增材制造系统和方法技术方案

本实施例包括：增材制造工具，被配置成接收金属锚固材料并且向部件供应多个液滴，其中所述多个液滴中的每个液滴包括所述金属锚固材料；以及机械振动系统，被配置成使所述增材制造工具的结构部件朝着和背离所述部件机械地振动，其中所述机械振动系统包括电动机、与所述电动机连接的凸轮以及与所述凸轮连接的活塞，其中所述活塞固定地附接至所述结构部件。

【技术实现步骤摘要】
相关专利申请的交叉引用本申请是于2015年8月17日提交的题为“AdditiveManufacturingSystemsandMethods(增材制造系统和方法)”的美国临时专利申请No.62/206,139的非临时美国专利申请，该申请的全部内容为了所有目的通过引用的方式并入本文中。
本公开总体上涉及增材制造，并且更具体地，涉及用于连接不同材料的增材制造系统和方法。
技术介绍
各种制品可以纳入具有不同材料的部件。如可以理解的那样，不同材料的制品可以通过紧固件、配合的几何形状、焊接或其他工艺结合在一起。紧固件或互补的几何形状会增加连接处的部件或重量。使用金属的三维增材制造可能有益于以受控且精确的方式形成耐用的部件。遗憾的是，这种工艺可能是复杂的且昂贵的。
技术实现思路
在一个实施例中，一种增材制造系统，包括：增材制造工具，被配置成接收金属锚固材料并且向工件供应焊丝；以及机械振动系统，被配置成使焊接工具的结构部件朝着工件和背离工件机械地振动，并且其中所述机械振动系统包括电动机以及与所述电动机连接的机械连杆组件，其中所述机械连杆组件固定地附接至所述结构部件。在另一个实施例中，一种系统包括：焊接工具，被配置成接收焊丝并且向部件供应多个液滴，其中所述多个液滴中的每个液滴包括所述金属锚固材料；以及机械振动系统，被配置成使所述增材制造工具的结构部件朝着部件和背离部件振动，其中所述机械振动系统包括电动机和机械连杆组件，其中所述机械连杆组件被固定地附接至所述结构部件。在另一个实施例中，一种方法包括：将被配置成接收焊丝的衬套固定在结构部件上；使所述结构部件朝着工件和背离工件振动；并且在所述工件上沉积一部分所述焊丝。附图说明当参考附图阅读以下具体实施方式时，会更好地明白本公开的这些和其他特征、方面和优点，在整个附图中，附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中：图1是增材制造系统和部件的实施例的简图；图2是增材制造系统和部件的实施例的简图；图3是具有一体式工具头的增材制造系统的实施例的简图；图4是增材制造系统的机械振动系统的示意图；图5是示出焊条的行进过的距离相对于时间的曲线图；图6A是增材制造系统的衬套和焊条的示意图；图6B是增材制造系统的衬套和焊条的示意图；并且图7是增材制造系统的机械振动系统的立体图。具体实施方式以下将描述本公开的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能未描述实际实施方式的所有特征。应理解，在任何这些实际实施方式的开发中，比如在任何工程或设计项目中，必须做出许多针对实施方式的决策以达成开发者的具体目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这些目标可能在各实施方式之间彼此不同。此外，应理解，这些开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言将仍然是设计、生产和制造的例行任务。转向图1，增材制造系统10(例如，焊接系统)的一个实施例从一种或多种锚固材料14增材地形成(例如，印刷、构建)部件12。增材地形成的部件12可以是第一工件16、第二工件18或者第一工件16与第二工件18之间的接合处或者其任何组合。在一些实施例中，第一工件16和第二工件18可以具有不同的材料，所述不同的材料具有显著不同的物理性质。例如，在一个实施例中，第一工件16可以是铝并且第二工件18可以是钢。增材制造工具20(例如，焊接工具)沉积多个液滴22以形成(例如，印刷、构建)一种或多种锚固材料14的部件12。在一些实施例中，增材制造工具20将液滴22沉积在第一工件16与第二工件18之间。如以下更详细地描述的，增材制造工具20可以利用一种或多种类型的能量来形成和沉积液滴22从而形成部件12。增材制造工具20所利用的一种或多种类型的能量可以包括但不限于电力输出、光子能量(例如，激光)或者其任何组合。在部件12为第一工件16与第二工件18之间的接合处的情况下，增材制造工具20利用能量经由部件12将第一工件16与第二工件18结合在一起。增材制造工具20加热来自送料器24的一种或多种锚固材料14以形成具有期望成分的液滴22。在一些实施例中，增材制造工具20的混合器26被配置成接收并混合来自送料器24的一种或多种锚固材料14。例如，混合器26可以将多种锚固材料14组合成具有锚固材料14的期望组合的焊条28。在一些实施例中，混合器26可以形成多种锚固材料14的粉末混合物。焊条28和/或粉末混合物可以被形成为液滴22。一种或多种锚固材料14是金属材料，其包括但不限于铝合金、钢合金、铝、铁、铜、锰、硅、镁、锌、铬、钛、钼和镍。如本文所论述的，液滴22是材料转移的单元。每个液滴22在固化时可以变成“微沉积物”，并且部件12由多个微沉积物30形成。图2示出将锚固材料14(例如，焊条28)引入至微沉积物30的熔池32中从而形成部件12的增材制造工具20的实施例。锚固材料14在被插入到熔池32中时可以处于近似环境温度或预加热的温度下。锚固材料14的一部分34(例如，球)由熔池32熔化，由此形成部件12的微沉积物30而不会形成所定义的液滴22。例如，锚固材料14的预加热的部分34可以加入到熔池32，由此通过热丝焊接工艺形成部件12的微沉积物30。如可以理解的，熔池32可以是部件12尚未固化的新近形成的部分。施加到用于熔化部分34的熔池32的能量包括但不限于电阻加热、光子(激光)能量、等离子或感应加热。返回到图1，一种或多种锚固材料14可以包括但不限于粉末、实心焊丝、药芯焊丝、管状焊丝或涂层焊丝或者其任何组合。在一些实施例中，第一锚固材料36大体上可以是第一工件16的材料，并且第二锚固材料38大体上可以是第二工件18的材料。换言之，第一锚固材料36和第二锚固材料38可以具有大体上与相应的第一工件16和第二工件18类似或者相容的化学成分。例如，第一锚固材料36相对于第一工件16的材料可以仅具有较小差异(例如，仅相差成分百分比的甚小部分的元素成分、来自相同合金族的不同合金)。在一些实施例中，锚固材料14可以包括但不限于具有比第一工件16和/或第二工件18的材料更低的熔化温度的硬钎焊或软钎焊材料。具有比第一工件16或第二工件18更低的熔化温度的锚固材料14可以使得在施加一种或多种锚固材料14时与第一工件16或第二工件18的材料相邻的微沉积物30的层不会熔化。增材制造系统10的一些实施例可以包括多于两种锚固材料14，诸如3种、4种、5种、6种、7种、8种、9种、10种或更多种锚固材料14。例如，可以将第三锚固材料40供应到增材制造工具20。第三锚固材料40可以具有大体上与第一工件16的材料或第二工件18的材料类似的化学成分。额外地或可替代地，第三锚固材料40可以具有一种合金材料的化学成分，该合金材料的化学成分在第一锚固材料36与第二锚固材料38之间提供期望的性质(例如，附着性、增加的或减少的流动性)，和/或第三锚固材料40的化学成分可以为部件12提供期望的性质(例如，强度、硬度、电防腐)。增材制造系统10的控制器42控制液滴22的施加以从微沉积物30形成部件(例如，锚固物)12。在某些实施例中，控制器42可以是具有单个控制器的单个控制系统，或者控制器42可以包括多个控制系统或控制器。例如，控制器42的多个控制系统可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：增材制造工具，被配置成接收金属锚固材料并且向部件供应多个液滴，其中所述多个液滴中的每个液滴包括所述金属锚固材料；机械振动系统，被配置成使所述增材制造工具的结构部件朝着和背离部件机械地振动；以及控制器，被配置成独立地控制所述多个液滴中的每个液滴的形成以及向所述部件施加每个液滴，其中所述多个液滴被配置成构建所述部件。

