[發明專利]一種絲?粉?氣?電弧同軸的3D打印裝置

有效

• 申請號: 201610004973.1
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105618895B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 周琦;孔見;王克鴻;周春東;朱軍;彭勇;孫宏宇;蔡雅君
• 申請（專利權）人: 江蘇爍石焊接科技有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/173;B22F3/105;B33Y30/00;B33Y40/00;B23K35/24;B23K103/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于電弧加工技術領域，特別是一種絲-粉-氣-電弧同軸的3D打印裝置及其方法，可實現絲-粉-氣-電弧同軸添加功能，適用于金屬材料的焊接、表面改性、修復、增材制造等。

背景技術

電弧送絲增材制造技術(Wire+Arc Additive Manufacture-WAAM)是利用電弧堆焊原理將金屬絲材熔化，在計算機的控制下直接制造全密度三維金屬零件的工藝方法。與鑄造技術和機械加工方法等傳統方法相比，電弧送絲增材制造技術的工序簡化、材料利用率提高、生產成本降低、機械加工難度低，同時可以控制零件中的宏觀缺陷以及成分偏析，后續加工工序簡化，適用于新型產品快速研制以及批量生產。

查找現有的電弧送絲增材制造技術的相關報道，電弧增材制造一般包括：同軸或旁軸送絲電弧3D打印和送粉等離子弧3D打印，而沒有絲粉同軸添加的報道。通過單一的送絲方式實現電弧增材制造，其生產的產品的成分受絲材成分的限制，即產品成分不可設計。

本發明提供的一種絲-粉-氣-電弧同軸的3D打印裝置，可實現絲-粉-氣-電弧同軸添加功能，在送絲電弧增材制造的同時添加相應的合金粉末，其材料成分可設計，適用于金屬材料的焊接、表面改性、修復、增材制造等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種絲-粉-氣-電弧同軸的3D打印裝置及其方法，具備送絲-添粉-加氣保-熱源四項同步同軸進行的功能，適用于金屬材料的焊接、修復、表面處理和增材制造等。

實現本發明目的的技術方案為：

一種絲-粉-氣-電弧同軸的3D打印裝置，包括：

一熔化極氣體保護焊槍；

一氣粉同軸傳送裝置，其內設有與非熔化極氣體保護焊槍同軸的螺旋氣粉罩，螺旋氣粉罩內開有與熔化極氣體保護焊槍緊固連接的螺紋；

氣粉同軸傳送裝置內、螺旋氣粉罩外設有與螺旋氣粉罩外壁相切的n個送粉送氣通道，分別為第一送氣送粉通道與第二送氣送粉通道；

所述的第一送氣送粉通道分別開有第一送氣口與第一送粉口；第n送氣送粉通道分別開有n個送氣口與n個送粉口；

所述的螺旋氣粉罩的內壁開有螺旋氣粉槽。

如上所述的氣粉傳送裝置有n條氣粉傳送通道，n一般取2～8，且各通道沿螺旋氣粉罩圓周方向上均勻分布；

如上所述的螺旋氣粉槽為變螺線-變螺距-變截面結構，螺旋氣粉槽包括n螺旋槽、大截面單螺旋槽、小截面單螺旋槽，槽為半圓槽；螺旋氣粉槽頂端靠近氣粉通道入口處為n螺旋結構的n螺旋槽，槽直徑為4mm～7mm，且所述的n螺旋結構為n+1圈；

所述的n個氣粉通道連通分別處于兩相鄰的n螺旋槽處；

與所述的n螺旋槽相連的為大截面單螺旋槽，槽直徑為7mm～12mm；與大截面單螺旋槽相連的為小截面單螺旋槽，槽直徑為4mm～7mm。

如上所述的螺旋氣粉槽從頂部到低部，其螺紋升角逐漸趨于平角，螺旋氣粉槽螺紋升角為0°～60°；螺旋氣粉槽在螺旋氣粉罩出口的螺紋升角為0°～5°。

如上所述的一種絲-粉-氣-電弧同軸的3D打印裝置，其特征在于，所述的螺旋氣粉罩采用耐熱材料SiC陶瓷制造。

如上所述的送粉口和送氣口上均分別裝有送粉調速器和氣體流量計。

如上所述的螺旋氣粉罩的氣粉出口呈縮頸狀，且縮頸面的延長線指向電弧中心。

如上所述的熔化極氣體保護焊槍外側用SiC陶瓷制造隔熱材料包裹，所述的熔化極氣體保護焊槍，其外側上部加工的螺紋長度至少為其直徑的兩倍。

一種絲-粉-氣-電弧同軸的3D打印的方法，包括步驟如下：

步驟1，根據3D打印鋼制品的目標合金成分，確定鐵元素含量W_Fe％；選擇低碳鋼焊絲作為送絲原料；

根據3D打印鋼制品的目標合金成分，確定所需的作為送粉原料的合金粉末中合金元素i的含量Wif％比，經修正關系式Wif_修正％≈Wif％×(1+μi+ξ)修正后得到送粉原料中合金元素i含量的修正值Wif_修正％；將Wif_修正％比轉化成送粉原料的含量比α₁:α₂:α₃…:α_j，其中μi為燒損系數，μi＝0.2％～5％，ξ為散射飛濺損失系數，ξ＝2％～8％，送粉原料包括j種原料粉末，j為2-8，送粉原料的合金粉末中的合金元素不為鐵；