基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置及方法与流程

文档序号:11909568阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置,其特征在于,包括:

金属基体;以及

金属丝,所述金属基体与金属丝施加有高电压,所述高电压击穿金属基体与金属丝之间的空气产生等离子体电弧放电,使得金属基体形成熔池,金属丝熔化后覆盖在在金属基体上形成金属增材点。

2.根据权利要求1所述基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置,其特征在于:所述高电压以当前产生的金属增材点与制造下一个增材点的时间间隔周期性的施加于金属基体与金属丝之间。

3.根据权利要求2所述基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置,其特征在于:还包括出丝机构,所述出丝机构包括拉丝轮、压丝轮、控制电机和弹簧;所述拉丝轮和压丝轮夹住金属丝,所述弹簧与压丝轮连接,压丝轮在弹簧推力作用下接近压丝轮,以夹住拉丝轮和压丝轮之间的金属丝;控制电机驱动拉丝轮转动,从而将金属丝送出。

4.根据权利要求3所述基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置,其特征在于:还包括送气机构,送气机构包括气源、喷气阀、第一控制器和输气管,第一控制器控制喷气阀的开度,将气源中的保护气体沿输气管送到出丝机构中金属丝的熔化端。

5.根据权利要求4所述基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置,其特征在于:还包括送丝机构,所述送丝机构包括放丝平台、送丝管道、送丝电机和第二控制器,第二控制器控制送丝电机驱动送丝平台转动,送丝平台带动放于送丝平台上的金属丝沿送丝管道送至出丝机构。

6.根据权利要求5所述基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置,其特征在于:还包括大功率开关电源和高电压发生电路;

所述高电压发生电路包括储能电感和高压电容,储能电感与金属丝连接,大功率开关电源经金属丝给储能电感充电,在金属丝熔断瞬间,对高压电容谐振充电产生高电压,在金属丝和金属基体之间产生等离子体电弧,接通电路,进而熔化出丝机构出丝口处的金属丝;或者,

所述高电压发生电路采用升压变压器产生高电压,包括充电二极管、充电电感、储能电容、放电开关及其控制电路、升压变压器,升压变压器次级串联在大功率开关电源和金属丝之间,大功率开关电源通过充电二极管和充电电感对储能电容充电,适时控制放电开关导通,储能电容通过放电开关对升压变压器初级放电,在升压变压器次级产生适当的高电压,去击穿金属丝与金属基体之间的空气产生等离子体电弧放电。

7.根据权利要求1~6任一项所述基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置,其特征在于,还包括:

3D平台控制系统,用于输入操作信息,并根据操作信息输出控制信息;

温度传感器测量控制系统,用于金属基体和熔池温度的测量保持。

8.根据权利要求7所述基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造装置,其特征在于,所述3D平台控制系统包括:

人机交互系统,包括计算机、显示器、键盘、鼠标、接口电路,用于人机对话、模型输入的功能,自动完成基于三维机械设计软件的模型输入、模型切片、材料打印预设区域控制;

XY水平面2D随动系统,包括X轴移动及控制机构和Y轴移动及控制机构等,控制出丝机构按模型切片输入在XY水平面区域移动;以及

Z轴垂直随动系统,包括Z轴移动及控制机构、制造平台,控制金属基体和制造平台在Z轴垂直方向按模型切片输入厚度区域移动。所述金属基体放置于制造平台的上表面。

9.一种基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造方法,其特征在于,包括:

将金属基体与金属丝之间施加高电压,高电压击穿金属基体与金属丝之间的空气产生等离子体电弧放电,使得金属基体形成熔池,金属丝熔化,在重力和电磁力作用下,金属丝熔化后掉入熔池而融于金属基体,使得金属基体增长。

10.根据权利要求9所述基于等离子体电弧熔覆的3D金属增材制造方法,其特征在于:

所述金属丝熔断后,电流通路断后而自动产生所需适当高电压,形成可控连续增材的制造。

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