一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，包括焦耳热电源、角度可调式打印机构安装装置、阵列安装在角度可调式打印机构安装装置上的锤击式打印机构和辊压式打印机构、安装在锤击式打印机构和辊压式打印机构上的压力传感器、基板、控制系统和金属薄带输送机构；焦耳热电源的第一极分别与锤击式打印机构和辊压式打印机构电连接，第二极与基板电连接，焦耳热电源和压力传感器均与控制系统连接；压力传感器用于采集锤击式打印机构和辊压式打印机构与基板上金属薄带之间的接触压力；控制系统用于根据接触压力与预设的触发压力阈值之间的大小关系控制焦耳热电源输出焦耳热能量。本发明专利技术提高了系统打印效率和对不同打印方式的需求。不同打印方式的需求。不同打印方式的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统


[0001]本专利技术涉及金属增材制造领域，具体涉及一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统。

技术介绍

[0002]增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将各种材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。
[0003]现阶段金属多材料增材制造中最常见的金属材料类型主要是金属粉末。而原材料的价格昂贵及粉末的污染导致制造过程的要求苛刻，成本高，装备复杂。使用的热源主要为高能束比如：激光，电子束，电弧等。激光作为热源是最受欢迎的研究方式，但它的能量利用率非常低(2％～5％)，其中主要原因是金属对激光的高反效应及电光转换效率低下；电子束的能量利用率略有提高(15％～20％)，但它需要高真空环境，对于设备的要求较为苛刻；电弧工艺的能量利用率高达70％，但是电弧设备往往设备庞大，伴随大量的噪声和弧光的污染。成形过程复杂。功能梯度材料是指选用两种性能不同的材料，将功能梯度材料用作涂层和界面层，可以减小残余应力和热应力，可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性等。高能束增材制造功能结构梯度材料往往设备功耗高，造价高、设备复杂、体积比较庞大、金属熔池飞溅，粉末污染辐射污染，而且都需要严苛的气氛保护。比如中国专利技术专利说明书CN104923787A和CN104439243A公开了一种金属梯度材料的激光3D打印制备方法，用喷粉的方式，通过控制送粉器中的粉末组分比，达到控制金属梯度的目的。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，提高了系统打印效率和对不同打印方式的需求，简化了系统的复杂性，提高了能量的利用，可以实现材质、性能相差较大的金属带材之间的固结，即功能梯度材料打印。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，包括焦耳热电源、角度可调式打印机构安装装置、阵列安装在所述角度可调式打印机构安装装置上的锤击式打印机构和辊压式打印机构、安装在所述锤击式打印机构和辊压式打印机构上的压力传感器、基板、控制系统和金属薄带输送机构，所述金属薄带输送机构用于向所述基板上输送金属薄带；所述角度可调式打印机构安装装置位于所述基板的上方，且所述角度可调式打印机构安装装置与所述基板能够相对运动；所述焦耳热电源的第一极分别与所述锤击式打印机构和辊压式打印机构电连接，第二极与所述基板电连接，其中，所述第一极为正极，所述第二极为负极，或，所述第一极为负极，所述第二极为正极；所述焦耳热电源和所述压力传感器均与所
述控制系统连接；所述压力传感器用于采集所述锤击式打印机构和辊压式打印机构与所述基板上金属薄带之间的接触压力；所述控制系统用于根据所述接触压力与预设的触发压力阈值之间的大小关系控制所述焦耳热电源输出焦耳热能量。
[0007]进一步地，还包括运动机械臂，所述运动机械臂与所述角度可调式打印机构安装装置连接。
[0008]进一步地，所述辊压式打印机构包括辊压轮、轴承、碳刷架和支架，所述碳刷架连接在所述支架上，所述辊压轮通过所述轴承连接在所述碳刷架上，所述压力传感器安装在所述支架顶部，所述支架连接在所述角度可调式打印机构安装装置上。
[0009]进一步地，所述辊压轮与所述轴承之间设置有绝缘层。
[0010]进一步地，所述锤击式打印机构包括打印头、套筒、下压盖、上压盖、连接螺栓、缓冲圈和弹性件，所述打印头的一端伸进所述套筒内，所述压力传感器位于所述套筒内且与所述打印头的一端接触，所述下压盖通过所述连接螺栓连接在所述套筒的下端实现对所述打印头的固定，所述上压盖通过所述连接螺栓连接在所述套筒的上端实现对所述压力传感器的固定，所述缓冲圈和弹性件套设在所述打印头上且位于所述套筒内。
[0011]进一步地，所述弹性件为弹簧。
[0012]进一步地，所述上压盖上开设有用于与所述角度可调式打印机构安装装置连接的螺纹孔。
