使用铝金属芯丝增材制造的系统和方法技术方案

一种形成增材制造的铝部件的方法包括在金属芯铝丝与所述增材制造的铝部件之间建立电弧，其中所述金属芯铝丝包括金属包鞘和布置在所述金属包鞘内的颗粒芯部。颗粒芯包含铝金属基纳米复合物(Al‑MMNC)，该铝金属基纳米复合物包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。所述方法包括使用所述电弧的热量熔化所述金属芯铝丝的一部分以形成熔化的液滴。所述方法包括：在惰性气体流下将所述熔化的液滴转移到所述增材制造的铝部件上；并且在所述惰性气体流下固化所述熔化的液滴以形成所述增材制造的铝部件的沉积物。

【技术实现步骤摘要】
使用铝金属芯丝增材制造的系统和方法相关专利申请的交叉引用本申请是2015年8月28日提交的题为“SYSTEMSANDMETHODSFORADDITIVEMANUFACTURINGUSINGALUMINUMMETAL-COREDWIRE”的美国申请14/839,420号的部分继续申请，所述美国申请主张于2015年2月25日提交的题为“铝金属芯焊丝(ALUMINUMMETAL-COREDWELDINGWIRE)”的美国临时专利申请序列号62/120,752的优先权和权益，每件所述美国申请的全部公开内容出于所有目的通过引用的方式并入本申请中。
本公开涉及使用管状铝丝作为原材料的增材制造的系统和方法。
技术介绍
增材制造系统通常涉及以自底向上方式的部件构造。一般来讲，在增材制造中，可以逐层沉积或层层叠加的过程形成部件，由此原材料连续沉积在自身顶部上以逐渐形成(例如，建立或印刷)完整的部件。增材制造系统可用于快速原型制造，并且可以以高精度且很少浪费原材料的方式制造复杂部件。不同的增材制造系统可以使用不同类型的原材料，例如，金属、聚合物和陶瓷，来构造不同类型的部件。铝和铝合金由于其相比于其他金属相对较低的密度和高耐腐蚀性而广泛用作构造材料。例如，铝合金可以提供在大约50兆帕(MPa)和大约700兆帕(MPa)之间的强度。由于铝对氧具有高亲和力，所以铝部件制造会涉及使用惰性保护气体来限制或防止形成氧化铝(三氧化二铝)和不希望的包含物。还希望制造具有相对较低孔隙率的铝部件。这些孔的一个主要来源可能是在部件制造期间从正在凝固的金属释放并且在正在凝固的金属内部形成孔洞的氢气。氢气在铝部件制造期间可通过含氢材料(例如，水分或有机材料，如，润滑油)的分解而形成。因此，希望防止含氢材料被引入到增材制造环境中。通过纳米颗粒增强的合金由于这种合金经常具有的新颖的物理性质和化学性质而已经在近年中获得关注。纳米颗粒可以表现出与对应的微颗粒和整体材料不同的物理性质和化学性质，从而为各种领域中的许多应用提供更有效的选择。例如，纳米颗粒可以用于表面工程中以改进耐磨料磨损性或者影响润滑剂的摩擦学性质；在电子应用中用以改变性质例如导电性、强度和磁性；并且在焊接或增材制造应用中用以改进机械性能例如杨氏模量、拉伸强度、硬度和疲劳强度。
技术实现思路
在实施例中，一种形成增材制造的铝部件的方法包括在金属芯铝丝与所述增材制造的铝部件之间建立电弧，其中所述金属芯铝丝包括金属包鞘和沉积在所述金属包鞘内的颗粒芯部。颗粒芯包含铝金属基纳米复合物(Al-MMNC)，所述铝金属基纳米复合物包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。所述陶瓷纳米颗粒可以具有在25nm和250nm之间的平均粒度。所述方法包括使用所述电弧的热量熔化所述金属芯铝丝的一部分以形成熔化的液滴。所述方法包括：在惰性气体流中将所述熔化的液滴转移到所述增材制造的铝部件上；并且在所述惰性气体流下固化所述熔化的液滴以形成所述增材制造的铝部件的沉积物。在实施例中，一种增材制造系统包括焊炬，所述焊炬被配置成接收保护气体和金属芯铝丝。所述金属芯铝丝包括金属包鞘以及布置在所述金属包鞘内的颗粒芯部。所述颗粒芯包含Al-MMNC，所述Al-MMNC包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。所述焊炬被配置成在所述金属芯铝丝与增材制造的部件之间建立电弧。所述焊炬被配置成在所述保护气体的氛围下使用所述电弧的热量形成所述金属芯铝丝的熔化部分；并且将所述熔化部分转移到所述增材制造的部件上以在所述保护气体的氛围下形成所述增材制造的部件的沉积物。在实施例中，一种增材制造的铝合金部件包括：多个铝合金沉积物，这些铝合金沉积物熔合在一起以形成所述增材制造的铝合金部件的多个层，其中所述增材制造的铝合金部件通过使用金属芯铝丝而被增材制造，所述金属芯铝丝包括金属包鞘以及布置在所述金属包鞘内的颗粒芯部。颗粒芯包含Al-MMNC，所述Al-MMNC包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。附图说明当结合附图阅读以下详细说明时，会理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，附图中相似的附图标记代表在整个附图中相似的部件，其中：图1是根据本公开的利用金属芯铝丝作为原材料的增材制造系统的实施例的示意图；图2A是根据本技术的实施例的无缝金属芯铝丝的剖视图；以及图2B是根据本技术的实施例的包含缝的金属芯铝丝的剖视图。具体实施方式以下将描述本公开的一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简明描述，本说明书中不会描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在开发任何这种实际实施方式的过程中，例如在任何工程或设计项目中，必须作出众多专门针对实施方式的决策来获得开发者的具体目标，例如，顺应系统相关的和商业相关的约束条件，这可能因实施方式的不同而异。此外，应当理解，这种开发努力可能很复杂且费时，但是对于从本专利技术受益的普通技术人员而言，这可能是设计、制备和制造所承担的例行任务。在介绍本公开的各种实施例的要素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个要素。术语“由……构成”、“包含”和“具有”旨在包括性的，并且表示还可以具有除列举的要素之外的附加要素。此外，如本文所用的“大约”可以总体上指的是在某些实施例中可以代表比实际值小0.01％，小0.1％或小1％的差值(例如，更高或更低)的近似值。也就是说，“近似”值在某些实施例中可以准确到所述值的0.01％、0.1％或1％内(例如，加或减)。同样地，被描述成“基本上相同”或“基本上相似”的两个值近似相同，并且被描述为“基本上不含”一种物质的材料包含大约0％的这种物质。本文中使用术语“金属芯”和“金属芯的”来指代具有金属包鞘和颗粒芯部的管状丝，其中芯部主要包含具有少量(即，低于约5重量％)的非金属成分(例如，熔渣形成剂、金属氧化物、稳定剂等)的金属合金粉末。例如，参见裸不锈钢焊接电极和焊条的ANSI/ANSA5.9规范。如本文所用，术语“非金属成分”指的是这样的元素和元素化合物：它们不是金属或类金属(例如，氢、碳、氮、氧、磷、硫、卤化物)。如本文所用，“熔点”指的是固态物质转变成液体的温度或温度范围。当固态物质为混合物时，例如合金或粉末混合物的情形，熔点通常包含固相线与液相线之间的温度范围，其中“固相线”指的是混合物开始熔化的温度，“液相线”指的是混合物完全液化的温度。相比之下，纯固态物质往往具有清晰、狭窄的熔点(即，固相线和液相线基本上相同)。在以下更详细地讨论的例外的混合物是共晶合金。如本文所用，“共晶合金”指的是固相线和液相线基本上相同的合金，从而得到在其共晶温度下的清晰的熔点，该熔点低于合金的各种元素的熔点。这样，应当理解，在谈论到具有清晰熔点的物质(例如纯物质和共晶合金)时，术语“固相线”和“熔点”在本文中可互换使用。如本文所用，“近共晶合金”指的是由与共晶合金相同的基本成分制成的合金，虽然使用稍微不同的相对量的这些元素，来得到稍微亚共晶或过共晶的成分，其中液相线和固相线彼此的差异小于大约20％(例如，小于大约10％，小于大约5％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成增材制造的铝部件的方法，包括：/n在金属芯铝丝与所述增材制造的铝部件之间建立电弧，其中所述金属芯铝丝包括金属包鞘和布置在所述金属包鞘内的颗粒芯部；/n使用所述电弧的热量熔化所述金属芯铝丝的一部分以形成熔化的液滴；/n在惰性气体流下将所述熔化的液滴转移到所述增材制造的铝部件上；以及/n在所述惰性气体流下固化所述熔化的液滴以形成所述增材制造的铝部件的沉积物；/n其中所述颗粒芯包含铝金属基纳米复合物(Al-MMNC)，所述铝金属基纳米复合物包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒，并且/n其中所述陶瓷纳米颗粒具有在10nm和250nm之间的平均粒度。/n

