[發明專利]一種單電源三絲共熔滴的電弧增材制造系統

有效

• 申請號: 201910918686.5
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110681948B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 余圣甫;何天英;周龍早;史玉升;齊臏
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/133;B23K9/28;B23K9/26;B23K9/32;B33Y30/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 梁鵬;張彩錦

本發明屬于電弧增材制造領域，并公開了一種單電源三絲共熔滴的電弧增材制造系統，包括三絲送絲機、送絲管路、電弧槍、機器人和電弧增材制造電源，三絲送絲機用于同時輸送三根金屬絲材至送絲管路中，送絲管路用于將三根金屬絲同時導入電弧槍中，機器人用于帶動電弧槍運動；電弧槍包括從上至下依次連接的三合一轉換接頭、槍頸主體模塊和三絲導電嘴模塊，三合一轉換接頭上端與送絲管路相連，槍頸主體模塊下端還設置有散熱噴嘴模塊，散熱噴嘴模塊套裝在三絲導電嘴模塊外部，用于對三絲導電嘴模塊進行散熱；電弧增材制造電源用于使三根金屬絲材形成一個共同的穩定熔滴。本發明可實現大型金屬結構件的高精度、高效率的電弧增材制造。

技術領域

本發明屬于電弧增材制造領域，更具體地，涉及一種單電源三絲共熔滴的電弧增材制造系統。

背景技術

電弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM)，采用電弧作為熱源，熔化金屬絲材逐層堆積制造出金屬構件，其無需模具，加工柔性程度高，易于實現數字化制造，在高性能大型金屬構件的制造中具有很大的優勢。電弧增材制造是以“電弧”作為熱源熔化金屬絲材，形成堆積層。電弧增材制造過程中，熔池尺寸穩定可以提高電弧增材的大型金屬構件的精度。但是，目前廣泛使用的單電弧增材制造方法，電弧會在金屬絲材上運動，特別是采用藥芯絲材，電弧會沿著包覆藥芯粉末鋼皮運動。這是由于單絲電弧增材制造過程中，位于絲材末端的熔滴由于表面張力的作用，在不斷改變形態與位置，沿著絲材的外徑旋轉，使電弧隨著熔滴不斷進行旋轉，使得熔池的尺寸大小在不斷改變，造成電弧增材制造構件的成形精度低。在電弧增材制造過程中，提高電弧與熔滴穩定性就可以提高電弧增材制造構件的精度。

現有技術中，為了解決電弧增材制造構件表面粗糙度高與構件整體尺寸精度較低的問題，普遍采用“增減材復合”工藝方法，使成形構件達到使用要求?！霸鰷p材復合”工藝方法首先用增材制造堆積出結構件，然后機加工去除加工余量部分，提高構件的尺寸精度。然而，為了保證“增減材復合”工藝方法制造構件時加工余量大，導致了該方法增加了構件的生產周期，降低生產效率與材料利用率，提高生產成本。并且，“增減材復合”工藝方法目前一般采用兩種減材加工方法：機器人減材加工與機床減材加工。機器人減材加工的加工力矩較小，適用于加工鋁合金等材料，無法高效率加工鋼鐵材料；機床減材加工中的機加工機床大大限制了增材制造構件的尺寸。進一步的，研究人員提出采用“激光約束電弧”的方法電弧增材制造金屬構件?！凹す饧s束電弧”工藝方法提高了電弧穩定性，進而減小了熔池的尺寸誤差與堆積層尺寸誤差，可以提高構件的成形精度。但是，激光約束電弧必須保證激光與電弧的相對位置與相對角度不變，適用于平面簡單構件的增材制造，無法制造復雜曲面構件。并且，激光電弧復合槍頭的尺寸大，結構復雜，增加了激光電弧復合槍與構件產生干涉可能性，減小了槍頭的可達范圍。

目前，在焊接領域有一些多絲焊接方法，例如，CN104625361A提出了一種雙電弧與冷絲脈沖復合焊接的三絲焊槍及焊接系統和方法，其在兩個獨立的電弧之間加入一根冷絲，起到了提高焊接效率，降低熱輸入的作用；CN109079287A提出了一種三絲氣體保護簡介電弧焊方法、裝置及其應用，其使用三絲焊絲連接兩臺電源，在三根焊絲之間形成間接電弧，實現了高效率并且具有大熔深的焊接過程。但是上述專利是針對焊接領域提出的三絲焊接方法，并不屬于電弧增材制造領域，無法提高電弧增材制造構件的精度，也無法解決現有電弧增材制造技術中存在的上述問題。

因此，有必要進行研究，以獲得一種全新的電弧增材制造系統及方法，以提高電弧與熔滴的穩定性，進而提高電弧增材制造構件的精度

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種單電源三絲共熔滴的電弧增材制造系統，其通過單次同時輸送三根金屬絲材，以使得三根金屬絲材形成一個整體電弧，熔滴受三根金屬絲材末端表面張力相互牽制作用，避免單絲電弧在增材制造過程中出現的電弧飄移與熔滴旋轉現象的出現，提高了電弧、熔滴與熔池的穩定性，能實現熔池尺寸的精確控制，確保了增材制造大型金屬構件的成形精度，可實現大型金屬結構件的高精度、高效率的電弧增材制造。