[0013]进一步地，所述金属薄带输送机构包括金属薄带缠绕盘、张紧轮机构、惰轮、主动轮、从动轮和薄带引导机构，所述主动轮和所述从动轮的圆柱面相互接近形成用于金属薄带穿过的缝隙，所述薄带引导机构设置在靠近所述基板上端面的位置，所述金属薄带缠绕盘上的金属薄带的一端依次绕经所述张紧轮机构和所述惰轮后，再依次穿过所述主动轮和所述从动轮形成的缝隙和所述薄带引导机构。
[0014]进一步地，所述金属薄带输送机构还包括剪断机构，所述剪断机构设置在所述薄带引导机构的出口位置。
[0015]进一步地，还包括运动平台，所述基板设置在所述运动平台上，所述基板与所述运动平台之间设置有绝缘板。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提供的一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，在可调式打印机构安装装置上安装了多种打印机构供打印使用，锤击式打印机构适合非致密性的成形工艺需求，辊压式打印机构适合致密性成形工艺需求，因此提供了多种打印方式，可根据工艺需求进行自由更换，提高了系统打印效率和对不同打印方式的需求。实现复杂结构的高性能合金材料构件打印成形和金属薄带编织成形，对性能差别很大的金属，实现异种材料连接，可以实现材料固相连接，可以使用应用范围较广的普通商用金属带材(如钛合金、铝合金、铜合金、钢等)，而且可以实现悬殊相差较大的金属带材之间的固结，即功能梯度材料打印，也可以在原有复杂零件外加上所需要的金属外层，实现表面防护，表面强化表面装饰，也可以实现零件修复再制造功能。角度可调式打印机构安装装置上安装有锤击式打印机构和辊压式打印机构，可以自主设定焊接的致密性，这样有助于按需实现不同致密性的金属薄带三位成形。锤击式打印机构和辊压式打印机构连通焦耳热电源正极，当锤击式打印机构和辊压式打印机构与金属薄带输送机构输送至基板上的金属薄带接触并施加一定压力时形成回路，焦耳热电源输出电流以达到焊
接效果，即利用压电耦合的方式替代传统的高能束熔覆成形方式，简化了系统的复杂性，提高了能量的利用率。
[0017]进一步地，利用运动机械臂与角度可调式打印机构安装装置连接，实现多方位的灵活控制。
[0018]进一步地，上压盖上开设有用于与角度可调式打印机构安装装置连接的螺纹孔，安装拆卸方便。
[0019]进一步地，金属薄带由非晶薄带缠绕盘送进系统，通过张紧轮机构调整金属薄带的张紧力，再经过惰轮将送入主、从动轮，金属薄带再通过主、从动轮递送至薄带引导机构，主动轮负责提供动力，从动轮负责施加一定压力，以免金属薄带打滑造成误差，薄带引导机构将金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，其特征在于，包括焦耳热电源(1)、角度可调式打印机构安装装置(2)、阵列安装在所述角度可调式打印机构安装装置(2)上的锤击式打印机构(3)和辊压式打印机构(4)、安装在所述锤击式打印机构(3)和辊压式打印机构(4)上的压力传感器(5)、基板(6)、控制系统(7)和金属薄带输送机构(8)，所述金属薄带输送机构(8)用于向所述基板(6)上输送金属薄带；所述角度可调式打印机构安装装置(2)位于所述基板(6)的上方，且所述角度可调式打印机构安装装置(2)与所述基板(6)能够相对运动；所述焦耳热电源(1)的第一极分别与所述锤击式打印机构(3)和辊压式打印机构(4)电连接，第二极与所述基板(6)电连接，其中，所述第一极为正极，所述第二极为负极，或，所述第一极为负极，所述第二极为正极；所述焦耳热电源(1)和所述压力传感器(5)均与所述控制系统(7)连接；所述压力传感器(5)用于采集所述锤击式打印机构(3)和辊压式打印机构(4)与所述基板(6)上金属薄带之间的接触压力；所述控制系统(7)用于根据所述接触压力与预设的触发压力阈值之间的大小关系控制所述焦耳热电源(1)输出焦耳热能量。2.根据权利要求1所述的一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，其特征在于，还包括运动机械臂(9)，所述运动机械臂(9)与所述角度可调式打印机构安装装置(2)连接。3.根据权利要求1所述的一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，其特征在于，所述辊压式打印机构(4)包括辊压轮(401)、轴承(402)、碳刷架(403)和支架(404)，所述碳刷架(403)连接在所述支架(404)上，所述辊压轮(401)通过所述轴承(402)连接在所述碳刷架(403)上，所述压力传感器(5)安装在所述支架(404)顶部，所述支架(404)连接在所述角度可调式打印机构安装装置(2)上。4.根据权利要求3所述的一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，其特征在于，所述辊压轮(401)与所述轴承(402)之间设置有绝缘层(405)。5.根据权利要求1所述的一种基于压电耦合控制的金属薄带三维成形系统，其特征在于，所述锤击式打印机构(3)包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢秉恒，李波波，刘靖驰，朱刚，周海明，邱成鸿，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：