一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置，该装置包括喷涂装置、熔丝装置和翻转工作台，本实用新型专利技术通过所述气体动力喷涂装置可以实现原位喷涂多种纯金属粉末、合金粉末、金属‑陶瓷复合粉末，能够最大程度上实现电弧增材制造材料合金化与复合化。所述气体动力喷涂装置进行原位喷涂粉末时，产生的携带粉末颗粒的高速气体射流冲击沉积层表面，起到喷丸强化的作用，引入压应力层，降低表面粗糙度，优化电弧增材制造金属构件组织性能。所述装置完全依托于现有焊接设备与市场现有喷涂设备，无须额外的设备研发费用，所述喷粉及后续电弧填丝过程均由六轴关节机器人编制程序控制，可进行自动化操作，工作效率高。

A kind of in-situ alloying device for arc additive manufacturing with alternate powder feeding by fuse

【技术实现步骤摘要】
一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置
本技术属于电弧增材制造领域，具体涉及一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置。
技术介绍
电弧增材制造技术是以电弧为热源熔化金属丝材，按照计算机预设路径层层堆积成型三维金属构件的方法。与激光热源和电子束热源相比，电弧增材制造依托于现有焊接设备和焊材，设备及原材料的成本低，丝材的利用率高，在大气环境下即可实现超大型复杂构件的成型。理论上，利用电弧增材制造可以实现任意形状的任意金属材料及金属基复合材料成型。然而，受市场现有丝材种类和可填丝数量的限制，目前的电弧增材制造还主要送填单质金属丝及小比例合金丝，可填丝数量还未突破双丝，难以实现用于电弧增材制造金属材料的原位合金化和复合化，严重限制了电弧增材制造在工业中的应用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置。本技术是通过以下技术方案实现的：一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置，包括喷涂装置、熔丝装置和翻转工作台；所述翻转工作台上表面用于安装基板，所述翻转工作台可实现水平工作位和垂直工作位的切换，当翻转工作台位于水平工作位时，熔丝装置在基板上进行熔丝堆积，当翻转工作台位于垂直工作位时，喷涂装置在基板上已堆积层表面进行喷涂；所述喷涂装置包括压气机、气流通道、粉末料箱、喷嘴和喷涂控制机器人，所述压气机连接气流通道，气流通道分岔为第一气流通道和第二气流通道，所述第一气流通道上设置有用于填料的粉末料箱，所述第二气流通道上设置有加热气体的加热室，所述第一气流通道和第二气流通道汇聚至喷嘴，所述喷嘴固定于喷涂控制机器人的机械手臂上受其驱动；所述熔丝装置包括电弧热源、自动填丝机和熔丝控制机器人，所述电弧热源和自动填丝机的导丝嘴安装于熔丝控制机器人的机械手臂上。在上述技术方案中，所述翻转工作台通过水平限位器对位于水平工作位的翻转工作台进行限位。在上述技术方案中，所述翻转工作台通过垂直限位器对位于垂直工作位的翻转工作台进行限位。在上述技术方案中，所述翻转工作台通过转轴实现水平工作位和垂直工作位的切换。在上述技术方案中，所述基板通过基板卡具固定于翻转工作台上表面。在上述技术方案中，所述喷涂控制机器人和熔丝控制机器人均为六轴关节机器人。在上述技术方案中，所述压气机采用的气体为空气、氮气、氩气、氦气中的至少一种。在上述技术方案中，所述粉末料箱采用的粉末为纯金属粉末、合金粉末、金属-陶瓷复合粉末中的至少一种。在上述技术方案中，所述自动填丝机通过填丝机卡具固定于熔丝控制机器人的机械手臂上。一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化方法，1)根据金属零件的外观尺寸设计切片模型，然后根据每一层切片的具体特征进行沉积路径规划；2)将打磨、清洗、烘干后的基板固定在翻转工作台上；3)旋转翻转工作台至垂直工位；4)喷涂控制机器人带动喷嘴移动，在基板目标层沉积路径上喷涂一定厚度的目标粉末，喷涂完毕后，旋转翻转工作台至水平工位；5)熔丝控制机器人带动电弧热源配合自动填丝机在上述喷涂的粉末层上进行电弧填丝完成数个金属沉积层的熔凝成型，6)依次重复进行步骤4)粉末喷涂和步骤5)金属层沉积直至零件完全成型。在上述技术方案中，在步骤5)中，所述电弧填丝根据电弧增材制造材料的元素特性选择填单丝、填双丝、填三丝中的至少一种。本技术的优点和有益效果为：1.本技术通过所述气体动力喷涂装置可以实现原位喷涂多种纯金属粉末、合金粉末、金属-陶瓷复合粉末，能够最大程度上实现电弧增材制造材料合金化与复合化。2.本技术所述气体动力喷涂装置进行原位喷涂粉末时，产生的携带粉末颗粒的高速气体射流冲击沉积层表面，起到喷丸强化的作用，引入压应力层，降低表面粗糙度，优化电弧增材制造金属构件组织性能。3.本技术所述装置完全依托于现有焊接设备与市场现有喷涂设备，无须额外的设备研发费用，所述喷粉及后续电弧填丝过程均由六轴关节机器人编制程序控制，可进行自动化操作，工作效率高。