双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法，双金属复合材料电弧增材制造装置由控制系统部分和机械部分组成，双金属复合材料电弧增材制造的方法通过3D模型建模、分层切片、数据处理、对刀、送丝启动、气体保护启动、材料电弧电源系统启动、电弧引弧、3D运动、电弧跟踪步骤直至完成整个双金属复合材料增材制造。本发明专利技术实现了两种金属复合材料增材制造，并且工艺流程短，投入设备少，所需场地小，适宜于批量生产。

Arc metal addition manufacturing device for bimetal composite material and manufacturing method thereof

The invention discloses a manufacturing device for the arc adding of a bimetal composite material and a manufacturing method. The arc increasing manufacturing device for bimetal composite material is composed of a control system part and a mechanical part. The method for the manufacturing of the bimetal composite material by arc adding is modeled by a 3D model, slice cutting, data processing, knife, wire feeding, and wire feeding. The gas protection starts, the material arc power supply system starts, the arc ignition, the 3D motion, the arc tracking step until the whole bimetal composite material is made. The invention realizes the addition of two metal composite materials, and has short process flow, less input equipment, small required field, and suitable for mass production.

【技术实现步骤摘要】
双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法
本专利技术属于增材制造3D打印
，涉及一种双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法。
技术介绍
增材制造3D打印领域中，电弧增材制造较激光选取粉末增材制造工艺具有送丝速度快、金属熔覆沉积速度快等优点，适用于大型产品和工件制造。现有增材制造技术仅为单材料制造，即一种材料增材制造，尚未实现双金属复合材料增材制造。由于双金属复合材料，如碳钢/不锈钢复合材料，碳钢材料可以为工件结构实现载荷和强度作用，不锈钢材料为工件结构提供耐蚀性或耐磨性，从而保护碳钢材料，使得具有良好的适用性；此外，碳钢/不锈钢复合材料价格又远远低于不锈钢纯材，具有明显的经济性；因此双金属复合材料的增材制造就显得迫在眉睫。双金属复合管主要包括机械式复合管和冶金式复合管。传统双金属复合管生产方式均为大型机械化生产，具有投资大、生产周期长、组织难度大、适用大批量生产等特点，不能满足当今时代对产品多元式、定制式生产制造服务，而增材制造(3D打印)最容易实现多元化定制式生产，从零件的三维CAD模型出发，无需模具，直接打印制造零件，具有投资小、周期短、便于组织生产等特点，而且不受模本文档来自技高网...

【技术保护点】
双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，由控制系统部分和机械部分组成；所述控制系统部分由3D建模模块(23)、分层模块(24)、阴极射线显像管(25)、手动数据输入模块(26)、控制系统(14)、可编程控制器(27)组成；3D建模模块(23)与分层模块(24)信号连接，分层模块(24)、阴极射线显像管(25)、手动数据输入模块(26)、可编程控制器(27)分别与控制系统(14)连接；所述控制系统(14)具有X向伺服驱动接口、Y向伺服驱动接口、Z向伺服驱动接口、4轴伺服驱动接口、5轴伺服驱动接口、可编程控制器接口；所述可编程控制器(27)通过I/O接口分别连接继电器板和A/D数模转换板，A/...

