[發明專利]一種鋁合金電弧輔助涂覆增材制造系統及方法

有效

• 申請號: 201710203286.7
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN106925787B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 魏正英;杜軍;趙光喜;姚云飛;劉偉;賀鵬飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;C23C4/123;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開了一種鋁合金電弧輔助涂覆增材制造系統及方法，坩堝固定于封閉手套箱上，三維移動平臺、基板及電弧熱源均位于封閉手套箱內，基板位于三維移動平臺上，涂覆頭的上端與坩堝的底部出口相連通，涂覆頭的下端插入于封閉手套箱內且正對基板，電弧熱源固定于封閉手套箱的頂部且正對基板，坩堝的外壁上纏繞有感應線圈，感應線圈與電源相連接，坩堝的頂部開口處設有坩堝蓋，第一供氣系統與封閉手套箱相連通，第二供氣系統與坩堝相連通，控制器的輸出端與電源的控制端相連接，第一供氣系統及第二供氣系統與控制器相連接，該系統及方法能夠通過3D打印制備質量較好的鋁合金工件，并且制備成本低，效率高。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，涉及一種鋁合金電弧輔助涂覆增材制造系統及方法。

背景技術

增材制造(additive manufacturing，AM)技術是近年來由制造技術、信息技術和新材料技術融合而成一種新型的制造技術，由于其特殊的成型方式和廣闊的應用前景，被譽為有望產生“第三次工業革命”的代表性技術。該技術不需要傳統加工的刀具、夾具及多道加工程序，具有柔性好、成形速度快以及成形與零件復雜程度無關的優點，由于其工藝的特殊性，增材制造可以實現制造短程化，并且推動大批量制造模式向個性化制造模式轉變。

不同的金屬3D打印增材制造技術有各自不同的特點和分類方法，按照成形材料不同沉積狀態，金屬件的成型工藝主要有：選擇性激光燒結(Selected Laser Sintering，SLS)技術，選區激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)技術，激光熔敷沉積(LaserCladding Deposition，LCD)技術，三維打印(3D Printing，3DP)技術，電子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)技術，三維微焊接(3D Micro Welding，3DMW)成形技術，金屬熔滴沉積技術(MMSDD)。其中選擇性激光燒結技術，選區激光熔化技術和激光熔敷沉積技術都采用了高功率激光器，雖然其成形精度較高，但是其設備開發成本高昂，成形精度如果需要進一步提高，就必須突破原材料粉末直徑的限制，當粉末直徑小于30um時，難以用常規的研磨方法制備，而放電爆炸法、化學還原法等工藝制備的粉體材料成本較高，且這些微小活性材料粉體在運輸和儲存過程中極易發生氧化反應甚至爆炸，存在著很大的風險；活性粉體材料對激光反射率可達40％～90％，能源利用率較低。因此，采用激光—粉體沉積金屬制件的方法還有待完善。其中電子束熔融雖然能量密度大、功率大，成形效率高，但是其成形件精度低，尺寸有限。三維打印技術，三維微焊接技術以及三維打印技術雖然設備成本低，但是其成形零件的強度和精度難以滿足工業應用。

鋁合工件有密度小、比強度高、耐腐蝕性好、成本低等一系列優點，在兵器工業、核工業、航空、汽車、航天及船舶都有十分廣泛的應用前景，因此鋁合金技術被列為國防科技重點發展的基礎技術。同時鋁合金在工業上的使用僅次于鋼，在航天航空領域鋁合金的應用達到了80％。

雖然鋁合金在國民經濟中應用范圍廣，但是目前鋁合金在增材制造技術中的研究很少。首先鋁合金在空氣中極易氧化，其氧化產物三氧化二鋁熔點非常高(約20500C)，在金屬3D打印中會導致層間結合出現縫隙，其次鋁合金在金屬增材制造中極易產生氣孔，產生氣孔的原因主要是是氫，由于液態鋁可以溶解大量的氫氣，而固態鋁幾乎不溶解氫，在凝固過程中氫來不及逸出，就會在成形件中產生氣孔，從而導致鋁合金工件的質量較差，第三，鋁合金對激光的反射率較高，對激光能量的吸收率很低，導致鋁合金在以激光作為熱源的金屬增材制造技術中研究遇到極大阻礙，從而不能通過3D打印來制備出質量較好的鋁合金工件。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種鋁合金電弧輔助涂覆增材制造系統及方法，該系統及方法能夠通過3D打印制備質量較好的鋁合金工件，并且制備成本低，效率高。

為達到上述目的，本發明所述的鋁合金電弧輔助涂覆增材制造系統包括封閉手套箱、三維移動平臺、基板、坩堝、涂覆頭、電弧熱源、電源、第一供氣系統、第二供氣系統及控制器；