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为Ti6Al4V/3vol.％TiB显微组织低倍背散射电镜照片。图3为Ti6Al4V/3vol.％TiB显微组织高倍二次电子电镜照片。其中：1为压气机，2为粉末料箱，3为喷涂控制机器人，4为喷嘴，5为垂直限位器，6为电弧热源，7为填丝机卡具，8为自动填丝机，9为熔丝控制机器人，10为翻转工作台，11为水平限位器，12为基板卡具，13为基板，14为工件，15为加热室，16为气流通道。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本技术的技术方案。实施例1如图1所示一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置，包括喷涂装置、熔丝装置和翻转工作台10；所述翻转工作台上表面用于安装基板，所述翻转工作台可实现水平工作位和垂直工作位的切换，当翻转工作台位于水平工作位时，熔丝装置在基板上进行熔丝堆积，当翻转工作台位于垂直工作位时，喷涂装置在基板上已堆积层表面进行喷涂；所述喷涂装置包括压气机1、气流通道16、粉末料箱2、喷嘴4和喷涂控制机器人3，所述压气机连接气流通道，气流通道分岔为第一气流通道和第二气流通道，所述第一气流通道上设置有用于填料的粉末料箱，所述第二气流通道上设置有加热气体的加热室15，所述第一气流通道和第二气流通道汇聚至喷嘴4，所述喷嘴固定于喷涂控制机器人的机械手臂上受其驱动；所述熔丝装置包括电弧热源6、自动填丝机8和熔丝控制机器人9，所述电弧热源和自动填丝机的导丝嘴安装于熔丝控制机器人的机械手臂上。所述翻转工作台通过水平限位器11对位于水平工作位的翻转工作台进行限位。所述翻转工作台通过垂直限位器5对位于垂直工作位的翻转工作台进行限位。所述翻转工作台通过转轴实现水平工作位和垂直工作位的切换。所述基板通过基板卡具固定于翻转工作台上表面。所述喷涂控制机器人和熔丝控制机器人均为六轴关节机器人。所述压气机采用的气体为空气、氮气、氩气、氦气中的至少一种。所述粉末料箱采用的粉末为纯金属粉末、合金粉末、金属-陶瓷复合粉末中的至少一种。所述自动填丝机的导丝嘴通过填丝机卡具固定于熔丝控制机器人的机械手臂上。实施例2一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化方法，按照下列步骤进行：1)根据金属零件的外观尺寸设计切片模型，然后根据每一层切片的具体特征进行沉积路径规划；2)将打磨、清洗、烘干后的基板固定在翻转工作台上；3)旋转翻转工作台至垂直工位；4)喷涂控制机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置，其特征在于：包括喷涂装置、熔丝装置和翻转工作台；/n所述翻转工作台上表面用于安装基板，所述翻转工作台可实现水平工作位和垂直工作位的切换，当翻转工作台位于水平工作位时，熔丝装置在基板上进行熔丝堆积，当翻转工作台位于垂直工作位时，喷涂装置在基板上已堆积层表面进行喷涂；/n所述喷涂装置包括压气机、气流通道、粉末料箱、喷嘴和喷涂控制机器人，所述压气机连接气流通道，气流通道分岔为第一气流通道和第二气流通道，所述第一气流通道上设置有用于填料的粉末料箱，所述第二气流通道上设置有加热气体的加热室，所述第一气流通道和第二气流通道汇聚至喷嘴，所述喷嘴固定于喷涂控制机器人的机械手臂上受其驱动；/n所述熔丝装置包括电弧热源、自动填丝机和熔丝控制机器人，所述电弧热源和自动填丝机的导丝嘴安装于熔丝控制机器人的机械手臂上。/n

【技术特征摘要】
1.一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置，其特征在于：包括喷涂装置、熔丝装置和翻转工作台；
所述翻转工作台上表面用于安装基板，所述翻转工作台可实现水平工作位和垂直工作位的切换，当翻转工作台位于水平工作位时，熔丝装置在基板上进行熔丝堆积，当翻转工作台位于垂直工作位时，喷涂装置在基板上已堆积层表面进行喷涂；
所述喷涂装置包括压气机、气流通道、粉末料箱、喷嘴和喷涂控制机器人，所述压气机连接气流通道，气流通道分岔为第一气流通道和第二气流通道，所述第一气流通道上设置有用于填料的粉末料箱，所述第二气流通道上设置有加热气体的加热室，所述第一气流通道和第二气流通道汇聚至喷嘴，所述喷嘴固定于喷涂控制机器人的机械手臂上受其驱动；
所述熔丝装置包括电弧热源、自动填丝机和熔丝控制机器人，所述电弧热源和自动填丝机的导丝嘴安装于熔丝控制机器人的机械手臂上。


2.根据权利要求1所述的一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置，其特征在于：所述翻转...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振文，张萌，刘齐，许博，王颖，王东坡，李会军，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12