一种电极感应熔化增材制造设备与方法技术

本发明专利技术公开了一种电极感应熔化增材制造设备与方法。该设备包括水平移动单元和竖直移动单元；水平移动单元包含底座、导向板和接物板；底座上有第一导轨，导向板下表面设有第一滚轮，第一滚轮沿第一导轨左右移动；导向板上有第二导轨，接物板下表面设有第二滚轮，第二滚轮沿第二导轨前后移动；竖直移动单元包含支架、进料部件和锥形感应线圈；支架上端开有凹槽，凹槽内嵌设竖直导杆，竖直导杆沿凹槽上下移动；进料部件和锥形感应线圈分别设置于竖直导杆上下端；该方法包括进料、熔化进给和凝固成型。本发明专利技术大幅度降低了金属零件的制造成本，解决了现有增材制造技术合金选择性低的问题；缩短增材制造生产周期，降低设备实现难度。

A Manufacturing Equipment and Method of Electrode Induction Melting Adding Material

The invention discloses a manufacturing equipment and method for electrode induction melting material addition. The equipment includes horizontal moving unit and vertical moving unit; horizontal moving unit includes base, guide plate and object plate; there is a first guide rail on the base and a first roller on the lower surface of the guide plate, which moves left and right along the first guide rail; there is a second guide rail on the guide plate, a second roller on the lower surface of the contact plate, and a vertical moving single roller along the second guide rail. The element includes a support, a feed component and a conical induction coil; a groove is arranged at the upper end of the support, and a vertical guide rod is embedded in the groove, and the vertical guide rod moves up and down along the groove; the feed component and the conical induction coil are respectively arranged at the upper and lower ends of the vertical guide rod; the method includes feeding, melting feeding and solidification forming. The invention greatly reduces the manufacturing cost of metal parts, solves the problem of low selectivity of alloys in the existing material-adding manufacturing technology, shortens the production cycle of material-adding manufacturing, and reduces the difficulty of equipment realization.

