电弧填丝增材制造方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电弧填丝增材制造方法及装置。装置包括相互连接的控制模块、制作模块和电源模块。其中，控制模块用于控制制作模块动作，以制作产品，并且控制电源模块提供电流。电源模块用于在控制模块的控制下向制作模块输出复合超音频脉冲电流，以为制作模块提供热源。本发明专利技术加入的复合超音频脉冲对GTAW电弧有显著调制作用，电弧收缩显著，电弧力大幅提高，可使沉积层熔透率提高，减小沉积层侧表面粗糙度，且电弧超声效应可引起熔池液态金属受迫振动，使液态金属流动呈现双环流模式，有助于减少气孔缺陷，细化晶粒组织，提高构件性能。

【技术实现步骤摘要】
电弧填丝增材制造方法及装置
本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种电弧填丝增材制造方法及装置。
技术介绍
增材制造技术是上世纪八十年代兴起并得到迅速发展的一项新兴制造技术。区别于传统铸、锻需模具成形毛坯后再切削加工的减材制造，增材制造是无模具的直接快速成形技术，基于“离散-堆积”原理，根据零件CAD模型，通过材料逐层累加的方式直接制造出实体零件。增材制造技术引领“设计/制造/材料”三位一体模式的发展，顺应了新技术革命的发展趋势，带动制造业由传统大规模、批量生产的模式向个性化、定制化、小批量生产的模式转型。单件小批量金属结构零部件的增材制造在新型号样机的研发制造过程具有重要意义，能够极大地缩短新机试制与研制的周期。目前，主要采用基于激光或电子束增材制造工艺完成一些小尺寸航空关键结构零部件的增材制造过程。受限于激光或电子束增材制造的高成本等因素，其发展与应用推广受到较大的限制。相比而言，电弧填丝增材制造技术在大尺寸航空构件的制造过程中具有更大的优势。电弧填丝增材制造技术作为金属零件直接成形的典型工艺之一，其利用电弧热源熔化填充丝材材料，在无模具的情况下直接由CAD模型逐层堆积形成金属实体零件。该技术克服了传统制造技术需要模具以及工序复杂等问题，具有沉积效率高、成形尺寸大、设备简单、制造成本低等优势，是实现高质量全密度金属零件经济、快速的成形方法。高强铝合金因其具有高的比强度、比模量和良好的断裂韧性、抗疲劳、耐腐蚀等性能，自20世纪30年代以来被用作商业飞机的主要结构材料，是航空业广泛使用的材料。目前在增材制造方法方面，由于铝合金粉末密度小、易氧化，从而导致在激光增材制造过程中极易产生大量气孔等严重缺陷，难以满足航空关键结构高强铝合金零部件的质量要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种电弧填丝增材制造方法及装置，用以解决现有技术在增材制造过程中容易产生大量气孔，导致生产的零部件质量不达标的技术问题。本专利技术一方面提供一种电弧填丝增材制造装置，包括：相互连接的控制模块、制作模块和电源模块，其中，控制模块用于控制制作模块动作，以制作产品，并且控制电源模块提供电流；电源模块用于在控制模块的控制下向制作模块输出复合超音频脉冲电流，以为制作模块提供热源。进一步的，制作模块包括送丝子模块和用于根据电弧放电所产生的热量将送丝子模块提供的焊丝熔化的焊枪，其中，焊枪与电源模块和控制模块相连，送丝子模块与控制模块相连，用于在控制模块的控制下为焊枪提供焊丝。进一步的，还包括用于放置制作模块制作的产品的载物模块。进一步的，制作模块还包括用于提供保护气体以防止熔化的焊丝被氧化的保护气模块。进一步的，复合超音频脉冲电流由快速变换变极性方波电流与超音频脉冲电流叠加而成。进一步的，复合超音频脉冲电流的电流沿变换速率大于50A/μs。进一步的，载物模块为能够配合焊枪移动的变位机工作台。进一步的，保护气体为氩气或者氦气。本专利技术另一方面提供一种根据上述电弧填丝增材制造装置进行产品制作的电弧填丝增材制造方法，包括：步骤101，控制模块绘制产品的三维模型，并对三维模型进行分层切片处理，以获得各层截面的二维轮廓；步骤102，获取某层截面的二维轮廓，控制模块根据该层截面的二维轮廓，获取产品制作过程的运动轨迹；步骤103，控制模块控制电源模块向制作模块输出复合超音频脉冲电流，为制作模块制作产品提供热源；步骤104，控制模块控制制作模块按照运动轨迹进行动作，以完成截面的制作；步骤105，重复步骤102至步骤104，直到所有层截面制作完成为止。进一步的，步骤104具体包括：控制模块控制送丝子模块向焊枪提供焊丝，其中，制作模块包括送丝子模块和焊枪；焊枪获取电源模块提供的复合超音频脉冲电流，并根据电弧放电所产生的热量将送丝子模块提供的焊丝熔化；控制模块控制焊枪按照运动轨迹移动，在移动过程中，焊枪不断的将送丝子模块提供的焊丝熔化，以完成产品的当前层截面的制作。本专利技术提供的电弧填丝增材制造方法及装置，加入复合超音频脉冲对GTAW电弧有显著调制作用，电弧收缩显著，电弧力大幅提高，可使沉积层熔透率提高，减小沉积层侧表面粗糙度，且电弧超声效应可引起熔池液态金属受迫振动，使液态金属流动呈现双环流模式，有助于清除气孔缺陷，细化晶粒，提高构件(即产品)组织性能。