[發明專利]一種絲-粉協同+激光-電弧復合的增材制造裝置及方法

有效

• 申請號: 202110633084.2
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113385821B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 蘇傳出;王艷虎;李強;陳希章;謝爾蓋·科諾瓦洛夫;迪夫·弗拉迪斯拉夫;羅曼諾夫·丹尼斯
• 申請（專利權）人: 溫州競合智造科技有限公司
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 程嘉煒

本發明公開了一種絲?粉協同+激光?電弧復合的增材制造裝置及方法，包括絲?粉同軸加熱進料的非熔化極電弧焊槍裝置和激光分光鏡組；絲?粉同軸加熱進料的非熔化極電弧焊槍裝置包括超聲波振動槍體和螺旋攪拌組件，超聲波振動槍體包括變幅桿和換能器，變幅桿下端呈內凹球形曲面狀，變幅桿的側部設有送粉與送氣聯合通道，螺旋攪拌組件包括螺旋攪拌桿以及螺旋葉片，螺旋攪拌桿內設有主送絲與送氣聯合通道，螺旋攪拌桿底部連接有空心鎢極；激光分光鏡組包括分光反射鏡、反射鏡組和凸透鏡。本發明能實現場?力?熱結合與分配的多種模式增材制造，具有增材方式多樣化、增材效率高、成形質量好、材料利用率高、組合性強以及可以靈活調節合金成分的優點。

技術領域

本發明屬于一種增材制造技術領域，特別是涉及一種絲-粉協同+激光-電弧復合的增材制造裝置及方法。

背景技術

增材制造技術因其具有快速成形大尺寸一體化復雜構件的優勢，現階段已被廣泛應用于航空航天、能源化工、船舶制造等領域。而對于目前的金屬增材制造技術通常所采用的原材料為金屬粉末或者金屬絲，根據原材料的送給方式可以將其分為同軸送粉、預先鋪粉和直接送絲的增材制造工藝；根據熱源不同，又可分為激光束，電子束和電弧增材制造技術。而在實際激光增材制造中基于金屬粉末材料如鋁鎂銅等合金具有高導熱率、低電離能，并對激光的高反射率和粉末利用率低等特性，以及電弧送絲增材制造技術中，原材料金屬焊絲成分的單一性，可組合性差，限制了激光與電弧增材制造技術發展和應用以及新材料的開發。

發明內容

為了克服現有增材制造技術的應用與原材料的供給限制，本發明的目的在于提供一種用于開發并制備新材料的絲-粉協同+激光-電弧復合的增材制造裝置，本發明能實現場-力-熱結合與分配的多種模式增材制造，其具有增材方式多樣化、增材效率高、成形質量好、材料利用率高、組合性強以及可以靈活調節合金成分的優點。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種絲-粉協同+激光-電弧復合的增材制造裝置，包括能產生電弧熱源的絲-粉同軸加熱進料的非熔化極電弧焊槍裝置和用于輔助處理激光熱源的激光分光鏡組；

所述絲-粉同軸加熱進料的非熔化極電弧焊槍裝置包括超聲波振動槍體以及螺旋攪拌組件，所述超聲波振動槍體包括呈中空并且兩端開口的變幅桿以及設置在變幅桿內的換能器，所述變幅桿下端呈內凹球形曲面狀，并且變幅桿下端連接有滾壓輪組件，所述變幅桿的側部設有與變幅桿內腔相連通的送粉與送氣聯合通道，所述螺旋攪拌組件設置在變幅桿內，所述螺旋攪拌組件包括螺旋攪拌桿以及設置在螺旋攪拌桿外周的螺旋葉片，所述螺旋攪拌桿內設有主送絲與送氣聯合通道，所述主送絲與送氣聯合通道內靠近變幅桿上部開口的部位設有一對送絲輪，所述螺旋攪拌桿的底部連接有空心鎢極，并且空心鎢極通過上固定銷和下固定銷分別與螺旋攪拌桿以及變幅桿相連接，空心鎢極上設有與主送絲與送氣聯合通道相連通的第一通道以及與變幅桿內腔相連通的第二通道；

所述激光分光鏡組包括分光反射鏡、反射鏡組以及凸透鏡，所述反射鏡組轉動設置在變幅桿上方，并且反射鏡組設置于分光反射鏡外周，所述凸透鏡沿軸向滑動設置在變幅桿外周。

通過采用上述技術方案，通過螺旋攪拌組件引導多股金屬絲絞制成電纜式焊絲，同時利用螺旋攪拌組件均勻攪拌混合送進到變幅桿內腔中的金屬粉末，利用超聲波振動槍體上的換能器產生的超聲振動，提高金屬粉末混合的均勻性，解決金屬粉末在送進送粉與送氣聯合通道中的堵塞問題，提升傳送效率，并且電纜式焊絲與金屬粉末同軸順暢送進空心鎢極，吸收熱量實現預熱，去除材料中的水分，提高增材質量。其中，空心鎢極通過調整上固定銷和下固定銷的開閉狀態，實現旋轉電弧增材制造與常規電弧增材制造之間的切換模式。超聲波振動槍體中的變幅桿末端設置成內凹球形曲面狀，形成超聲場，末端側部設置的滾壓輪機構，用于對增材過程中的金屬構件進行超聲振動滾壓，提高構件成形質量。同時在增材制造中，輔助激光處理，上下調節凸透鏡配合旋轉調節反光鏡組，以調節光絲距和兩對稱焦點的相對于基材的位置，實現同軸激光-電弧復合增材制造，電弧增材制造-激光焊前焊后熱處理和激光加強電弧增材制造等多種增材制造模式。