體鑄造件和鍛造件相比具有強度高、韌性好等優點。在多重堆積過程中，零件經歷多次加熱過程，得以充分淬透和回火，可以消除大型鑄鍛件的不易淬透、宏觀偏析、長度和直徑方向上強韌性不一致等問題。

目前，國內外很多科研機構都對電弧3D打印增材制造技術進行了相關研究。采用的焊接熱源主要包括傳統熔化極氣體保護焊(GMAW)、鎢極氬弧焊(TIG)、等離子弧焊(PAW)、激光和電子束等。利用高能量密度的熱源為加工手段直接制造金屬零件的增材制造技術已廣泛應用于航空、航天和國防科技中。如美國Sandia國家實驗室在能源部支持下研制開發的金屬零件激光工程化近凈成形技術(LaserEngineeringNetShaping，LENS)，該技術是將激光束聚焦于金屬粉末形成熔池，激光束按運動軌跡要求使粉末逐層堆積，最終形成復雜零部件。Sandia實驗室對多種材料的LENS成形工藝進行了研究，如不銹鋼、鎳基合金、工具鋼、鈦合金、鎳鋁金屬件化合物等，結果表明成形件的強度和塑性相比鍛造件都有所提高。隨著增材制造技術在國外制造業、國防科技、航空航天等領域帶來的巨大效益，國內一些科研院所和高校也開展了增材制造技術的研究。1995年，西北工業大學凝固技術國家重點實驗室黃衛東率先提出了激光立體成形技術，系統開展了激光直接成形金屬零件的技術研究，以航空飛機和發動機所需的鈦合金和高溫合金為研究對象進行了激光增材制造技術研究。該技術的研究對于解決我國航空關鍵零部件加工困難、材料利用率低和制造成本高等難題奠定了良好的基礎。

鎂合金由于化學性質活潑，在鑄造方面需要全方位的氣體保護，且設備昂貴，制備加工周期較長，電弧3D打印鎂合金結構件很好的解決了現存的問題。由于鎂合金焊絲在熔化過程中可以實現實時氬氣保護，且可按照既定的方式完成堆積。利用本實用新型的裝置，在堆積過程中，可隨時調整成型件溫度，控制其微觀組織。目前有關鎂合金電弧3D打印的研究未見報道。

實用新型內容

為解決現有技術的不足，本實用新型的目的在于，提供一種鎂合金管狀結構件電弧3D打印裝置，結合已提供的焊接機器人系統，采用電弧3D打印技術，進行鎂合金管狀結構件的增材制造。在增材過程中，焊接機器人的焊槍在水平面做有規律的圓周運動，而成型的鎂合金管件做下移運動，以實現管件的不斷堆積成型。同時，在增材過程中，通過本實用新型的冷卻系統，可調節鎂合金管件的溫度，以實現調控微觀組織的目的。通過該實用新型裝置制備的鎂合金管件，其組織致密，力學性能優異。

本實用新型的技術方案為：一種鎂合金管狀結構件電弧3D打印裝置，其特征是，包括焊接基座、構件基板、冷卻系統、聯動絲杠、驅動裝置和焊槍，所述構件基板設置在焊接基座上，所述冷卻系統設置在焊接基座的下方，所述構件基板和聯動絲杠固定連接，并且所述構件基板隨著聯動絲杠上下移動，所述驅動裝置驅動聯動絲杠，所述聯動絲杠與焊接過程協同運動，所述焊槍在構件基板上方堆焊形成鎂合金管狀結構件。

前述的一種鎂合金管狀結構件電弧3D打印裝置，其特征是，所述構件基板的材質為銅。

前述的一種鎂合金管狀結構件電弧3D打印裝置，其特征是，所述鎂合金管狀結構件的截面為圓環狀。

前述的一種鎂合金管狀結構件電弧3D打印裝置，其特征是，所述鎂合金管狀結構件由若干層鎂合金焊絲堆焊形成。

前述的一種鎂合金管狀結構件電弧3D打印裝置，其特征是，所述驅動裝置為調速電機。

本實用新型所達到的有益效果：

（1）焊接機器人所持焊槍再一個固定的平面做有規律的圓周運動，所打印的鎂合金管件不斷下移，減少了零件高度對焊槍位置的限制；