一种同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置，涉及增材制造技术领域，包括：送丝管，送丝管设有送丝通道，丝材穿过送丝通道；固定本体，固定本体中设有固定通道，送丝管固定于固定通道内，送丝管的外壁和固定通道之间为保护气通道；容置罐，容置罐固定于固定本体的一端，容置罐位于送丝管的出口端一侧，容置罐的下表面设有下通孔，丝材能够依次穿过容置罐的上表面和下通孔，容置罐内盛放有胶体粉末混合物；激光器，激光器的出光口朝向下通孔的出口端。本发明专利技术使得激光、丝材和粉末能够同轴协同增材制造，其中还实现了纳米级粉末与丝材共同熔化。共同熔化。共同熔化。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置及其制造方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，特别是涉及一种同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置及其制造方法。

技术介绍

[0002]激光沉积增材制造是一种新兴的增材制造技术，这种技术以高能激光束作为热源局部熔化金属表面形成熔池，同时将添加材料同步送入熔池而形成与基体金属冶金结合且稀释率很低的沉积层，再通过逐层堆积来实现零件的不断“生长”。
[0003]熔粉式、熔丝式是激光沉积的两种主要材料添加方式。
[0004]对于熔粉增材制造，容易实现自动化控制，激光能量吸收率高，零件精度相对较高。但熔粉增材制造同样具有很多缺点，如成型效率低，成型的沉积层单层层厚最高仅为不到300μm；成型零件尺寸小，这主要受制于打印成型机的工作空间；存在粉末污染及爆炸等隐患，通常成型过程中要严格控制成型仓的含氧量；此外，熔粉式增材制造还存在材料利用率低的问题。
[0005]对于熔丝增材制造，具有效率高，材料利用率高，增材制造设备设计灵活的优点；熔丝增材制造成型的沉积层单层层厚可达1mm，成型效率相比熔粉增材制造大幅提升；熔丝增材制造成型过程接近近净成型，材料利用率可达90％以上。但是，对于激光熔丝增材制造技术制备颗粒增强金属基复合材料处仍不能胜任，这是由于丝材不能很好地负载多尺度多维度的颗粒，严重制约了激光熔丝增材制造技术在制备颗粒增强金属基复合材料的发展。
[0006]丝粉同步激光沉积，综合了两种添加方式的优势，可以用于颗粒增强金属基复合材料成形件的制备，提供了一种加工质量高且能够制造出结构复杂的零件的途径。其中丝材的添加提供了金属基体，保证了制备过程的高效性及制备材料的致密性，粉末材料的添加提供了增强相，可以通过调节送粉量实现对复合材料中增强相体积分数的控制；丝材的加入利于增大沉积层的面积，可以制备表面层相对较厚的零件，提高制备复合材料的效率，同时根据服役环境的要求调节陶瓷增强相的比例，可以制备出颗粒增强相具有梯度分布的金属基复合材料。
[0007]但是，目前丝粉同步添加的增材制造技术有着三大需要改进的地方：(1)丝粉装置的分离装配限制了增材装置的运动轨迹，加大了增材制造设备的复杂性；(2)在进行增材实验之前，丝粉需要精确调试空间位置以确保丝粉协同熔化，这存在着较大的实验设备误差；(3)对于纳米尺度粉体的输送，目前送粉器存在送粉不均匀与团聚的问题，只能通过大颗粒负载纳米颗粒进行送粉，这限制了单一纳米粉体增强熔丝增材制造技术的发展。
[0008]具体可参考以下本领域中的相关专利：
[0009]专利一：一种同轴送丝送粉熔化极电弧增材制造装置，CN111283302A。
[0010]该专利技术步骤是：供焊丝穿过的中心体穿过四路送粉喷嘴的中心，焊丝、中心体与四路送粉喷嘴采用同轴设计，四路送粉喷嘴与外界送粉器相连，且围聚于中心体周围，四路送粉喷嘴内的送粉通道采用锥台设计，中心体与四路送粉喷嘴之间形成环形保护气体通道，
打印过程中保护气体通道的底部出口与送粉通道喷出的合金粉末、焊丝汇聚，送粉通道喷出的合金粉末与焊丝于熔池的表面；四路送粉喷嘴上设置有冷却水通道。中心体为导电嘴，导电嘴的中心穿过焊丝。焊丝与外界送丝机相连，送丝轮位于导电嘴上方，保护气入口与外界保护气体相连，冷却水通道与外界水冷系统相连，四路送粉喷嘴采用紫铜材料。所述导电嘴上方的送丝轮用于保证焊丝矫直度，使焊丝平稳送至打印件表面，提高打印稳定性。所述四路送粉喷嘴通过送粉通道输出的送粉气体使合金粉末顺利送入熔池，且与导电嘴周围的环形保护气体通道共同作用下保护熔池不受氧化。所述四路送粉喷嘴可提高合金粉末送入率，大大提高打印效率。在平稳起弧状态下，通过单一调节送粉量与送粉速率可实现对打印层余高与熔宽的调控。该工艺适用于MIG、MAG及CMT电弧增材制造，通过送粉器进行调节送粉量，送粉量调节范围0
‑
150g/min，粉末粒度范围10
‑
200μm，可以实现任意种类合金粉末的输送，从而达到调节增材制造零部件的成分。
