[發(fā)明專利]一種新型金屬絲熔融沉積的加工機構(gòu)與工藝

在審

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• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112620656A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高永強
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫科技職業(yè)學(xué)院
• 主分類號: B22F12/50
• 分類號: B22F12/50;B22F12/30;B22F10/18;B22F10/36;B22F10/31;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 無錫萬里知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32263
• 代理人: 王傳林

本發(fā)明提出一種新型金屬絲熔融沉積的加工機構(gòu)與工藝，采用本發(fā)明提出的機構(gòu)時，可在輸送金屬絲的同時使用高頻加熱方式來預(yù)熱金屬絲，使得金屬絲在疊加時處于高溫半熔融狀態(tài)，疊加過程中使用激光束對金屬絲進行加熱熔化實現(xiàn)分層疊加，疊加完成后，利用激光束對金屬絲進行切割，以免出現(xiàn)拉絲或疊加部分脫離的現(xiàn)象，降低制件表面質(zhì)量和尺寸精度；機構(gòu)包括：帶高頻加熱功能的送料機構(gòu)，二維掃描振鏡，激光器和擴束鏡，升降工作臺，控制系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果為：可實現(xiàn)利用金屬絲熔融沉積制造各種零件，同時使得零件具有更高的尺寸精度和光潔的外觀。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬絲熔融沉積工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種新型金屬絲熔融沉積的加工機構(gòu)與工藝。

背景技術(shù)

近十幾年內(nèi)，采用分層疊加原理衍生出來的各種快速成形技術(shù)都得到快速發(fā)展，目前主要流行的成型工藝有三種：激光固化樹脂，粉末燒結(jié)，熔融沉積。激光固化液態(tài)樹脂制造的零件精度高，但強度較低，成本高，常用于模型和樣板等非受力零件的制造，在3C行業(yè)使用較多；粉末燒結(jié)又分金屬粉末和非金屬粉末燒結(jié)，非金屬粉末常用于鑄造模型，金屬粉末零件可直接使用，精度較非金屬粉末零件高一些，強度最高，但成本也最高，成形時間長，成形過程中材料利用率低，在航空航天等領(lǐng)域使用較多；熔融沉積最初使用塑料絲成型，通過噴頭將熔化后的塑料絲噴出逐條線段粘接形成零件截面，最終逐層疊加成形零件，成形零件精度低，強度不足，但設(shè)備價格和零件價格低，材料利用率高，因此在各個行業(yè)都有使用，但僅能作為模型，對于多數(shù)應(yīng)用，當(dāng)零件精度控制在一定誤差范圍內(nèi)時，如果零件強度足夠，且價格適中，可以大大提高零件的使用范圍，市場前景廣闊，因此近年又出現(xiàn)金屬絲熔融沉積設(shè)備，用于提高零件強度，目前相關(guān)工藝尚不成熟，相關(guān)設(shè)備多處于原理樣機階段，未大量市場推廣。

已有金屬絲熔融沉積工藝采用的方法有兩種，方法一是疊加時，先將基底的金屬絲熔化，然后再將當(dāng)前層的金屬絲放置到熔池中實現(xiàn)層與層之間的連接，方法二是將金屬絲先熔化，熔化為液態(tài)后再噴到設(shè)計位置，然后冷凝成形。方法一的缺點是因冷金屬絲放置在熔池上時，工藝參數(shù)難把控，容易造成未能有效粘接到一起的現(xiàn)象，頻繁出現(xiàn)層間剝離的問題，同時冷態(tài)金屬絲不容易實現(xiàn)零件的細微結(jié)構(gòu)；方法二完全熔化后成形，連接強度高，但是噴射時金屬液滴變形，因液滴四周無約束，液滴凝固后形狀不可控，導(dǎo)致零件表面質(zhì)量差，且每一層的厚度波動大。目前，采用上述兩種方法制造的金屬絲熔融沉積設(shè)備均在樣機不斷完善狀態(tài)中，制造的零件結(jié)構(gòu)簡單，以薄壁筒狀類零件為主，尚不能制造形狀復(fù)雜的零件。

塑料熔融沉積工藝是通過將塑料絲熔化后逐層疊加成形的，在此成形過程中，有幾個特點：1)塑料自身特性使得熔化后的塑料絲有粘性，在沒有輔助措施的情況下就很容易與周圍材質(zhì)可靠粘接，2)熔化后的塑料絲在擠出和粘接時發(fā)生輕微變形，不會在粘接處出現(xiàn)孔洞，或非粘接位置出現(xiàn)表面不光滑的現(xiàn)象，同時，每一層的厚度也是均勻的，3)噴頭帶動熔融狀態(tài)下噴出的塑料絲運動時，塑料絲處于粘稠狀態(tài)，容易成形復(fù)雜形狀的軌跡，構(gòu)建零件的精細部位，4)通過協(xié)調(diào)控制送絲機構(gòu)和加熱機構(gòu)，可以比較容易地截斷塑料絲，且不會導(dǎo)致斷頭拉絲或受力過大導(dǎo)致層間剝離。而金屬絲冷態(tài)下疊加時層間易剝離，構(gòu)建零件結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生的力容易導(dǎo)致層間或線條間剝離，熔融態(tài)時又因為液滴缺少約束，造成固化后形狀失控，表面質(zhì)量差等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的在于提供一種新型金屬絲熔融沉積的加工機構(gòu)與工藝，以成形高尺寸精度和高表面質(zhì)量的金屬零件。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：

一種新型金屬絲熔融沉積的加工機構(gòu)，包括工作臺，所述工作臺的頂部設(shè)有光路系統(tǒng)、送料機構(gòu)與控制系統(tǒng)；

所述光路系統(tǒng)包括：激光器、擴束鏡、振鏡，所述振鏡設(shè)于工作臺上方，所述擴束鏡設(shè)于振鏡一側(cè)，所述激光器設(shè)于擴束鏡遠離振鏡的一側(cè)，所述控制系統(tǒng)與激光器、振鏡連接，并對激光器、振鏡施加控制，所述工作臺頂部設(shè)有工件，且所述工件位于振鏡正下方；