一种用于增材制造的自动送丝装置及其使用方法与流程

本发明属于金属焊接及增材制造领域，具体涉及一种用于增材制造的自动送丝装置及其使用方法。

背景技术：

随着增材制造技术的发展，熔丝增材制造是热门的研究领域之一；熔丝增材制造的原理是：采用制图软件设计零部件的三维模型，然后根据零件的结构利用“切片”软件进行分层、切片，然后生成相应的路径规划程序代码，再采用熔丝增材制造的方法按照规划的路径进行逐层堆积，最终形成三维实体零件毛坯。

熔丝增材制造的热源主要有电弧、电子束、激光等，由于增材制造熔丝过程中高温高达1700℃，钛合金、高温合金、高强钢等材料在增材制造过程中很容易高温氧化，需要在整体低氧或保护气氛下进行；

现有的增材制造熔丝系统中，送丝系统大多放置于气氛室内部或裸露放置于外部；送丝系统若放置于气氛室外部，空气会随着焊丝沿送丝管进入熔池，增材制造过程中，堆积层在高温下氧化严重；若放置于气氛室内部，则能够有效的进行气氛保护，但焊丝无法连续更换，需开启气氛室舱门进入气氛室内部更换，这样会造成气氛室气氛破坏，再次净化存在成本高、净化时间长等问题，不利于增材制造中连续打印；且现有的送丝系统中，送丝支架处大多采用弯管送丝，只能调节焊丝高度，不能调节焊丝与基板的送丝仰角，且送出的焊丝呈弯曲弧形状，不能有效进入熔池。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于增材制造的自动送丝装置及其使用方法；该装置在无需破坏气氛室的情况下，可连续多次对原材料进行更换，并由送丝机自动送丝。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于增材制造的自动送丝装置，包括过渡舱和气氛室，过渡舱固定在气氛室的外侧壁上，过渡舱和气氛室的连接处开设有气氛室密封口；过渡舱内部设置有送丝装置，过渡舱的外部设置有第一气氛净化装置，第一气氛净化装置通过气体管道连通至过渡舱的内部；气氛室的外部设置有第二气氛净化装置，第二气氛净化装置通过气体管道连通至气氛室的内部，气氛室内部设置有热源，热源上连接有送丝支架，送丝支架的下端连接有送丝管，沿送丝方向，送丝管的前端连接有送丝嘴；热源的下端为热源输出端，沿送丝方向，送丝嘴在热源输出端中心位置的下方；

送丝装置的输出端连接有送丝软管，送丝软管穿过气氛室密封口，另一端和送丝管的后端连接。

本发明的进一步改进在于：

优选的，送丝装置包括送丝盘和送丝机，沿送丝方向，送丝机在送丝盘的前方；送丝盘上缠绕有焊丝，送丝机的焊丝输出端和送丝软管连通；焊丝从送丝盘穿过送丝机内部，输入至送丝软管内。

优选的，过渡舱的外部设置有送丝机控制器，送丝机控制器和送丝机连通。

优选的，第一气氛净化装置为真空泵、装载有氩气或氦气的气体装置；第二气氛净化装置为装载有氩气或氦气的气体装置。

优选的，送丝嘴的轴线和水平方向的夹角为0°～60°。

优选的，过渡舱和气氛室的连接处设置有连通阀。

优选的，送丝支架的上端设置有套管套装在热源上部的侧面；送丝支架的下端通过轴孔配合连接送丝管。

一种上述用于增材制造的自动送丝装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，将气氛室通过第二气氛净化装置进行抽真空或洗气，至气氛室内的氧含量小于50ppm；将过渡舱通过第一气氛净化装置进行抽真空或洗气，至过渡舱内的氧含量小于50ppm；

步骤2，通过送丝装置向送丝软管内送丝，焊丝穿过送丝软管和送丝管，通过送丝嘴输出，输出的焊丝在热源输出端的正下方；

步骤3，送丝装置内的焊丝使用完，通过第一气氛净化装置调节过渡舱内的压力至大气压，打开过渡舱的舱门，在送丝装置内补入焊丝；通过第一气氛净化装置对过渡舱进行抽真空或洗气，至过渡舱内的氧含量小于50ppm；

步骤4，重复步骤2和步骤3，至增材制造结束。

进一步的，步骤1中，第一气氛净化装置抽真空时，抽至过渡舱内的压力为10^-2～10^-1mpa；第一气氛净化装置或第二气氛净化装置洗气时，充入的气体为氦气或氩气。