【技术特征摘要】
20190319 US 16/358,4191.一种形成增材制造的铝部件的方法，包括：
在金属芯铝丝与所述增材制造的铝部件之间建立电弧，其中所述金属芯铝丝包括金属包鞘和布置在所述金属包鞘内的颗粒芯部；
使用所述电弧的热量熔化所述金属芯铝丝的一部分以形成熔化的液滴；
在惰性气体流下将所述熔化的液滴转移到所述增材制造的铝部件上；以及
在所述惰性气体流下固化所述熔化的液滴以形成所述增材制造的铝部件的沉积物；
其中所述颗粒芯包含铝金属基纳米复合物(Al-MMNC)，所述铝金属基纳米复合物包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒，并且
其中所述陶瓷纳米颗粒具有在10nm和250nm之间的平均粒度。


2.根据权利要求1所述的方法，包括经由增材制造系统的控制器向所述增材制造系统的机器人系统提供控制信号以相对于所述增材制造的铝部件定位所述增材制造系统的焊炬，其中所述焊炬接收所述金属芯铝丝和所述惰性气体流并朝着所述增材制造的铝部件供应所述金属芯铝丝和所述惰性气体流。


3.根据权利要求2所述的方法，包括经由所述控制器提供控制信号以启动所述增材制造系统的送丝系统以便以特定的送丝速度向所述增材制造系统的焊炬供给所述金属芯铝丝。


4.根据权利要求3所述的方法，包括经由所述控制器提供控制信号以启动所述增材制造系统的气体供应系统以便以特定的惰性气体流速向所述增材制造系统的焊炬供给所述惰性气体流。


5.根据权利要求4所述的方法，包括经由所述控制器提供控制信号以启动所述增材制造系统的电力系统以便提供电力从而以特定的电压和特定的电流在所述金属芯铝丝与所述增材制造的铝部件之间建立电弧。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属包鞘是6xxx系列铝合金或1xxx系列铝合金。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属芯铝丝的所述金属包鞘是包含挤出的铝合金管的无缝金属包鞘。


8.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·贝鲁比，格雷戈里·J·布拉默，刘双，
申请(专利权)人：霍伯特兄弟有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US