[發明專利]一種備件微弧脈沖等離子快速增材制造裝置及方法

有效

• 申請號: 202010423533.6
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111558717B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 袁曉靜;關寧
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C23C24/10;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明公開一種備件微弧脈沖等離子快速增材制造裝置及方法，快速增材制造裝置包括噴槍軌跡控制機構、脈沖微弧等離子熔覆平臺、變位機構、機電綜合控制臺以及焊槍路徑規劃數控顯示臺；本發明具有操作方面、環境適應性強、能夠實現大范圍、高溫域零件增材制造的特點，該技術可以實現金屬零件的快速制造，適用于野外環境備件的快速增材生成，有效提升應急維修保障能力，還可以應用于高熔點難加工金屬零件的快速成型。

技術領域

本發明屬于備件增材制造領域，涉及一種備件微弧脈沖等離子快速增材制造裝置及方法。

背景技術

隨著應急搶修與備件供應難以準確確定備件的最佳攜行類別和數量。有些備件過于寬裕，有些則不夠用、甚至未攜行，這已經成為野外生存環境下換件維修的一大難題。為此，能否快速在現場生成備件成為應急搶修的關鍵環節。

近年來發展起來的增材制造技術(Additive?Manufacturing，AM)也稱3D打印，是運用分層技術進行三維建模和優化，通過路徑規劃，控制、優化成形工藝并逐層堆積形成零件的一種新型制造技術。相比于傳統的減材制造方法，異形、復雜材料零件的增材制造具備制造效率高、性能優越、成本低廉等優點，在裝備零部件的制造方面有著廣闊前景，是近年來技術發展和研究的熱點方向。等離子增材制造(Plasma?Additive?Manufacturing，PAM)技術是在等離子熔覆技術的基礎上發展起來的，國內外研究相對較少，但由于獨特的等離子體熱源優勢而倍受關注，現階段也已經取得了一定成果。但是，目前的常規等離子增材制造設備沒有形成一體化制造系統，數字化程度低、操控難度大且工藝調控能力低，主要依靠半自動化執行機構進行制造，熔覆成形的構件精度較差、制造成本也相對較高，無法適應戰場復雜環境和作戰任務需求。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的在于提供一種備件微弧脈沖等離子快速增材制造裝置及方法，能夠實現較高精度的備件快速增材制造和原位再制造功能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術申請：

一種備件微弧脈沖等離子快速增材制造裝置，包括噴槍軌跡控制機構、脈沖微弧等離子熔覆平臺、變位機構、機電綜合控制臺以及焊槍路徑規劃數控顯示臺；

噴槍軌跡控制機構用于微弧等離子熔覆噴槍的運動軌跡控制，脈沖微弧等離子熔覆平臺用于與微弧等離子熔覆噴槍形成微弧等離子場，實現微弧等離子流量控制、脈沖電流控制以及電壓控制，所述變位控制機構用于實現制造增材件位置和方向的調整控制，所述機電綜合控制臺內設獨立計算機儲存的備件模型庫，機電綜合控制臺通過與焊槍路徑規劃數控顯示臺連接進行模型數據輸入和輸出，焊槍路徑規劃數控顯示臺用于控制和調節變位機構工作及控制微弧等離子沉積的工藝過程。

進一步，所述噴槍軌跡控制機構包括基底支撐架，安裝在基底支撐架上的滑軌數控掃描總成、升降控制電機、平移控制電機和焊槍固定架，通過滑軌數控掃描總成控制升降控制電機、平移控制電機工作，實現對焊槍固定架的移動軌跡控制。

進一步，所述脈沖微弧等離子熔覆平臺包括循環冷卻系統、微弧等離子熔覆控制臺、微弧等離子熔覆噴槍、粉末輸送控制裝置以及供氣裝置；

所述微弧等離子熔覆噴槍固定于焊槍固定架上，所述冷卻水控制系統與微弧等離子熔覆噴槍連接實現冷卻水控制，在噴槍工作過程中起冷卻作用；所述粉末輸送控制裝置實現送氣流量控制、粉末容器并采用步進電機進行匯流控制；

所述供氣裝置分兩路，一路連接粉末輸送控制裝置，并通過粉末輸送控制裝置將粉末輸送到微弧等離子熔覆噴槍；另一路通過微弧等離子熔覆控制臺與微弧等離子熔覆噴槍連接，實現等離子場的形成。

進一步，所述變位控制機構包括回轉驅動電機、傾斜驅動電機、三爪卡盤和基座，通過回轉驅動電機驅動三爪卡盤和基座旋轉，通過傾斜驅動電機驅動三爪卡盤和基座調整傾斜位置。