【技术特征摘要】
1.双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，由控制系统部分和机械部分组成；所述控制系统部分由3D建模模块(23)、分层模块(24)、阴极射线显像管(25)、手动数据输入模块(26)、控制系统(14)、可编程控制器(27)组成；3D建模模块(23)与分层模块(24)信号连接，分层模块(24)、阴极射线显像管(25)、手动数据输入模块(26)、可编程控制器(27)分别与控制系统(14)连接；所述控制系统(14)具有X向伺服驱动接口、Y向伺服驱动接口、Z向伺服驱动接口、4轴伺服驱动接口、5轴伺服驱动接口、可编程控制器接口；所述可编程控制器(27)通过I/O接口分别连接继电器板和A/D数模转换板，A/D数模转换板连接温度检测系统(19)；所述机械部分包括底座(17)，底座(17)上设有Y向伺服电机(1)和工作台(2)，工作台(2)前方设Y向伺服电机(1)，工作台(2)上设有垫板(22)，垫板(22)上设有工件(3)，底座(17)与支架(13)相连接，支架(13)与横梁(16)相连接，横梁(16)设于工件(3)上方，横梁(16)上设有温度检测系统(19)，横梁(16)上设有X向伺服电机(8)，A材料焊枪(10)和B材料焊枪(11)设于横梁(16)下方，A材料焊枪(10)设有A材料气体保护开关(9)，A材料焊枪(10)通过管路与A材料气体保护系统(6)连接，A材料焊枪(10)与A材料送丝系统(4)相连接，A材料焊枪(10)下方设有A材料电弧引弧/熄弧系统(21)，B材料焊枪(11)设有B材料气体保护开关(12)，B材料焊枪(11)通过管路与B材料气体保护系统(7)连接，B材料焊枪(11)与B材料送丝系统(5)相连接，B材料焊枪(11)下方设有B材料电弧引弧/熄弧系统(20)，支架(13)设有Z向伺服电机(15)，测量系统(18)设于横梁(16)和工作台(2)上，A材料电弧引弧/熄弧系统(21)和B材料电弧引弧/熄弧系统(20)均与电弧跟踪系统(29)相连，电弧跟踪系统(29)通过导线与可编程控制器(27)相连，测量系统(18)通过导线与控制系统(14)相连。2.根据权利要求1所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述A材料焊枪(10)和B材料焊枪(11)设定间距值为δ捆绑设于横梁(16)下方。3.根据权利要求1所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述A材料电弧引弧/熄弧系统(21)连接A材料电弧电源系统，B材料电弧引弧/熄弧系统(20)连接B材料电弧电源系统。4.根据权利要求1所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述A材料电弧引弧/熄弧系统(21)和B材料电弧引弧/熄弧系统(20)连接电弧跟踪系统(29)。5.根据权利要求1所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述X向伺服电机(8)、Y向伺服电机(1)、Z向伺服电机(15)组成3D运动系统。6.根据权利要求5所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述3D运动系统、A材料送丝系统(4)、B材料送丝系统(5)构成伺服系统。7.一种如权利要求1-6任何一项所述的双金属复合材料电弧增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤1、3D模型建模：首先使用三维制图软件进行双金属复合材料工件模型建模；步骤2、分层切片：对双金属复合材料工件的3D模型进行分层切片，根据模型尺寸大小、精度要求、增材制造金属熔覆量计算切片厚度，切片按照平行于轴向等距水平切片，对模型切片自底层至最顶层；步骤3、数据处理：分层切片数据传输给控制系统(14)，控制系统(14)通过设计的程序可对分层数据进行编译、运算和逻辑处理，进而判断每一层中A材料和B材料的区域面积，分别生成A材料和B材料的开关量指令信号和运动指令信号，其中开关量指令信号传递给可编程控制器(27)，运动指令信号传递给伺服系统；步骤4、对刀：根据数据处理判断结果给出的运动指令信号，驱使伺服系统控制工作台(2)和A材料焊枪(10)或者B材料焊枪(11)进行对刀，使得A材料焊枪(10)或者B材料焊枪(11)对准工件(3)增材制造起点位置，进行B材料焊枪(11)对刀时，在A材料焊枪(10)位置上，X向平移δ；步骤5、送丝启动：当相应的焊枪对准工件(3)增材制造到达起点位置时，伺服系统分别启动A材料送丝系统(4)或B材料送丝系统(5)；步骤6、气体保护启动：送丝启动后，根据数据处理判断结果给出的开关指令信号，A材料增材制造启动或B材料增材制造启动，材料气体保护系统接收可编程控制器(27)开关量指令信号，相应启动A材料气体保护系统(6)或B材料气体保护系统(7)；步骤7、材料电弧电源系统启动：气体保护启动后，根据数据处理判断结果给出的开关指令信号，材料电弧电源系统接收可编程控制器(27)开关量指令信号，启动相应的A材料电弧电源系统或B材料电弧电源系统；步骤8、电弧引弧：材料电弧电源系统启动后，电弧引弧/熄弧系统接收可编程控制器(27)开关量指令信号，相应的启动A材料电弧引弧/熄弧系统(21)或B材料电弧引弧/熄弧系统(20)；步骤9、3D运动：电弧引弧后，根据数据处理判断结果给出的3D运动指令信号，伺服系统同时启动A材料焊枪(10)或B材料焊枪(11)的X向和Z向运动，工作台(2)的Y向运动，实现增材制造的3D运动；步骤10、电弧跟踪：电弧引弧后，启动电弧跟踪系统(29)，以电弧或者焊枪相对于焊缝或者坡口中心位置偏差为检测量，以焊枪及电弧位移量为操作量，当焊枪或电弧对于焊缝或者坡口中心位置发生偏差时，电弧跟踪系统(29)将自动检测出偏差并通过必要的放大后驱动伺服系统调整焊枪位置，使得电弧对准中心位置，从而确保增材制造过程中电弧按照预设路径行走；步骤11、电弧熄弧：当电弧和3D运动启动后，增材制造随即开始，当完成该层A材料或者B材料该层单道电弧增材制造后，控制系统(14)给出开关指令信号，控制A材料电弧引弧/熄弧系统(21)或B材料电弧引弧/熄弧系统(20)完成A材料电弧熄弧或...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨延华，杨林武，张新亮，周雨晨，薛鑫，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61