复合材料制造装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种复合材料制造装置及其控制方法，涉及打印设备技术领域。复合材料制造装置包括超声振动模块、熔腔模块和偏心振动送料模块；偏心振动送料模块从外至内插入熔腔模块，用于将复合材料颗粒送入熔腔模块；超声振动模块为中空结构、安装在熔腔模块上，激光可穿过超声振动模块的中空部分，对熔腔模块内的金属材料进行加热，使金属材料熔化成金属液；超声振动模块用于对熔腔模块内的金属液进行超声搅拌，以使复合材料颗粒在金属液中均匀分布，熔腔模块的底部开设有出料孔，以排出金属液进行打印。本装置采用增材过程非接触式热源模型，有效提升沉积材料整体强度和韧性。有效提升沉积材料整体强度和韧性。有效提升沉积材料整体强度和韧性。

【技术实现步骤摘要】
复合材料制造装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及打印设备
，具体而言，涉及一种复合材料制造装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]面向结构功能一体化、拓扑轻量化、去连接区应力集中化的高效现代制造体系，金属基材料增材制造方法应运而生，并在汽车制造、航空飞行器制造、船舶制造等领域得到长足发展。
[0003]然而，目前的冷金属打印或金属基复合材料打印装置，绝大多数选用螺旋搅拌挤出成型的方式实现不同颗粒间的混合，而材料内部的高孔隙率、非平衡凝固元素偏析及晶粒粗大等问题凸显，导致混合颗粒之间的混合均匀度不佳且颗粒间的团结问题不能得到有效解决。如此，如何攻克非平衡凝固下组织差异及缺陷孪生导致的沉积层性能不达标，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题：非平衡凝固下组织差异及缺陷孪生导致的沉积层性能不达标问题。
[0005]为解决上述技术问题，第一方面，本专利技术提供一种复合材料制造装置，复合材料制造装置包括超声振动模块、熔腔模块、和偏心振动送料模块；偏心振动送料模块从外至内插入熔腔模块，用于将复合材料颗粒送入熔腔模块；超声振动模块为中空结构、安装在熔腔模块上，激光可穿过超声振动模块的中空部分，对熔腔模块内的金属材料进行加热，使金属材料熔化成金属液；超声振动模块用于对熔腔模块内的金属液进行超声搅拌，以使复合材料颗粒在金属液中均匀分布，熔腔模块的底部开设有出料孔，以排出金属液进行打印。
[0006]本专利技术实施例提供的复合材料制造装置包括以下有益效果：
[0007]1.金属材料通过激光加热形成金属液存于熔腔模块内，通过超声振动模块发出超声波作用于金属液，使复合材料颗粒均匀分布在金属液中，消除复合材料颗粒团簇现象，随后通过出料孔排出金属液进行3D打印，再结合运动控制系统完成异形构件直接成形；
[0008]2.采用增材过程非接触式热源模型，突破传统以激光或电弧为直接热源的金属增材方法原理性限制，即沉积过程有匙孔导致的过程稳定性差、丝材表面氧化膜导致沉积层高孔隙率、接触式热源直接作用产生高温度梯度导致沉积层组织均匀性差及元素偏析问题；非接触式热源模型条件下，通过超声空化效应，促使复合材料颗粒在金属液中均布且消除氢源抑制气孔产生，打印过程中，无直接热源作用，熔滴温度梯度小且与前一沉积层呈表面微熔连接，有效促进沉积组织均匀性、氢源的消除抑制气孔增殖、复合材料颗粒的均匀分布诱导纳米尺度第二相均布，提升沉积材料整体强度和韧性。
[0009]在可选的实施方式中，复合材料制造装置还包括保护镜模块，保护镜模块包括镜架和保护镜，镜架为中空柱状结构、安装在超声振动模块上，保护镜安装在镜架端面的沉头