[0011]但是，送粉器一般输送纳米粉体会发生严重团聚且出粉极其不均匀，降低了纳米粉体的分散均匀性，因此专利一中难以输送纳米粉末。
[0012]专利二：微量微米级RE2O3颗粒多级细化微观组织的钛合金填丝增材制造方法，CN111112609A。
[0013]该专利技术步骤是：该专利技术所述的微量微米级RE2O3颗粒多级细化微观组织的钛合金填丝增材制造方法，在沉积每道次钛合金前在工件或先前沉积钛合金的表面均匀涂覆一层微米级RE2O3颗粒醇基悬浊液，待微米级RE2O3颗粒醇基悬浊液中的醇基溶剂挥发后，在惰性气体保护气氛下进行钛合金的沉积，完成微量微米级RE2O3颗粒多级细化微观组织的钛合金填丝增材制造，具体包括以下步骤：(1)称取RE2O3颗粒及乙醇，再将RE2O3颗粒及乙醇溶剂放置到密封容器中搅拌均匀，得微米级RE2O3颗粒醇基悬浊液；(2)在沉积基底上均匀涂覆一层少步骤1得到的微米级RE2O3颗粒醇基悬浊液，放置使乙醇挥发；(3)在惰性气体的保护下完成单道次钛合金沉积，惰性气体可以为氩气，其中氩的纯度为99.999％；(4)重复步骤2及步骤3，直至完成微量微米级RE2O3颗粒多级细化微观组织的钛合金填丝增材制造为止。
[0014]但是，其专利技术需要人工手动进行粉末的粘结，且影响了熔丝增材制造的效率，并且可能会由于污染物的引入弱化增材制造材料的显微组织与性能。
[0015]因此，增材制造领域急需一种新型的增材制造装置，用于解决上述问题。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的是提供一种同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置及其制造方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，使得激光、丝材和粉末能够同轴协同增材制造，其中还实现了纳米级粉末与丝材共同熔化。
[0017]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0018]本专利技术公开了一种同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置，包括：
[0019]送丝管，所述送丝管设有送丝通道，丝材穿过所述送丝通道；
[0020]固定本体，所述固定本体中设有固定通道，所述送丝管固定于所述固定通道内，所述送丝管的外壁和所述固定通道之间为保护气通道；
[0021]容置罐，所述容置罐固定于所述固定本体的一端，所述容置罐位于所述送丝管的出口端一侧，所述容置罐的下表面设有下通孔，所述丝材能够依次穿过所述容置罐的上表
面和所述下通孔，所述容置罐内盛放有胶体粉末混合物；
[0022]激光器，所述激光器的出光口朝向所述下通孔的出口端。
[0023]优选地，所述送丝管包括送丝圆筒部和送丝锥形部，所述送丝锥形部的上端外壁直径大于所述送丝锥形部的下端外壁直径，所述送丝圆筒部的内径和所述送丝锥形部的内径相同；
[0024]所述固定本体包括固定圆筒部和固定锥形部，所述固定锥形部的上端外壁直径大于所述固定锥形部的下端外壁直径，所述固定锥形部的下端内径小于所述固定锥形部的上端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置，其特征在于，包括：送丝管，所述送丝管设有送丝通道，丝材穿过所述送丝通道；固定本体，所述固定本体中设有固定通道，所述送丝管固定于所述固定通道内，所述送丝管的外壁和所述固定通道之间为保护气通道；容置罐，所述容置罐固定于所述固定本体的一端，所述容置罐位于所述送丝管的出口端一侧，所述容置罐的下表面设有下通孔，所述丝材能够依次穿过所述容置罐的上表面和所述下通孔，所述容置罐内盛放有胶体粉末混合物；激光器，所述激光器的出光口朝向所述下通孔的出口端。2.根据权利要求1所述的同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置，其特征在于：所述送丝管包括送丝圆筒部和送丝锥形部，所述送丝锥形部的上端外壁直径大于所述送丝锥形部的下端外壁直径，所述送丝圆筒部的内径和所述送丝锥形部的内径相同；所述固定本体包括固定圆筒部和固定锥形部，所述固定锥形部的上端外壁直径大于所述固定锥形部的下端外壁直径，所述固定锥形部的下端内径小于所述固定锥形部的上端内径，所述固定圆筒部的内径与所述固定锥形部的上端内径相同。3.根据权利要求1所述的同轴胶体粉末辅助熔丝增材制造装置，其特征在于：所述固定本体的下端固定有固定块的上端，所述固定块的下端固...

【专利技术属性】
技术研发人员：米高阳，张铭洋，王春明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：