【技术实现步骤摘要】
一种电极感应熔化增材制造设备与方法
本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种电极感应熔化增材制造设备与方法。
技术介绍
增材制造相对于传统减材制造工艺(各种机械加工方法)来说，增材制造的材料利用率高，组织均匀性好，适配于复杂零件的加工时间短，成本更低，因而更适合于现代金属制造领域对于复杂零件制造的要求。目前，各类增材制造针对软件开发的成熟度已经较高，增材制造零件的问题主要来源于成型的物理原理性问题。目前常用的金属增材制造技术的主要原材料是金属球形粉材和金属丝材，以钛合金为例，每公斤的球形粉末成本约为海绵钛的60倍，而每公斤钛金属丝材成本约为海绵钛的4-5倍。这使得增材制造钛合金零件的成本大约为同质量海绵钛的120-500倍，高昂的成本大大限制了增材制造的进一步广泛运用，上述问题对于其他合金种类也有类似的情况。目前，各类增材制造技术的材料选择性较低。以主导市场的激光类增材制造为例，由于目前可用激光器的频率有限，不能实现对不同合金元素的电子结构匹配，使激光器的频率不能被完全吸收，大幅度降低了激光熔化的效率；例如频率约为400nm激光器由于光能的强烈反射而难以熔化铝基金属。而电子束类热源增材制造，对于密度较轻的合金粉末难以获得致密结构。此外，现有增材制造技术还存在成型速度慢，生产周期长，设备制造成本较高的问题。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术的目的是提供一种电极感应熔化增材制造设备与方法，大幅度降低了金属零件的制造成本，解决了现有增材制造技术合金选择性低的问题；同时，缩短了增材制造的生产周期，并降低增材制造的设备实现难度。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以解决。本专利技术提供一种电极感应熔化增材制造设备，包括水平移动单元和竖直移动单元；所述水平移动单元包含自下而上依次设置的底座、导向板和接物板；所述底座的上表面设置有第一导轨，所述导向板的下表面设置有第一滚轮，第一滚轮沿第一导轨左右移动；所述导向板的上表面设置有第二导轨，所述接物板的下表面设置有第二滚轮，第二滚轮沿第二导轨前后移动。所述竖直移动单元包含支架、进料部件和锥形感应线圈；所述支架的下端设置于所述底座的一侧；所述支架的上端竖直开设有凹槽，所述凹槽内嵌设有竖直导杆，且所述竖直导杆沿所述凹槽上下移动；所述进料部件设置于所述竖直导杆的上端，所述锥形感应线圈设置于所述竖直导杆的下端；所述进料部件下端设置有金属棒材，所述金属棒材下端伸入所述锥形感应线圈内。优选的，所述锥形感应线圈连接有供电装置，所述供电装置还连接有圆柱感应线圈，所述圆柱感应线圈设置于所述锥形感应线圈的正下方。优选的，所述进料部件包含推杆和旋转盘，所述推杆通过连接件与所述竖直导杆连接，所述推杆的下端与所述旋转盘的上表面连接，所述旋转盘的底面与所述金属棒材连接。优选的，所述推杆、所述旋转盘、所述金属棒材、所述锥形感应线圈和所述圆柱感应线圈的中心线分别位于同一竖直面。优选的，所述连接件的远离竖直导杆的一端竖直设置有套筒，所述推杆嵌设于所述套筒内，且所述推杆可在套筒内上下移动。优选的，所述金属棒材通过旋转盘底面的夹持件与所述旋转盘固定连接。优选的，所述凹槽内设置有滑槽，所述竖直导杆上设置有凸起，所述滑槽与所述凸起相匹配。优选的，所述竖直导杆的下端位于所述接物板的上方。优选的，所述推杆的两端伸出所述套筒。优选的，所述推杆和所述竖直导杆分别连接有伺服电机。优选的，所述第一滚轮和所述第二滚轮连接有伺服电机。优选的，所述旋转盘连接有电机。优选的，伺服电机和电机分别连接有自动控制系统。一种电极感应熔化增材制造方法，基于一种电极感应熔化增材制造设备，包括以下步骤：步骤1，装料：将金属棒材与旋转盘固定，使金属棒材、旋转盘和锥形感应线圈的中心线重合。步骤2，熔化进给：转动旋转盘，使旋转盘带动金属棒材自转；利用锥形感应线圈对金属棒材进行加热，使金属棒材熔化成锥形端头金属棒材；推动推杆使锥形端头金属棒材匀速向下移动，得金属液流。步骤3，凝固成型：利用圆柱线圈对金属液流进行过热处理得过热金属液流，移动导向板、接物板和竖直导杆之间的相对位置，使过热金属液流在接物板上凝固成三维零件。优选的，步骤2中，所述金属棒材自转的速率为1-30rpm。优选的，步骤2中，所述锥形感应线圈的加热功率为2-10kw。优选的，步骤2中，所述圆柱感应线圈的加热功率为0-3kw。优选的，步骤2中，所述锥形端头金属棒材匀速向下移动的速度为0.3-100mm/min。优选的，所述锥形感应线圈的锥角为30-60°，所述锥形感应线圈的底部半径为10-100mm。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术设备采用锥形感应线圈作为热源，可用于现有所有合金系列的增材制造，大大提高了增材制造的原材料可选范围；此外，感应加热技术实现难度相对于激光器和电子束较低，从而大幅度降低了设备成本，降低了设备生产、制造和推广的难度。(2)本专利技术方法适用于普通圆棒作为原材料，其成本约为激光器所用粉材的1/30，为电子束所用丝材的1/5，因而可大幅度降低本专利技术方法制备零件的原料成本；将增材制造成本降低为现有技术的1/100-1/200。(3)本专利技术方法采用感应加热，实现快速熔化，加快了成型速度，大大缩短了生产时间。(4)本专利技术设备设有两个感应加热源，分别用于原料的熔化和提供过热度，使两者可分别控制，以避免合金液体提前凝固造成成型困难的问题，使本设备能够分别适用于低熔点和高熔点金属的增材制造，进一步扩大原材料可选范围。(5)本专利技术设备结构简单，可用于制造大尺寸零部件，因此，大大扩展了现有增材制造的金属零件的尺寸。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1是一种电极感应熔化增材制造设备的一种实施例的立体结构图。图2是图1中A的局部放大图。以上图中，1、水平移动单元；11、底座；111、第一滑槽；12、导向板；121、第一滚轮；122、第二滑槽；13、接物板；131、第二滚轮；2、竖直移动单元；21、支架；211、竖直导杆；212、连接件；213、套筒；22、进料部件；221、推杆；222、旋转盘；23、锥形感应线圈；24、圆柱感应线圈；25、供电装置；3、金属棒材。具体实施方式实施例1参考图1和图2，本专利技术的实施例提出一种电极感应熔化增材制造设备，包括水平移动单元1和竖直移动单元2，使设备能够实现水平面和竖直方向上的移动，实现三维位置调整。水平移动单元1包含自下而上依次设置的底座11、导向板12和接物板13，底座11用于支撑导向板12和接物板13；底座11的上表面设置有第一导轨，导向板12的下表面设置有第一滚轮121，第一滚轮121可沿第一导轨左右移动，使导向板12能够沿X轴方向移动；导向板12的上表面设置有第二导轨，接物板13的下表面设置有第二滚轮131，第二滚轮131可沿第二导轨前后移动，使接物板13能够沿Y轴方向移动；最终使接物板13能够同时沿X轴和Y轴方向移动。竖直移动单元2包含支架21、进料部件22和锥形感应线圈23；支架21的下端设置于底座11的一侧，使支架21在水平面上以底座11为支撑，支架21用于支撑整个竖直移动单元2，进料部件22用于原料的供给，锥形感应线圈23用于原料的加热熔化。支架21上端竖直开设有凹槽，凹槽内嵌设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极感应熔化增材制造设备，其特征在于，包括水平移动单元(1)和竖直移动单元(2)；所述水平移动单元(1)包含自下而上依次设置的底座(11)、导向板(12)和接物板(13)；所述底座(11)的上表面设置有第一导轨，所述导向板(12)的下表面设置有第一滚轮(121)，第一滚轮(121)沿第一导轨左右移动；所述导向板(12)的上表面设置有第二导轨，所述接物板(13)的下表面设置有第二滚轮(131)，第二滚轮(131)沿第二导轨前后移动；所述竖直移动单元(2)包含支架(21)、进料部件(22)和锥形感应线圈(23)；所述支架(21)的下端设置于所述底座(11)的一侧；所述支架(21)的上端竖直开设有凹槽，所述凹槽内嵌设有竖直导杆(211)，且所述竖直导杆(211)沿所述凹槽上下移动；所述进料部件(22)设置于所述竖直导杆(211)的上端，所述锥形感应线圈(23)设置于所述竖直导杆(211)的下端；所述进料部件(22)下端设置有金属棒材(3)，所述金属棒材(3)下端伸入所述锥形感应线圈(23)内。