【技术特征摘要】
2015.08.17 US 62/206,139;2016.07.25 US 15/219,0031.一种系统，包括：增材制造工具，被配置成接收金属锚固材料并且向部件供应多个液滴，其中所述多个液滴中的每个液滴包括所述金属锚固材料；机械振动系统，被配置成使所述增材制造工具的结构部件朝着和背离部件机械地振动；以及控制器，被配置成独立地控制所述多个液滴中的每个液滴的形成以及向所述部件施加每个液滴，其中所述多个液滴被配置成构建所述部件。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述结构部件包括所述增材制造工具的一体式工具头，并且所述金属锚固材料延伸穿过所述一体式工具头。3.根据权利要求2所述的系统，包括围绕所述金属锚固材料布置的衬套，其中所述衬套延伸穿过所述一体式工具头，并且所述衬套相对于所述一体式工具头固定。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述机械振动系统包括：电动机；凸轮，与所述电动机连接；以及活塞，与所述凸轮连接，其中所述活塞固定地附接至所述结构部件。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述活塞的振动具有固定的行进距离。6.根据权利要求1所述的系统，包括被配置成向所述增材制造工具供应电力的电源，其中所述控制器被配置成基于至少一个传感器所检测的所述结构部件的位置调节所述电源的操作。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器被配置成基于所述结构部件的位置调节所述电力的电流水平。8.根据权利要求1所述的系统，包括被配置成向所述增材制造工具供应电力的电源，其中所述电源是经电流调节的电源。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述增材制造工具包括焊炬，并且所述金属锚固材料包括焊丝，所述焊炬被配置成向所述焊丝供应电力输出以向所述部件供应所述多个液滴。10.一种系统，包括：焊接工具，被配置成接收焊丝并且向工件供...

【专利技术属性】
技术研发人员：托德·厄尔·霍尔沃森，克里斯托弗·徐，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US