孔内，激光可穿过保护镜模块和超声振动模块的中空部分，对金属材料进行加热。
[0010]这样，保护镜不仅能够起到密封作用，防止空气进入熔腔模块内导致金属液发生氧化反应，而且能够防止熔腔模块内的金属液在沉积过程中出现倒流现象。
[0011]在可选的实施方式中，超声振动模块包括振动杆连接件、超声波振动杆和变幅杆，振动杆连接件安装在熔腔模块上，超声波振动杆安装在振动杆连接件上，变幅杆的一端连接在超声波振动杆上，变幅杆的另一端插入熔腔模块内，超声波振动杆和变幅杆均为中空柱状结构。
[0012]这样，超声振动模块为中空结构形式，保证激光可顺利进入熔腔模块内、并熔化金属材料及加热熔池，采用超声波振动主要是为了保证复合材料颗粒均匀混合在金属液中，并且消除复合材料颗粒团簇现象，保证打印材料均匀度。
[0013]在可选的实施方式中，熔腔模块包括混合熔腔和熔腔外罩，混合熔腔设置在熔腔外罩的内部，混合熔腔的内壁为圆曲锥面。
[0014]这样，便于金属液汇聚到混合熔腔的底部中心位置。
[0015]在可选的实施方式中，金属材料为金属丝，复合材料制造装置还包括多根金属送丝管，多根金属送丝管沿混合熔腔的外周面间隔均匀设置，从多根金属送丝管送出的金属材料汇聚到出料孔的上方、且位于激光的焦点位置。
[0016]这样，不仅便于激光精准作用于金属材料，而且金属材料汇聚于出料孔的上方，便于后续复合材料颗粒与金属材料混合均匀后从出料孔出料。
[0017]在可选的实施方式中，复合材料制造装置还包括惰性气体管，惰性气体管从外至内插入熔腔模块，惰性气体管沿混合熔腔的外周面间隔均匀设置，混合熔腔的侧壁上开设有安装惰性气体管的第一安装孔和安装金属送丝管的第二安装孔，第一安装孔与第二安装孔位于同一高度。
[0018]这样，能够保证送气的均匀度，保证后续氩气增压挤出成型时，能够使液体金属成连续液桥状滴落在基板上进行打印。
[0019]在可选的实施方式中，偏心振动送料模块包括依次连接的储粉腔、偏心振动电机和复合材料颗粒搅拌送粉杆，储粉腔用于存储复合材料颗粒，储粉腔的出口设置有电磁闸门，复合材料颗粒搅拌送粉杆连接在偏心振动电机的输出轴上、且与储粉腔连通，复合材料颗粒搅拌送粉杆插入混合熔腔内。
[0020]这样，通过在适当的时机通过偏心振动电机将复合材料颗粒搅拌均匀后输送至混合熔腔内与金属液进行混合，能够提高混合均匀度，提高混合效率。
[0021]在可选的实施方式中，复合材料制造装置还包括保护气管，保护气管安装在熔腔模块的外部，保护气管的出口位于出料孔的外侧，保护气管用于向从出料孔流出的金属液喷出保护气。
[0022]这样，保护气管喷出的保护气对金属液起到防氧化的保护作用。
[0023]在可选的实施方式中，复合材料制造装置还包括螺旋加热管，螺旋加热管缠绕在熔腔模块的底部，螺旋加热管和激光形成复合热源对金属材料持续加热，使金属材料在熔池中呈持续熔化状态。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种复合材料制造装置的控制方法，控制方法应用于前述实施方式的复合材料制造装置，控制方法包括：
[0025]控制激光穿过超声振动模块，对熔腔模块内的金属材料进行加热，使金属材料熔化成金属液；
[0026]控制偏心振动送料模块将复合材料颗粒送入金属液中；
[0027]控制超声振动模块对熔腔模块内的金属液进行超声搅拌，使金属液与复合材料颗粒混合均匀。
[0028]在可选的实施方式中，控制偏心振动送料模块将复合材料颗粒送入金属液中的步骤之前，包括：
[0029]当熔腔模块内的金属液的液面高度超过超声振动模块的振动高度达到预设高度范围时，执行控制偏心振动送料模块将复合材料颗粒送入金属液中的步骤。