【技术特征摘要】
1.一种电极感应熔化增材制造设备，其特征在于，包括水平移动单元(1)和竖直移动单元(2)；所述水平移动单元(1)包含自下而上依次设置的底座(11)、导向板(12)和接物板(13)；所述底座(11)的上表面设置有第一导轨，所述导向板(12)的下表面设置有第一滚轮(121)，第一滚轮(121)沿第一导轨左右移动；所述导向板(12)的上表面设置有第二导轨，所述接物板(13)的下表面设置有第二滚轮(131)，第二滚轮(131)沿第二导轨前后移动；所述竖直移动单元(2)包含支架(21)、进料部件(22)和锥形感应线圈(23)；所述支架(21)的下端设置于所述底座(11)的一侧；所述支架(21)的上端竖直开设有凹槽，所述凹槽内嵌设有竖直导杆(211)，且所述竖直导杆(211)沿所述凹槽上下移动；所述进料部件(22)设置于所述竖直导杆(211)的上端，所述锥形感应线圈(23)设置于所述竖直导杆(211)的下端；所述进料部件(22)下端设置有金属棒材(3)，所述金属棒材(3)下端伸入所述锥形感应线圈(23)内。2.根据权利要求1所述的电极感应熔化增材制造设备，其特征在于，所述锥形感应线圈(23)连接有供电装置(25)，所述供电装置(25)还连接有圆柱感应线圈(24)，所述圆柱感应线圈(24)设置于所述锥形感应线圈(23)的正下方。3.根据权利要求2所述的电极感应熔化增材制造设备，其特征在于，所述进料部件(22)包含推杆(221)和旋转盘(222)，所述推杆(221)通过连接件(212)与所述竖直导杆(211)连接，所述推杆(221)的下端与所述旋转盘(222)的上表面连接，所述旋转盘(222)的底面与所述金属棒材(3)连接。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军发，
申请(专利权)人：刘军发，
类型：发明
国别省市：陕西,61