[發明專利]用于金屬焊接的流體冷卻的接觸末端組件

有效

• 申請號: 201780042344.0
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN109689268B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 湯姆-埃里克·法拉;阿爾內·拉姆斯蘭
• 申請（專利權）人: 挪威鈦公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/28;B23K10/02;B23K103/14
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

本發明提供了一種流體冷卻的接觸末端組件，該組件可用于這樣的方法和系統中：這些方法和系統用于通過實體自由成形制造技術制造各物體，尤其是鈦和鈦合金物體，其中通過增加穿過金屬線的電荷流速來增加沉積速率。

技術領域

本發明涉及一種通過實體自由成形制造技術制造物體的方法和裝置，上述物體尤其是鈦和鈦合金物體。

背景技術

鈦或鈦合金制成的結構化金屬部件通常是通過鑄造、鍛造或機加工坯料而制成。這些技術的缺點是昂貴的鈦金屬材料浪費大，并且在金屬部件的制造中需要很長的準備時間。

完全致密的物理物體可以通過被稱為快速成型、快速制作、分層制造、實體自由成形制造、增材制作、增材制造或3D打印的制造技術來制造。這種技術使用計算機輔助設計軟件(CAD)來首先構建待制作物體的虛擬模型，然后將虛擬模型轉換成通常水平定向的薄的平行式切片或層。然后，可以通過鋪設連續的原材料層來制造物理物體，所述原材料層為液體糊狀物、粉末或其它可分層、可鋪展或流體形式，例如熔化的金屬，例如來自熔化的焊線，或者預制為類似于虛擬層形狀的片狀材料，直到整個物體形成。這些層融合在一起，形成一個實心的致密物體。

實體自由成形制造是一種靈活的技術，能夠以相對較快的生產率制造幾乎任何形狀的物體，通常每個物體的生產率從幾個小時到幾天不等。因此，這種技術適合于成形樣機和小的生產量，并且可以擴大規模用于大批量生產。

分層制造技術可以擴展到包括建筑材料碎片的沉積，也就是說，物體虛擬模型的每個結構層被分成一組碎片，這些碎片并排放置時形成該層。這使得這樣形成金屬物體：根據物體的虛擬分層模型將金屬線焊接到形成每一層的連續條帶的基底上，并對每一層重復該過程，直到整個物理物體形成為止。該焊接技術的精度通常太差，不能直接形成具有可接受尺寸的物體。因此，成形的物體通常被認為是生坯物體或預成型物，需要加工成可接受的尺寸精度。

電子束自由成形制造技術是本領域已知的(例如，參見2002年8月5日至7日在德克薩斯州奧斯汀舉行的第十三屆實體自由成形制造研討會上Taminger和Hafley的《電子束自由成形制造技術生產的2219鋁的表征》；會議記錄，德克薩斯大學奧斯汀分校(2002年)；第三屆汽車復合材料年會論文集中《電子束自由成形制造技術：快速金屬沉積工藝》，作者Taminger和Hafley，2003年9月9-10日，密歇根州特洛伊市塑料工程師協會(2003年)；以及Taminger和Hafley的《用于低成本近凈形制造的電子束自由成形制造技術》，關于通過凈形狀加工進行成本效益制造的NATO/RTOAVT-139專家會議(荷蘭阿姆斯特丹市，2006年)(NATO)，第9-25頁))。Taminger和Hafley(2006年)描述了一種直接用計算機輔助設計數據結合電子束自由成形制造(EBF)技術制造結構化金屬部件的方法和裝置。該結構化部件是通過在金屬焊線的連續層上焊接而成的，該金屬焊線由電子束提供的熱能進行焊接。EBF工藝包括：在高真空環境中，將金屬線熔化到由聚焦電子束制造和維持的熔池中。電子束和焊線的定位是通過如下方式來實現的：使電子束炬和支撐基底的致動器沿著一個或更多個軸線(X、Y、Z和旋轉)可移動地鉸接，并通過四軸線運動控制系統調節電子束炬和支撐基底的位置。據稱，該工藝在材料使用方面效率接近100％，在功耗方面有95％的效率。該方法既可用于大塊金屬沉積物，也可用于更精細的細分沉積物，并且與加工金屬零件的常規方法相比，該方法聲稱在縮短準備時間以及降低材料和加工成本方面取得了顯著的效果。該電子束技術的缺點是依賴于沉積室中10^-1Pa或更低的高真空。

已知的是(例如，參見Adams，美國專利公開號2010/0193480)使用TIG焊炬通過實體自由成形制造(SFFF)技術來制造物體，其中在基底上沉積具有低延展性的連續金屬原料層。通過使用電極激勵流動氣體來產生等離子體電弧，該電極具有提供給其的可變大小電流。等離子體流被導向預定的目標區域，以在沉積之前預熱工件的預定目標區域。調節電流，將原料材料供給到等離子體流中，從而將熔融原料沉積在預定目標區域中。調節電流，在升高的溫度(通常高于原料材料的脆韌性轉變溫度)下緩慢冷卻熔融原料，從而在冷卻階段將材料應力的發生率降到最低。