一种多丝材功能梯度结构的增材制造装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种多丝材功能梯度结构的增材制造装置，该装置包括承载平台、热源发生装置、热源出口、送丝机构、工作平台和控制系统；热源出口和送丝机构的出丝嘴均固定在承载平台上；热源发生装置为金属熔化过程提供热源；热源发生装置与热源出口连接；送丝机构包括送丝盘、送丝驱动电机和出丝嘴；送丝机构的出丝嘴位于热源正下方；控制系统电连接送丝驱动电机、承载平台的驱动系统以及热源发生装置。本实用新型专利技术不仅满足了电弧熔丝增材制造成分梯度材料技术要求，简化了传统成分梯度结构材料的工艺步骤，而且拓展了金属增材技术的应用范围，从单一均匀材质材料增材制造向新型成分梯度材料转变，推动更广泛的工业应用。

A multi material additive functional gradient structure manufacturing device

The utility model relates to a multi material additive functional gradient structure manufacturing device, the device comprises a bearing platform, heat generating device, heat source outlet, a wire feeding mechanism, working platform and control system; heat source outlet and the feeding mechanism of a nozzle are fixed on the bearing platform; the heat generating device to provide heat metal melting process; heat generating device and heat source outlet connection; wire feeding mechanism comprises a feeding disk, a driving motor and a wire feeding mouth; feeding mechanism of a nozzle is located just below the heat source; control system is electrically connected with the wire drive motor, bearing platform and driving system and heat generating device. The utility model not only meets the requirements of increasing material manufacturing technology composition gradient arc fuse, simplifies the process steps of the traditional composition gradient structure, and expand the scope of application of metal additive technology, from a single homogeneous material additive manufacturing transition to the new composition gradient to promote a wider range of industrial applications.

