一种基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法，该方法包括步骤：材料设计，确定焊丝；搭建多CMT系统；装填焊丝；调节多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的工作参数，使每个具备独立焊接能力的CMT子系统在增材制造过程中的熔敷量保持一致；逐层分析，确定增材制造路径；对多CMT系统离线编程，生成程序；启动多CMT系统，在程序控制下，每个具备独立焊接能力的CMT子系统协调运作，逐层增材制造，直至全部完成，得到复合结构。该方法操作简单灵活，适应性强，受材料限制小，且通过材料协调及每个CMT子系统的协调运作，不但能够实现具有功能梯度的三维复合结构的增材制造，同时能满足工业生产的精度要求、功能要求和形状要求。

A Manufacturing Method of Additional Materials for Composite Structures of Heterogeneous Materials Based on Multi-CMT System

【技术实现步骤摘要】
一种基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法
本专利技术涉及CMT焊接系统及异种金属增材制造方法，属于焊接
，具体为一种基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法。
技术介绍
增材制造是一种逐层累积制造的方法，具有材料利用率高、生产周期短等优势，基于离散/堆积思想的金属增材制造不受实际结构复杂程度的限制，可以满足工业生产的装卡和精度要求。采用金属增材制造的方式，可以通过添加不同成分的合金焊丝来实现异种材料两侧的梯度式过渡，使得两者之间的性能差异得到缓解。不同增材制造方法的成形精度和成形效率有着显著的差别，以电弧为热源的增材制造方法，在金属熔敷效率上有着明显的技术优势。冷金属过渡焊接技术(CMT)是在短路过渡基础上开发的，将送丝/回抽的机械运动同熔滴过渡过程相结合,整个熔滴过渡过程是高频率的“热—冷—热”交替的过程，大幅度降低了热输入。焊丝的机械回抽运动帮助熔滴的脱落，此时焊接电源输出的电流几乎为零，可以避免普通短路过渡方式引起的飞溅。将CMT运用在增材堆积制造可以保证较高的熔敷率，同时还可以细化晶粒，保证熔敷质量，改善焊接质量。不同材料和形状的产品可以实现不同的功能。具有功能梯度的复合结构在实际工业生产中是基于异种材料的思路，而目前3D打印制造依旧受材料的限制，因此，专利技术一种基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法以完成复杂三维复合结构的制造是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法，以完成复杂三维复合结构的增材制造，该方法包括如下步骤：S1：根据复合结构所要实现的功能的差异进行材料设计，确定对应材质的焊丝；S2：搭建多CMT系统，所述多CMT系统包含两个或两个以上的具备独立焊接能力的CMT子系统，所述具备独立焊接能力的CMT子系统的具体数量与S1中所确定的对应材质的焊丝的种类数相同，且每个具备独立焊接能力的CMT子系统中均包含一把CMT焊枪；S3：对S2中所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的CMT焊枪分别装填S1中所确定的对应材质的焊丝(即一把CMT焊枪装填一种材质的焊丝)；S4：调节所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的工作参数，使所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统在增材制造过程中的熔敷量保持一致；S5：逐层分析复合结构的分层切片，确定每一分层切片中功能不同的区域在增材制造过程中所要使用的CMT焊枪，进一步确定每把CMT焊枪在功能不同的区域中的增材制造路径；S6：根据S5中所确定的增材制造路径，对所搭建的多CMT系统进行离线编程，生成程序；S7：启动所搭建的多CMT系统，在S6中生成的程序控制下，所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统协调运作，逐层增材制造，直至全部完成，得到复合结构。进一步地，所述S2中，所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统均包含CMT焊机、机器人手臂、机器人控制箱、保护气气瓶。进一步地，所述S4中，调节所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的工作参数，使所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统在增材制造过程中的熔敷量保持一致，具体为：首先确定所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的基本工作参数，然后根据所装填的不同材质焊丝的熔敷量之间的差异，在已确定的基本工作参数的基础上，微调每个具备独立焊接能力的CMT子系统的工作参数，使所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统在增材制造过程中的熔敷量保持一致。通过调节增材速度、送丝速率、电流、电压等参数控制熔敷量的大小。熔敷量越小，成品外形越光滑美观；相反，熔敷量越大，增材效率越高。通过控制所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统在增材制造过程中的熔敷量保持一致，保证每一分层切片的平面度，进一步确保逐层增材制造的顺利进行。进一步地，所述S7，逐层增材制造过程中，在水平方向功能不同的区域使用装有不同材质焊丝的CMT焊枪进行增材制造，在竖直方向功能不同的区域使用装有不同材质焊丝的CMT焊枪进行增材制造。所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的CMT焊枪，其中一把CMT焊枪装填一种材质的焊丝，在程序控制下，每个具备独立焊接能力的CMT子系统协调运作，将不同材质的焊丝依据已确定的增材制造路径逐层增材制造复合结构中功能不同的区域，即在水平方向功能不同的区域使用装有不同材质焊丝的CMT焊枪进行增材制造，在竖直方向功能不同的区域使用装有不同材质焊丝的CMT焊枪进行增材制造。