[發(fā)明專(zhuān)利]一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置及其成型方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710157265.6
• 申請(qǐng)日: 2017-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107138839A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張洪濤;朱訓(xùn)明;王云峰;王波;金偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 威海萬(wàn)豐鎂業(yè)科技發(fā)展有限公司;山東船舶技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): B23K11/06
• 分類(lèi)號(hào): B23K11/06;B23K11/34
• 代理公司: 青島華慧澤專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙)37247
• 代理人: 劉娜,袁紅紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及快速成型技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置及方法。

背景技術(shù)

增材制造(Additive Manufacturing，AM)誕生于20世紀(jì)80年代后期，相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除切削加工技術(shù)，AM是一種基于離散-堆積原理、采用材料逐漸累加方式獲得實(shí)體零件的制造技術(shù)，因此也稱(chēng)之為快速成型(Rapid Prototyping)、三維打印(3D Printing)、實(shí)體自由制造(Solid Free-form Fabrication)。增材制造技術(shù)對(duì)材料的總體利用率高、完全數(shù)字化控制且不受零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，制造完成的零件幾乎不用或需要少量的后期加工即可使用。因此增材制造被認(rèn)為是“改變世界的制造技術(shù)”，在航空航天制造領(lǐng)域、生物醫(yī)療領(lǐng)域和設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有不可代替的優(yōu)勢(shì)和前景。

電阻縫焊或滾焊作為一種傳統(tǒng)的焊接方法，適用于同種、異種金屬之間的連接，同時(shí)基于電阻縫焊或滾焊的應(yīng)用特性又特別適用于金屬箔片之間或金屬箔片與厚板材料之間的連接。因此電阻縫焊可以用于多層金屬箔片堆疊焊接形成塊狀實(shí)體，機(jī)械加工后實(shí)現(xiàn)特定幾何形裝零件的快速成型。

但是目前電阻縫焊或滾焊存在很大的缺陷，在焊接鋁、銅板材時(shí)，由于板材表面的雜質(zhì)、污垢、氧化層問(wèn)題，造成板間飛濺、板間焊接質(zhì)量下降。其次基于電阻縫焊或滾焊方式的增材制造方法在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道，國(guó)外發(fā)明專(zhuān)利(US 20120061027A1)公開(kāi)了一種利用雙超聲波發(fā)生器耦合焊接的系統(tǒng)，最大推挽功率可達(dá)9KW，已經(jīng)應(yīng)用于金屬箔片的超聲增材制造，但由于壓電陶瓷材料最大承受功率的限制，焊接金屬箔片的有效厚度收到了較大限制。國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利(CN201310627808.8)公開(kāi)了一種輔助加熱式超聲快速成型方法，利用外加熱場(chǎng)預(yù)熱、軟化金屬箔片或基體材料，在超聲焊接功率受限的條件下增加了金屬箔片的可焊厚度與寬度，但快速成型過(guò)程中金屬箔片的厚度和寬度仍然受限。同時(shí)對(duì)于金屬箔片間添加碳纖維等非金屬夾層制造復(fù)合材料方面，超聲快速成型技術(shù)由于受到輸入功率的限制，其成品質(zhì)量并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置及成型方法，以達(dá)到提供一種低成本、高效率的快速成型方法的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置，包括加工平臺(tái)和位于加工平臺(tái)上的基板，所述加工平臺(tái)上方設(shè)有即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)和電阻焊機(jī)的導(dǎo)電滾輪；所述即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)包括位于所述基板上方且相鄰設(shè)置的滾動(dòng)輪和鋼絲刷一，以及緊貼基板設(shè)置的鋼絲刷二；所述導(dǎo)電滾輪、滾動(dòng)輪、鋼絲刷一和鋼絲刷二均可在其位置處做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且其位置可根據(jù)金屬箔片堆疊的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述加工平臺(tái)可進(jìn)行平面移動(dòng)。

上述方案中，所述裝置還包括控制單元和與控制單元連接的溫度監(jiān)測(cè)單元。

上述方案中，所述加工平臺(tái)上方設(shè)有與加工平臺(tái)垂直的主控平板，所述即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)和導(dǎo)電滾輪位于主控平板上。

一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置的成型方法，包括如下步驟：

(1)即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)對(duì)加工前的基板、放置于基板上的金屬箔片進(jìn)行上下表面的清潔處理，除去污垢、氧化層；

(2)金屬箔片經(jīng)過(guò)導(dǎo)電滾輪的滾壓，在金屬箔片之間產(chǎn)生的電阻熱實(shí)現(xiàn)金屬箔片一次或者多層多次堆疊焊接，金屬箔片之間可加入碳纖維材料，形成金屬或金屬基復(fù)合材料的三維固態(tài)塊狀實(shí)體；

(3)加工平臺(tái)對(duì)三維固態(tài)塊狀實(shí)體進(jìn)行減材加工，獲得所需的幾何特征的零件。

上述方案中，金屬箔片以多層豎排不交錯(cuò)的方式連續(xù)堆積，或以多層豎排交錯(cuò)堆積的方式進(jìn)行連續(xù)堆積。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，步驟(2)中，焊接操作區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)氣體保護(hù)，所用氣體為氬氣、氦氣或者氮?dú)庵械囊环N或幾種的混合氣體。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，步驟(2)中，使用溫度監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)金屬箔片的溫度。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，步驟(1)中，在對(duì)金屬箔片上表面進(jìn)行打磨清理時(shí)，鋼絲刷二在其位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由加工平臺(tái)進(jìn)行平面移動(dòng)完成其打磨；在對(duì)金屬箔片下表面進(jìn)行打磨清理時(shí)，金屬箔片穿過(guò)鋼絲刷一和滾動(dòng)輪，二者相互擠壓，由鋼絲刷一完成對(duì)金屬箔片下表面的打磨。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，步驟(2)中在金屬箔片堆疊焊接時(shí)，導(dǎo)電滾輪在其位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)金屬箔片提供壓力，由加工平臺(tái)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)金屬箔片完成焊接過(guò)程。