[0030]在可选的实施方式中，控制激光穿过超声振动模块，对熔腔模块内的金属材料进行加热，使金属材料熔化成金属液的步骤之前，包括：
[0031]控制螺旋加热管对熔腔模块进行预热；
[0032]在熔腔模块内的温度超过金属材料的熔点时，控制激光穿过超声振动模块进入熔腔模块内，同时，将金属材料加入熔腔模块内。
[0033]在可选的实施方式中，控制超声振动模块对熔腔模块内的金属液进行超声搅拌，使金属液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料制造装置，其特征在于，所述复合材料制造装置包括超声振动模块(2)、熔腔模块(3)和偏心振动送料模块(5)；所述偏心振动送料模块(5)从外至内插入所述熔腔模块(3)，用于将复合材料颗粒送入所述熔腔模块(3)；所述超声振动模块(2)为中空结构、安装在所述熔腔模块(3)上，激光可穿过所述超声振动模块(2)的中空部分，对所述熔腔模块(3)内的金属材料进行加热，使所述金属材料熔化成金属液；所述超声振动模块(2)用于对所述熔腔模块(3)内的所述金属液进行超声搅拌，以使所述复合材料颗粒在所述金属液中均匀分布，所述熔腔模块(3)的底部开设有出料孔(311)，以排出混合后的所述金属液进行打印。2.根据权利要求1所述的复合材料制造装置，其特征在于，所述复合材料制造装置还包括保护镜模块(1)，所述保护镜模块(1)包括镜架(11)和保护镜(12)，所述镜架(11)为中空柱状结构、安装在所述超声振动模块(2)上，所述保护镜(12)安装在所述镜架(11)端面的沉头孔内，所述激光可穿过所述保护镜模块(1)和所述超声振动模块(2)的中空部分，对所述金属材料进行加热。3.根据权利要求1所述的复合材料制造装置，其特征在于，所述超声振动模块(2)包括振动杆连接件(21)、超声波振动杆(22)和变幅杆(23)，所述振动杆连接件(21)安装在所述熔腔模块(3)上，所述超声波振动杆(22)安装在所述振动杆连接件(21)上，所述变幅杆(23)的一端连接在所述超声波振动杆(22)上，所述变幅杆(23)的另一端插入所述熔腔模块(3)内，所述超声波振动杆(22)和所述变幅杆(23)均为中空柱状结构。4.根据权利要求1所述的复合材料制造装置，其特征在于，所述熔腔模块(3)包括混合熔腔(31)和熔腔外罩(32)，所述混合熔腔(31)设置在所述熔腔外罩(32)的内部，所述混合熔腔(31)的内壁为圆曲锥面。5.根据权利要求4所述的复合材料制造装置，其特征在于，所述复合材料制造装置还包括多根金属送丝管(7)，多根所述金属送丝管(7)沿所述混合熔腔(31)的外周面间隔均匀设置，从多根所述金属送丝管(7)送出的所述金属材料汇聚到所述出料孔(311)的上方、且位于所述激光的焦点位置。6.根据权利要求5所述的复合材料制造装置，其特征在于，所述复合材料制造装置还包括惰性气体管(6)，所述惰性气体管(6)从外至内插入所述熔腔模块(3)，所述惰性气体管(6)沿所述混合熔腔(31)的外周面间隔均匀设置，所述混合熔腔(31)的侧壁上开设有安装所述惰性气体管(6)的第一安装孔(33)和安装所述金属送丝管(7)的第二安装孔(34)，所述第一安装孔(33)与所述第二安装孔(34)位于同一高度。7.根据权利要求1所述的复合材料制造装置，其特征在于，所述偏心振动送料模块(5)包括依次连接的储粉腔(51)、偏心振动电机(53)和颗粒搅拌送粉杆(54)，所述储粉腔(51)用于存储所述复合材料颗粒，所述储粉腔(51)的出口设置有电磁闸门(52)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：广东利元亨技术有限公司，
类型：发明
国别省市：