[發(fā)明專利]雙金屬?gòu)?fù)合材料電弧增材制造裝置及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711384045.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN107931781B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊延華;楊林武;張新亮;周雨晨;薛鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安航空學(xué)院
• 主分類號(hào): B23K9/04
• 分類號(hào): B23K9/04;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 61237 西安知誠(chéng)思邁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 麥春明<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了雙金屬?gòu)?fù)合材料電弧增材制造裝置及其制造方法，雙金屬?gòu)?fù)合材料電弧增材制造裝置由控制系統(tǒng)部分和機(jī)械部分組成，雙金屬?gòu)?fù)合材料電弧增材制造的方法通過3D模型建模、分層切片、數(shù)據(jù)處理、對(duì)刀、送絲啟動(dòng)、氣體保護(hù)啟動(dòng)、材料電弧電源系統(tǒng)啟動(dòng)、電弧引弧、3D運(yùn)動(dòng)、電弧跟蹤步驟直至完成整個(gè)雙金屬?gòu)?fù)合材料增材制造。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了兩種金屬?gòu)?fù)合材料增材制造，并且工藝流程短，投入設(shè)備少，所需場(chǎng)地小，適宜于批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙金屬?gòu)?fù)合材料電弧增材制造裝置及其制造方法。

背景技術(shù)

增材制造3D打印領(lǐng)域中，電弧增材制造較激光選取粉末增材制造工藝具有送絲速度快、金屬熔覆沉積速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大型產(chǎn)品和工件制造。

現(xiàn)有增材制造技術(shù)僅為單材料制造，即一種材料增材制造，尚未實(shí)現(xiàn)雙金屬?gòu)?fù)合材料增材制造。由于雙金屬?gòu)?fù)合材料，如碳鋼/不銹鋼復(fù)合材料，碳鋼材料可以為工件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)載荷和強(qiáng)度作用，不銹鋼材料為工件結(jié)構(gòu)提供耐蝕性或耐磨性，從而保護(hù)碳鋼材料，使得具有良好的適用性；此外，碳鋼/不銹鋼復(fù)合材料價(jià)格又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不銹鋼純材，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性；因此雙金屬?gòu)?fù)合材料的增材制造就顯得迫在眉睫。

雙金屬?gòu)?fù)合管主要包括機(jī)械式復(fù)合管和冶金式復(fù)合管。傳統(tǒng)雙金屬?gòu)?fù)合管生產(chǎn)方式均為大型機(jī)械化生產(chǎn)，具有投資大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、組織難度大、適用大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，不能滿足當(dāng)今時(shí)代對(duì)產(chǎn)品多元式、定制式生產(chǎn)制造服務(wù)，而增材制造(3D打印)最容易實(shí)現(xiàn)多元化定制式生產(chǎn)，從零件的三維CAD模型出發(fā)，無(wú)需模具，直接打印制造零件，具有投資小、周期短、便于組織生產(chǎn)等特點(diǎn)，而且不受模具尺寸、調(diào)型等影響，尤其適用單件、小批量生產(chǎn)。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，依據(jù)增材制造原料來(lái)劃分，增材制造可以劃分為絲材增材制造和粉末增材制造。絲材增材制造以高能束(激光、電子束、電弧等)為熱源，同步送絲，分層逐步熔化成型。粉末增材制造是以激光或電子束為熱源，在粉末床上，分層燒結(jié)熔接成型，具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，效率可達(dá)每小時(shí)數(shù)公斤。絲材增材制造可以實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能與鍛件相當(dāng)?shù)膹?fù)雜高性能構(gòu)件的高效率制造(可達(dá)3-5kg/h)，并且成形尺寸基本不受限制(取決于設(shè)備運(yùn)動(dòng)幅面)。粉末制造技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能優(yōu)于鑄件的高復(fù)雜性構(gòu)件的直接制造，但是通常成形尺寸較小，只能進(jìn)行單種材料的直接成形。目前成熟的商用化裝備的成形尺寸一般小于300mm。另外，粉末增材制造沉積效率要比絲材制造技術(shù)低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，但成形件的復(fù)雜性基本不受限制。因此，雙金屬?gòu)?fù)合管增材制造需要選擇絲材增材制造工藝。

發(fā)明內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種雙金屬?gòu)?fù)合材料電弧增材制造裝置及其制造方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中投資大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、組織難度大，工件成型受到限制的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，雙金屬?gòu)?fù)合材料電弧增材制造裝置，由控制系統(tǒng)部分和機(jī)械部分組成；所述控制系統(tǒng)部分由3D建模模塊、分層模塊、陰極射線顯像管、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入模塊、控制系統(tǒng)、可編程控制器組成；

3D建模模塊與分層模塊信號(hào)連接，分層模塊、陰極射線顯像管、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入模塊、可編程控制器分別與控制系統(tǒng)連接；

所述3D建模模塊用于為設(shè)備提供3D模型建模，實(shí)現(xiàn)工件3D建模；

所述分層模塊用于將3D建模模塊所建立模型進(jìn)行分層計(jì)算、模擬分層以及切片分層，將3D模型轉(zhuǎn)化為一定厚度的2D平面模型，將2D模型的關(guān)鍵點(diǎn)線面參數(shù)數(shù)字化，輸送給控制系統(tǒng)；

所述陰極射線顯像管用于顯示所建立3D模型、分層模型的外觀、尺寸，同時(shí)顯示各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)、增材制造工藝參數(shù)；

所述手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入模塊用于將模型參數(shù)、電弧增材制造工藝參數(shù)手動(dòng)輸入到控制系統(tǒng)，以便后續(xù)電弧增材制造計(jì)算和實(shí)施；

所述控制系統(tǒng)具有X向伺服驅(qū)動(dòng)接口、Y向伺服驅(qū)動(dòng)接口、Z向伺服驅(qū)動(dòng)接口、4軸伺服驅(qū)動(dòng)接口、5軸伺服驅(qū)動(dòng)接口、可編程控制器接口；