[發(fā)明專利]增材制造系統(tǒng)和增材制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010099128.3
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN113275754A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 空客（北京）工程技術(shù)中心有限公司
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/14;B23K26/60;B23K26/70;B33Y10/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王艷江;李新燕

本申請?zhí)峁┝艘环N增材制造系統(tǒng)。該增材制造系統(tǒng)包括材料供給裝置、第一熱源裝置和第二熱源裝置。所述材料供給裝置構(gòu)造成將材料供給至基板上以便進(jìn)行增材制造。所述第一熱源裝置適于提供用于熔化或燒結(jié)所述材料的主熱源。所述第二熱源裝置適于提供用于熔化或燒結(jié)所述材料的輔助熱源。所述第一熱源裝置提供的熱源的類型不同于所述第二熱源裝置提供的熱源的類型。本申請還提供一種增材制造方法。根據(jù)本申請的增材制造系統(tǒng)和增材制造方法能夠提高增材制造速率，降低制造成本，提高熔池穩(wěn)定性，并且提高制造精度和產(chǎn)品質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料加工的技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及使材料融化或燒結(jié)以進(jìn)行增材制造的增材制造系統(tǒng)和增材制造方法。

背景技術(shù)

增材制造(Additive Manufacturing)技術(shù)是利用熱源將材料熔化或燒結(jié)以逐層累加來形成實(shí)體零件的技術(shù)。增材制造技術(shù)的熱源通常包括激光、電子束和電弧。對于激光熱源，激光光斑尺寸小，形成的熔池尺寸較小，導(dǎo)致成形速率慢，不利于制造大尺寸結(jié)構(gòu)件。對于電弧熱源，與激光熱源和電子束熱源相比，制造成本較低并且成形速率較高，但是產(chǎn)品表面質(zhì)量較差，一般需要二次表面機(jī)加工。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高成形質(zhì)量和精度同時能夠降低制造成本和/或提高成形速率的增材制造系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的是提供一種兼顧成形速率、成本、成形精度與質(zhì)量的電弧和激光復(fù)合增材制造系統(tǒng)。

根據(jù)本公開的一個方面，提供一種增材制造系統(tǒng)。該增材制造系統(tǒng)包括材料供給裝置、第一熱源裝置和第二熱源裝置。所述材料供給裝置構(gòu)造成將材料供給至基板上以便進(jìn)行增材制造。所述第一熱源裝置適于提供用于熔化或燒結(jié)所述材料的主熱源。所述第二熱源裝置適于提供用于熔化或燒結(jié)所述材料的輔助熱源。所述第一熱源裝置提供的熱源的類型不同于所述第二熱源裝置提供的熱源的類型。上述增材制造系統(tǒng)能夠提高增材制造速率，降低制造成本，提高熔池穩(wěn)定性，并且保證制造精度和產(chǎn)品質(zhì)量。

在本公開的增材制造系統(tǒng)中，設(shè)置有用于提供不同類型熱源的第一熱源裝置和第二熱源裝置，激光與電弧等離子體的協(xié)調(diào)耦合作用可以獲得較高的能量增益，使得熔池穩(wěn)定，從而可以提高成形精度和質(zhì)量。兩種不同的熱源可以相互彌補(bǔ)缺陷以降低敏感性并提高適應(yīng)性。

在增材制造系統(tǒng)的一些示例中，所述第一熱源裝置為熔化極氣體保護(hù)焊裝置或非熔化極氣體保護(hù)焊裝置，所述第二熱源裝置為激光裝置。所述材料供給裝置包括用于輸送絲材的送絲裝置。與僅使用激光裝置相比，氣體保護(hù)焊裝置與激光裝置的耦合使用可以降低制造成本并提高成形速率。與僅使用氣體保護(hù)焊裝置相比，氣體保護(hù)焊裝置產(chǎn)生的電弧等離子體與激光裝置產(chǎn)生的激光等離子體的協(xié)調(diào)耦合可以提高復(fù)合熱源的穩(wěn)定性，從而提高零件成形質(zhì)量和精度。

在增材制造系統(tǒng)的一些示例中，所述材料供給裝置還包括用于輸送粉末材料的噴嘴，所述粉末材料和所述絲材由相同的材料形成或者由不同的材料形成。一方面，通過噴嘴可以提供與絲材的材料不同的粉末材料，即，將粉末材料摻雜至絲材熔融后形成的熔池中，由此改變零件的化學(xué)成分，提高其冶金形狀，由此改變成形產(chǎn)品的機(jī)械等霧化性能。另一方面，通過噴嘴可以提供與絲材的材料相同的粉末材料，由此可以細(xì)化晶粒，減少成形缺陷，提高機(jī)械性能。

在增材制造系統(tǒng)的一些示例中，所述噴嘴具有內(nèi)壁和外壁，在所述內(nèi)壁和所述外壁之間形成環(huán)形空間以接收所述粉末材料，所述噴嘴的所述內(nèi)壁構(gòu)造成允許所述第二熱源裝置的激光通過。這樣，可以使得增材制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。

在增材制造系統(tǒng)的一些示例中，所述噴嘴的所述內(nèi)壁和所述外壁同軸設(shè)置。激光熱源通過由噴嘴的內(nèi)壁形成的空間，粉末材料則通過內(nèi)壁與外壁之間的環(huán)形空間。這樣，粉末材料大體以激光熱源為中心，因此有利于使粉末材料均勻分布和均勻受熱。

在增材制造系統(tǒng)的一些示例中，所述噴嘴包括朝向所述基板漸縮的錐形部段。通過錐形部段可以收縮激光等離子體，收縮粉末束流，從而提高熱源能量密度。