[實用新型]一種等離子電弧熔絲增材制造裝置

有效

• 申請號: 201821973240.X
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN209140046U
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 方學偉;張麗娟;卓君;許康;趙紀元;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安增材制造國家研究院有限公司
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本實用新型公開了一種等離子電弧熔絲增材制造裝置，利用運動執行機構、測溫裝置、焊槍、送絲機構、工作平臺和等離子弧發生器形成等離子加熱焊接系統，將焊槍固定于運動執行機構端部，焊槍連接于等離子弧發生器，送絲機構安裝于運動執行機構上，送絲機構的出絲嘴位于焊槍熱源下端，利用等離子弧發生器為焊槍提供電流、電壓，使焊槍與等離子弧發生器結合技能實現作為熔融絲材熱源，又能實現電弧加熱，同時采用固定于工作平臺待成型區一側的測溫裝置實現工件溫度測量，利用等離子弧發生器變換焊槍溫度，能夠減小大型構件焊接或熔絲增材過程中由于溫度梯度產生的應力，減小或避免由于應力產生的變形或開裂，本裝置具有高的溫度場穩態控制精度和動態響應特性。

技術領域

本實用新型涉及金屬焊接及增材制造領域，具體涉及一種等離子電弧熔絲增材制造裝置。

背景技術

增材制造技術被廣泛用在模具制造、工業設計等領域，現正逐漸用于一些產品的直接制造，特別是一些高價值的應用(比如髖關節或牙齒和一些飛機零部件)。金屬零部件增材制造方法主要有激光選區熔化(SLM)、激光同軸送粉直接制造、電子束熔絲成形(EBAM)、電子束選區熔化成形(EBM)等方法。這幾種方法都不同程度存在著局限性，例如激光選區熔化、電子束選區熔化成型技術由于原材料粉末成本較高，且受成型倉尺寸限制只能制造一些小尺度零件。電子束/激光熔絲增材成型技術受技術門檻和設備造價的限制，也很難得到廣泛的應用。因此電弧熔絲增材成型技術因其成熟的、已商業化的熱源設備，較低的技術門檻，制造產品尺寸不受限，較高的成型效率等優勢近幾年受到極大關注，成為制造低成本、大尺度構件的突破口。其中等離子電弧由于自身壓縮電弧優勢所具有高的能量密度，可熔融制造各種難熔金屬材料。在航空航天、原子能零部件制造中有廣闊的應用空間。

雖然等離子電弧熔絲成型技術在成型速度快、工藝較簡單方面較其他幾種存在優勢。但等離子電弧熔絲制造過程中由于為熱源逐點熔融絲材，靠近熔融點溫度高遠離熔融點溫度低，這樣導致構件溫度分布不均勻，從而造成各處的膨脹和收縮變形差異大。在進行焊接或增材制造時，構件由于上述原因產生的極大應力，會導致構件的變形甚至開裂。

為避免以上提及的溫度極度不均問題，工程應用中通常所用的方法為焊前預熱及焊后緩冷方式。即在工件底部增設加熱裝置，補充未焊接熔融點或已完成焊接但遠離熔融點位置溫度過低的問題。這種方式可降低溫度分布不均勻的問題，但存在加熱裝置通常尺寸受限且靈活性不足，不適合大型構件的制造。以金屬絲材為原材料，熱源熔融金屬絲材持續形成熔池，熔池凝固形成沉積面，如此反復最終通過逐層熔融凝固，完成構造過程。這種制造工藝具有原材料成本較粉末低廉、開放式的加工環境以及快速的沉積效率，更適合大型結構件的加工制造。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種等離子電弧熔絲增材制造裝置，以克服現有技術的不足，本實用新型利用率高、靈活性強，減少了輔助部件的設置，進一步提高等離子弧熔絲增材制造技術的自動化程度和過程控制精度。

為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種等離子電弧熔絲增材制造裝置，包括運動執行機構、測溫裝置、焊槍、送絲機構、工作平臺和等離子弧發生器；焊槍固定于運動執行機構端部，測溫裝置固定于工作平臺待成型區一側，焊槍連接于等離子弧發生器，送絲機構安裝于運動執行機構上，送絲機構的出絲嘴位于焊槍熱源下端。

進一步的，所述運動執行機構采用機械臂或機床，用于攜帶送絲機構和焊槍根據設置的規劃路徑運動。

進一步的，所述送絲機構包括送絲盤、送絲驅動電機和出絲嘴，所述出絲嘴位于用于熔融金屬絲材的熱源下方。

進一步的，所述測溫裝置用于測量工件多點位置溫度，所述測溫裝置為非接觸式測溫裝置，均勻分布在溫度均勻且能代表成型件溫度的區域。

進一步的，所述焊槍為一臺或兩臺，分別或同時作為熔融金屬絲材的電弧裝置和工件加熱裝置。