The invention discloses a manufacturing method and equipment for metal semi-melt stacking material, which comprises wire feeding module, wire tapping nozzle, power supply, arc initiation module, medium nozzle, motion mechanism, control system, workpiece and worktable. The wire is heated by arc to make its surface melt but keep the central area incomplete melting state, and then the required workpiece is accumulated layer by layer along the predetermined trajectory. In the wire feeding process, the internal defects are reduced by applying force on the machined surface through wire feeding module and using the solid state in the middle of the wire, so as to improve the movement accuracy and the quality and addition of the workpiece in the process of wire feeding. Work efficiency. The present invention overcomes the difficulty of controlling the processing process caused by melting of materials in traditional incremental manufacturing, and can be used for high-efficiency, low-cost and rapid incremental manufacturing of metal and metal matrix composite workpieces, especially in microgravity or even gravity-free environment.
【技术实现步骤摘要】
一种金属半熔融堆积增材制造方法及设备
本专利技术涉及金属增材或3D打印制造技术,尤其涉及一种金属半熔融堆积增材制造方法及设备。
技术介绍
增材制造(又称3D打印)是对工件快速设计与加工制造需求的重要技术,获得了国际外的广泛关注,各种打印技术层出不穷。从材料的角度来说,增材制造可以分为金属增材制造和非金属增材制造。其中非金属增材制造目前以树脂材料的打印为主流,采用的方法主要有工艺熔融沉积制造(FusedDepositionModeling:FDM)等,其核心原理是将树脂材料通过喷嘴加热熔融,沿预定轨迹堆积凝固而形成所要的形状,由于加热及控制的局限性,FDM可打印材料只局限于热塑性(尼龙、PLA和ABS等)材料,打印温度一般控制在200-300℃左右,对于不锈钢、钛合金等合金材料无能为力。金属材料的增材制造主要包括激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造等。激光增材制造主要是激光选区熔化增材制造(SLM)技术,电子束增材制造主要是选区电子束熔化增材制造(EBM)技术。目前激光增材大都采用预铺粉或同步送粉的技术。电子束增材及电弧增材制造均可采用送粉或送丝增材的方法,电弧增材加工效率远高于前两种增材技术。对于采用铺粉或送粉的增材制造方法而言,存在粉末成本高、利用率低等问题,另外对工作条件要求很高,综合加工和维护成本高。尤其是当处于微重力环境(如空间站等)条件时,粉末无法自然堆积,熔化的金属内部会有大量气孔存在,使得该方法难以在微重力条件下使用。目前采用送丝方式的增材加工,无论其热源是激光、电子束或电弧,均需要将金属丝完全熔化并流入工件表面熔池的方式来实现增材制造 ...
【技术保护点】
1.一种金属半熔融堆积增材制造方法,其特征在于,方法包括以下步骤:①将要打印的工件三维模型在设计辅助软件进行分层切片,生成每层的预定轨迹并输送给控制系统(9),控制系统(9)设定送丝速度和送丝压力以及电源(4)的供电参数;②出丝嘴(3)定位至加工初始位置,预热工作台(7);③在控制系统(9)控制下,送丝模块(1)将金属丝(2)送入出丝嘴(3)金属丝(2)从送丝模块(1)进入出丝嘴(3);④金属丝(2)到达引弧模块(5)附近时,电源(4)发出引弧脉冲,工作介质(10)击穿形成电弧(6);⑤送丝模块(1)按设定速度持续送丝,金属丝(2)经出丝嘴(3)向工作台(7)进给,在此过程中电源(4)继续保持电流输出,同时引弧模块(5)绕出丝嘴(3)以设定速度旋转,电弧(6)持续加热金属丝(2),使得金属丝(2)表面迅速熔化而中间部分仍为固态的固、液两相特征;⑥送丝模块(1)将外部被电弧熔化的金属丝(2)送入沉积区域,并施加一定压力,金属丝(2)冷却并与基体或工件(11)结合凝固;⑦保持送丝‑加热过程,同时控制系统(9)控制运动机构(8)沿预定轨迹运动,直至此轨迹加工完成;⑧送丝模块(1)停止送丝,切 ...
【技术特征摘要】
1.一种金属半熔融堆积增材制造方法,其特征在于,方法包括以下步骤:①将要打印的工件三维模型在设计辅助软件进行分层切片,生成每层的预定轨迹并输送给控制系统(9),控制系统(9)设定送丝速度和送丝压力以及电源(4)的供电参数;②出丝嘴(3)定位至加工初始位置,预热工作台(7);③在控制系统(9)控制下,送丝模块(1)将金属丝(2)送入出丝嘴(3)金属丝(2)从送丝模块(1)进入出丝嘴(3);④金属丝(2)到达引弧模块(5)附近时,电源(4)发出引弧脉冲,工作介质(10)击穿形成电弧(6);⑤送丝模块(1)按设定速度持续送丝,金属丝(2)经出丝嘴(3)向工作台(7)进给,在此过程中电源(4)继续保持电流输出,同时引弧模块(5)绕出丝嘴(3)以设定速度旋转,电弧(6)持续加热金属丝(2),使得金属丝(2)表面迅速熔化而中间部分仍为固态的固、液两相特征;⑥送丝模块(1)将外部被电弧熔化的金属丝(2)送入沉积区域,并施加一定压力,金属丝(2)冷却并与基体或工件(11)结合凝固;⑦保持送丝-加热过程,同时控制系统(9)控制运动机构(8)沿预定轨迹运动,直至此轨迹加工完成;⑧送丝模块(1)停止送丝,切断金属丝(2)或通过电弧(6)将金属丝(2)熔断;⑨运动机构(8)到达下一条轨迹起点;⑩送丝模块(1)继续工作,重复步骤⑤-⑦,直至完成所有增材打印工作。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:在步骤③中,若选用的金属丝(2)自带产生保护气体的药皮,则不开启工作介质(10)的供给;若选用的金属丝(2)不带产生保护气体的药皮,则由介质管道向介质喷嘴(13)输送工作介质(10),并由介质喷嘴(13)喷出工作介质(10)进入金属丝(2)和引弧模块(5)之间。3.一种实施根据权利要求1或2所述金属半熔融堆积增材制造方法的设备,设备包括送丝模块(1)、出丝嘴(3)、电源(4)、引弧模块(5)、介质喷嘴(13)、运动机构(8)、控制系统(9)、工件(11)和工作台(7),其特征在于:工件(11)设置在工作台(7)上,所述送丝模块(1)、出丝嘴(3)、引弧模块(5)、介质喷嘴(13)和运动机构(8)可调整的设置在机架上;其中运动机构(8)的上部与机架连接并在三轴自由度以上可调的运动,所述送丝模块(1)连接至所述运动机构(8)的下方,在所述送丝模块(1)的输出端设置出丝嘴(3);所述介质喷嘴(13)和引弧模块(5)通过支撑输送组件侧面正对所述出丝嘴(3)的出丝端设置;电源(4)通过送电附件(12)与所述运动机构(8)的上端连接并向运动机构(8)、送丝模块(1)、介质喷嘴(13)和引弧模块(5)供电;所述控制系统(9)与...
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