【技术实现步骤摘要】
一种多丝材功能梯度结构的增材制造装置
本技术属于增材制造与修复
，涉及制造金属结构的装置，尤其是一种多丝材功能梯度结构的增材制造装置。
技术介绍
增材制造技术又名3D打印或者快速成型。它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料或者熔丝，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。目前在金属部件制造方面，主要有粉床熔融式增材：激光选区熔化、激光同轴送粉直接制造、电子束熔化成型及熔丝式增材：电弧熔丝增材成型、等离子束熔丝增材成型等方法。粉床熔融由于受成型室尺寸限制、且金属粉末价格高昂、粉末利用率低等劣势，在应用领域上受到一定限制。而熔丝增材制造成型采用金属丝材或焊材为原材料，通过热源熔化丝材的方式实现。热源设置在机器人或CNC上开放式结构，成型件尺寸不受限制，且丝材可达100％利用率。适合大型结构件一次成型。成分梯度材料为根据具体要求，选择使用两种或两种以上具有不同性能的材料，通过连续地改变两种材料的组成和结构，使其内部界面消失，从而得到功能相应于组成和结构的变化而渐变的非均质材料。传统的成分梯度材料制备方法为单一均匀材质表面沉积或喷涂涂层的方式。这种方式受到涂层厚度与基层结合强度等因素影响。需要一种新型的制备成分梯度金属结构的方法。而增材制造主要用于单一均匀材料的成型制造，梯度材料的增材制造目前涉及技术很少，尤其对于熔丝增材制造梯度金属结构方面并未实质性突破。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多丝材功能梯度结构的增材制造装置，其采用激光或离子束作为热源，控制系统控制/调整丝材送进速度，实现成分设置梯度变化。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：这种多丝材功能梯度结构的增材制造装置，包括承载平台、热源发生装置、热源出口、两台或两台以上送丝机构、工作平台和控制系统；所述热源出口和送丝机构的出丝嘴均固定在承载平台上；所述热源发生装置为金属熔化过程提供热源；所述热源发生装置与热源出口连接；所述两台或两台以上送丝机构包括送丝盘、送丝驱动电机和出丝嘴；所述送丝机构的出丝嘴位于热源正下方；所述控制系统电连接送丝驱动电机、承载平台的驱动系统以及热源发生装置。进一步，上述承载平台为机器人或CNC机床。进一步，上述热源发生装置为激光器；所述热源为激光；所述热源出口为激光头。进一步，上述热源发生装置为离子束发生器；所述热源为离子束；所述热源出口为喷嘴。本技术具有以下有益效果：本技术的金属材料及其结构的成分可实现连续过渡调节，改善了现有异种材料连接结构中因为材料界面原因而出现的结构性能突变问题，使得成分梯度结构制造易于实现，更加适应整体结构的使用性能要求。本技术无需混料过程，原材料独立供给，工艺过程简单，实现了材料100％利用率。同时解决了传统丝材交互送进产生的成分偏析问题。附图说明图1为本技术的装置结构示意图；图2为本技术的流程图；图3为本技术的成分梯度金属结构件示意图。其中：1为机器人或CNC；2为送丝机构；3为工作平台；4为成型件；5为激光头/喷嘴；6为离子束或激光束；7为出丝头。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步详细描述：参见图1：本技术的多丝材功能梯度结构的增材制造装置，包括承载平台1、热源发生装置6、热源出口5、两台或两台以上送丝机构2、工作平台3和控制系统；所述热源出口5和送丝机构2的出丝嘴均固定在承载平台1上；所述热源发生装置6为金属熔化过程提供热源；所述热源发生装置6与热源出口5连接；所述两台或两台以上送丝机构2包括送丝盘、送丝驱动电机和出丝嘴；所述送丝机构2的出丝嘴位于热源正下方；所述控制系统电连接送丝驱动电机、承载平台1的驱动系统以及热源发生装置6。在本技术的最佳实施例中，承载平台1为机器人或CNC机床。本技术的热源发生装置6可以选择且不限于选择如下两种形式：第一种：热源发生装置为激光器；所述热源为激光；所述热源出口5为激光头。第二种：热源发生装置6为离子束发生器；所述热源为离子束；所述热源出口5为喷嘴。基于以上装置，参见图2，本技术的工作过程具体包含以下步骤：步骤1.成分梯度结构设计、建模；步骤2.将三维实体零件模型图经切片分层处理后的数据导入设备控制系统中；步骤3.各沉积层成分配比计算；步骤4.构建各沉积层控制系统，包括：每一沉积层热源参数、送丝速度、搅拌探针相关参数；步骤5.计算送丝长度和过渡层配比：①根据成分A设计沉积高度，计算并在控制系统中设置成分A送丝长度：其中：L:满足梯度材料要求所需要的成分A丝材长度；d:成分A部分直径；H：成分A部分高度；Φ：焊丝直径。②根据成分梯度设计，计算过渡层成分A、B配比并在控制系统中设置：其中：LA为成分A丝材需送进长度；LB为成分B丝材需送进长度。A为过渡层中成分A质量分数，分别为100％、80％、60％、40％、20％、0％；对应的，B为过渡层中成分B质量分数，分别为0％、20％、40％、60％、80％、100％。H为过渡层高度；d为过渡层直径；ρ为过渡层密度；ρ1为成分A丝材直径；ρ2为成分B丝材直径；Φ为丝材直径。步骤6.开启控制系统；步骤7.开启热源发生器、成分A丝材送丝电机、成分B丝材送丝电机；步骤8.单一成分A或B沉积过程为：控制系统仅控制系统开启单单丝电机，单丝根据设置送进长度及送进速度恒定送进熔池，完成第一层沉积；步骤9.重复步骤8直至单一均匀材质沉积过程完成；步骤10.成分梯度转换过渡层沉积过程为：控制系统根据设置的不同成分配比调节下两种丝材的送丝长度及送丝速度，控制送丝电机转速将规定长度丝材送进熔池；步骤11.重复步骤10直至多成分过渡层沉积过程结束。本技术最后制造的成分梯度金属结构件如图3所示，可见，本技术改善了现有异种材料连接结构中因为材料界面原因而出现的结构性能突变问题，使得成分梯度结构制造易于实现，更加适应整体结构的使用性能要求。综上所述，本技术不仅满足了电弧熔丝增材制造成分梯度材料技术要求，简化传统成分梯度结构材料的工艺步骤；而且本技术拓展了金属增材技术的应用范围，从单一均匀材质材料增材制造向新型成分梯度材料转变，推动更广泛的工业应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多丝材功能梯度结构的增材制造装置，其特征在于，包括承载平台(1)、热源发生装置(6)、热源出口(5)、两台或两台以上送丝机构(2)、工作平台(3)和控制系统；所述热源出口(5)和送丝机构(2)的出丝嘴均固定在承载平台(1)上；所述热源发生装置(6)为金属熔化过程提供热源；所述热源发生装置(6)与热源出口(5)连接；所述两台或两台以上送丝机构(2)包括送丝盘、送丝驱动电机和出丝嘴；所述送丝机构(2)的出丝嘴位于热源正下方；所述控制系统电连接送丝驱动电机、承载平台(1)的驱动系统以及热源发生装置(6)。

【技术特征摘要】
1.一种多丝材功能梯度结构的增材制造装置，其特征在于，包括承载平台(1)、热源发生装置(6)、热源出口(5)、两台或两台以上送丝机构(2)、工作平台(3)和控制系统；所述热源出口(5)和送丝机构(2)的出丝嘴均固定在承载平台(1)上；所述热源发生装置(6)为金属熔化过程提供热源；所述热源发生装置(6)与热源出口(5)连接；所述两台或两台以上送丝机构(2)包括送丝盘、送丝驱动电机和出丝嘴；所述送丝机构(2)的出丝嘴位于热源正下方；所述控制系统电连接送丝驱动电...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢秉恒，方学伟，张丽娟，王博文，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61