每一分层切片功能不同的区域增材制造方向的选取均可不同，上下相邻两层之间的增材制造方向形成的夹角根据实际结构选取，可选取90度、45度以及30度等较常规的角度。通过材料协调及每个具备独立焊接能力的CMT子系统的协调运作获得所需的复合结构。该复合结构在水平方向具有功能梯度，同时在竖直方向上具有功能梯度。进一步地，所述对应材质的焊丝的种类数为两种，所搭建的多CMT系统包含两个具备独立焊接能力的CMT子系统。进一步地，所述对应材质的焊丝的种类数为三种，所搭建的多CMT系统包含三个具备独立焊接能力的CMT子系统。进一步地，所述对应材质的焊丝的种类数为四种，所搭建的多CMT系统包含四个具备独立焊接能力的CMT子系统。本专利技术提供的是一种基于多CMT系统的异种材料复合结构的增材制造方法，其基本原理涉及冷金属过渡焊接技术(CMT)与增材制造。本专利技术具有如下有益效果：(1)具有增材制造的优点，材料利用率高，生产周期短，增材制造不受实际结构复杂程度的限制，能够满足工业生产的装卡和精度要求，成品具有功能梯度。(2)采用CMT焊接工艺，具有操作简单，堆制过程中无飞溅，电弧平稳，成品外形质量较高，内部组织均匀，晶粒细小，缺陷少等优点，对异种金属的焊接工艺可以有效减少界面层及金属间化合物，而且因为其热输入小，送丝速度(峰值电流)可以保持在一个较高的数值，提高熔敷效率。(3)最主要的是本方法操作简单灵活，适应性强，相比于目前的3D打印制造，本方法受材料限制小。通过材料协调及每个具备独立焊接能力的CMT子系统的协调运作，不但能够实现具有功能梯度的三维复合结构的增材制造，同时能满足工业生产的精度要求、功能要求和形状要求。下面通过具体实施方式及附图对本专利技术作进一步详细说明，但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。附图说明图1为本专利技术实施例工作流程图。图2为本专利技术实施例一多CMT系统整体结构示意图。图3为本专利技术实施例一分层切片增材制造示意图。图4为本专利技术实施例一增材制造示意图。图5为本专利技术实施例二分层切片增材制造示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1为本专利技术实施例工作流程图，以实现基于多CMT系统的异种材料复合结构的增材制造。该方法包括如下步骤：S1：根据复合结构所要实现的功能的差异进行材料设计，确定对应材质的焊丝；S2：搭建多CMT系统，所述多CMT系统包含两个或两个以上的具备独立焊接能力的CMT子系统，所述具备独立焊接能力的CMT子系统的具体数量与S1中所确定的对应材质的焊丝的种类数相同，且每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：根据复合结构所要实现的功能的差异进行材料设计，确定对应材质的焊丝；S2：搭建多CMT系统，所述多CMT系统包含两个或两个以上的具备独立焊接能力的CMT子系统，所述具备独立焊接能力的CMT子系统的具体数量与S1中所确定的对应材质的焊丝的种类数相同，且每个具备独立焊接能力的CMT子系统中均包含一把CMT焊枪；S3：对S2中所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的CMT焊枪分别装填S1中所确定的对应材质的焊丝；S4：调节所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的工作参数，使所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统在增才制造过程中的熔敷量保持一致；S5：逐层分析复合结构的分层切片，确定每一分层切片中功能不同的区域在增才制造过程中所要使用的CMT焊枪，进一步确定每把CMT焊枪在功能不同的区域中的增材制造路径；S6：根据S5中所确定的增才制造路径，对所搭建的多CMT系统进行离线编程，生成程序；S7：启动所搭建的多CMT系统，在S6中生成的程序控制下，所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统协调运作，逐层增材制造，直至全部完成，得到复合结构。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：根据复合结构所要实现的功能的差异进行材料设计，确定对应材质的焊丝；S2：搭建多CMT系统，所述多CMT系统包含两个或两个以上的具备独立焊接能力的CMT子系统，所述具备独立焊接能力的CMT子系统的具体数量与S1中所确定的对应材质的焊丝的种类数相同，且每个具备独立焊接能力的CMT子系统中均包含一把CMT焊枪；S3：对S2中所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的CMT焊枪分别装填S1中所确定的对应材质的焊丝；S4：调节所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统的工作参数，使所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统在增才制造过程中的熔敷量保持一致；S5：逐层分析复合结构的分层切片，确定每一分层切片中功能不同的区域在增才制造过程中所要使用的CMT焊枪，进一步确定每把CMT焊枪在功能不同的区域中的增材制造路径；S6：根据S5中所确定的增才制造路径，对所搭建的多CMT系统进行离线编程，生成程序；S7：启动所搭建的多CMT系统，在S6中生成的程序控制下，所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统协调运作，逐层增材制造，直至全部完成，得到复合结构。2.根据权利要求1所述的基于多CMT系统的异种材料复合结构增材制造方法，其特征在于，所述S2中，所搭建的多CMT系统中的每个具备独立焊接能力的CMT子系统均包含CMT焊机、机器人手臂、机器人控制箱、保护气气瓶。3.根据权利要求1所述的基于多...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，周曾明，刘俊峰，张航，孙凯，陈龙，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51