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：图1为本专利技术提供的增材制造方法的工作原理图；图2为本专利技术提供的电弧填丝增材制造装置的一结构示意图；图3为本专利技术提供的复合超音频脉冲电流具体波形图；图4为本专利技术提供的采用复合超音频脉冲GTAW电弧与常规GTAW电弧效果对比示意图；图5为本专利技术提供的电弧填丝增材制造装置的另一结构示意图；图6为本专利技术提供的电弧填丝增材制造装置具体实施例的结构示意图；图7为本专利技术提供的电弧填丝增材制造方法的流程示意图。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。请参考图1，图1为本专利技术提供的增材制造方法的工作原理图，首先，利用绘图软件(如三维CAD软件)在计算机上绘出所需构件的三维模型(如图1中的(a)所示)，并由切片软件对所建模型(即图1中的(b)所示)进行分层切片处理，得到各层截面的二维轮廓(如(c)所示)；其次，对这些二维轮廓的切片数据进行处理后，利用编程技术，生成焊枪的运动轨迹代码；最后，采用电弧填丝增材制造的方法，如(d)所示，A为钨极，设置于焊枪上，C为焊丝，B为电弧，用于将焊丝熔化，利用电弧熔化焊丝的方式进行逐层堆积焊接，形成各个截面轮廓。每层截面堆积完成后，由焊接机器人控制系统对焊枪提升一定的高度d，d为每层截面的厚度，进而进行下一层截面的堆积。如此往复，直至完成整个结构件的增材制造。图1中S1为第一层截面，S2为第二层截面，Sn表示最后一层截面，焊枪需要从第一层截面开始往上制作，在整个制作的过程中，基板起到支撑作用。图2为本专利技术提供的电弧填丝增材制造装置的结构示意图；如图2所示，本实施例提供一种电弧填丝增材制造装置，包括：相互连接的控制模块1、制作模块2和电源模块3，其中，控制模块1用于控制制作模块2动作，以制作产品，并且控制电源模块3提供电流；电源模块3用于在控制模块1的控制下向制作模块2输出复合超音频脉冲电流，以为制作模块2提供热源。其中，复合超音频脉冲电流在快速变换变极性方波电流基础上叠加超音频脉冲，可实现超过50A/μs的电流沿变换速率，其复合超音频脉冲电流频率Ic为0～80kHz可调，复合超音频脉冲电流幅值Ic为0～100A可调，快速变换变极性方波电流频率为0.1-500Hz可调，复合超音频脉冲电流具体波形请参考图3。在本实施例中，加入复合超音频脉冲对气体保护钨极电弧焊(GasTungstenArcWeld，简称GTAW)电弧有显著调制作用，电弧收缩显著，电弧力大幅提高，可使沉积层熔透率提高，减小沉积层侧表面粗糙度，且电弧超声效应可引起熔池液态金属受迫振动，使液态金属流动呈现双环流模式，有助于减少气孔缺陷，细化晶粒组织，提高构件(即产品)性能。进一步的，大功率超音频脉冲方波GTAW电弧十分适合用于高强铝合金结构件的增材制造过程。如图4所示，图4为在本专利技术实施例提供的复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电弧填丝增材制造装置，其特征在于，包括：相互连接的控制模块、制作模块和电源模块，其中，所述控制模块用于控制所述制作模块动作，以制作产品，并且控制所述电源模块提供电流；所述电源模块用于在所述控制模块的控制下向所述制作模块输出复合超音频脉冲电流，以为所述制作模块提供热源。

【技术特征摘要】
1.一种电弧填丝增材制造装置，其特征在于，包括：相互连接的控制模块、制作模块和电源模块，其中，所述控制模块用于控制所述制作模块动作，以制作产品，并且控制所述电源模块提供电流；所述电源模块用于在所述控制模块的控制下向所述制作模块输出复合超音频脉冲电流，以为所述制作模块提供热源。2.根据权利要求1所述的电弧填丝增材制造装置，其特征在于，所述制作模块包括送丝子模块和用于根据电弧放电所产生的热量将所述送丝子模块提供的焊丝熔化的焊枪，其中，所述焊枪与所述电源模块和所述控制模块相连，所述送丝子模块与所述控制模块相连，用于在所述控制模块的控制下为所述焊枪提供所述焊丝。3.根据权利要求2所述的电弧填丝增材制造装置，其特征在于，还包括用于放置所述制作模块制作的所述产品的载物模块。4.根据权利要求2所述的电弧填丝增材制造装置，其特征在于，所述制作模块还包括用于提供保护气体以防止熔化的所述焊丝被氧化的保护气模块。5.根据权利要求1所述的电弧填丝增材制造装置，其特征在于，所述复合超音频脉冲电流由快速变换变极性方波电流与超音频脉冲电流叠加而成。6.根据权利要求1所述的电弧填丝增材制造装置，其特征在于，所述复合超音频脉冲电流的电流沿变换速率大于50A/μs。7.根据权利要求3所述的电弧填丝增材制造装置，其特征在于，所述载物模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：从保强，齐铂金，王强，张伟，刘方军，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11