进一步的，步骤2中，送丝装置的送丝速度为0.5-5m/min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种用于增材制造的自动送丝装置，该装置将送丝装置和增材制造装置设置在两个独立的舱体内，其内部气氛相互独立且密封，两个舱体能够独立的进行抽真空或洗气，使得送丝装置在多次更换焊丝的时候，无需破坏增材制造处于舱体的气氛，进而影响增材制造出的产品的质量；该装置有效解决了在不破坏气氛保护的情况下，进行焊丝的更换及解决送丝不畅等问题，降低了经济成本；本发明更换焊丝和增材制造的灵活性强，操作性强，有效提高了旁轴送丝过程中的送丝效率及自动化程度；同时该装置在送丝的终端通过送丝管和送丝嘴进行送丝，为一种直管送丝的方式，对焊丝有校直功能，有效的将焊丝精准的送至熔池中心位置，有效避免了熔化过程中熔滴的飞溅及金属的损失；焊丝经热源熔化后，与基材结合，形成堆积层，堆积层成型稳定、无氧化。

进一步的，本发明中的送丝装置包括送丝盘和送丝机，送丝机能够控制送丝速度，送丝盘用于存储焊丝。

进一步的，本发明中的送丝机受控于送丝机控制器，便于送丝机的启停和送丝速度的设定。

进一步的，过渡舱采用抽真空或惰性气体置换，用于预防过渡舱中空气进入气氛室中。

进一步的，送丝嘴在热源输出端的正下方，使得从送丝嘴输出的焊丝在热源输出端的正下方，用于增材制造。

进一步的，过渡舱和气氛室的连接处设置有连通阀，使得送丝机送出的焊丝通过送丝软管经此连通阀进入气氛室内部。

进一步的，送丝支架的上端设置有套管套装在热源的上部，使得送丝支架能够沿着热源上下移动；送丝支架的下端通过轴孔配合连接有送丝管，使得送丝管的轴线和水平方向的夹角能够调节。

本发明还公开了一种用于增材制造的自动送丝装置的使用方法，该装置将送丝装置和增材制造设置在两个独立的舱体内，其内部气氛相互独立且密封，使得在无需破坏气氛室内气氛的情况下，通过重复步骤2和步骤3，连续多次对原材料进行更换，简化了增材制造中的焊丝更换流程，缩短了更换周期。

【附图说明】

图1为本发明的装置结构示意图；

其中：1-过渡舱；2-送丝盘；3-焊丝；4-送丝机；5-送丝软管；6-送丝支架；7-送丝管；8-送丝嘴；9-热源；10-气氛室；11-第一气氛净化装置；12-送丝机控制器；13-连通阀；14-气氛室密封口；15-基板；16-热源输出端；17-第二气氛净化装置。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明公开了一种用于增材制造的自动送丝装置及其使用方法；该装置包括过渡舱1、送丝盘2、焊丝3、送丝机4、送丝软管5、送丝支架6、送丝管7、送丝嘴8、热源9、气氛室10、第一气氛净化装置11、送丝机控制器12、连通阀13、气氛室密封口14、基板15、热源输出端16和第二气氛净化装置17。

过渡舱1固定于气氛室10的外侧，过渡舱1的顶部固定设置有第一气氛净化装置11和送丝机控制器12，过渡舱1的侧壁上设置有舱门，便于送丝盘2的更换，第一气氛净化装置11设置有气体管道连通至过渡舱1的内部，第一气氛净化装置11能够对过渡舱1抽真空或进行保护气体的输入，进而对过渡舱1的内的气体进行置换，保护气体为氩气或氦气，第一气氛净化装置11设置在过渡舱1的顶部，便于空气的抽取和气体的置换；过渡舱1内部底端固定有送丝盘2，送丝盘2上缠绕有焊丝3，过渡舱1内部底端在送丝盘2的前方(此处的前方为沿送丝方向)固定有送丝机4，送丝机4内的送丝轮之间夹装有焊丝3；送丝机控制器12和送丝机4连通，送丝机控制器12用于启停送丝机4，同时能够设定送丝机4的送丝速度，送丝速度为0.5～5m/min；送丝过程中，过渡舱1内的氧含量要求50ppm，当过渡舱1内为真空状态时，过渡舱1内的压力要求为10^-2～10^-1mpa；。

过渡舱1和气氛室10的接触壁上开设有气氛室密封口14和连通阀13，送丝软管5的一端穿过气氛室密封口14与送丝机4连通，另一端和过渡舱1内的送丝管7连接；连通阀13关闭时能够隔离过渡舱1和气氛室10，开启时能够使过渡舱1和气氛室10处于连通状态；过渡舱1的侧壁上设置有舱门，便于装置的查看和检修；气氛室10内设置有热源9和送丝支架6，热源9的下端固定设置有热源输出端16，用于输出能够融化焊丝3的热源，如激光、电弧或电子束等；送丝支架6的上端固定设置在热源9上部的侧面，送丝支架6的下端通过轴孔连接设置有送丝管7，送丝管7的后方和送丝软管5连接，送丝管7的前端连接有送丝嘴8，送丝嘴8位于热源输出端16的下后，使得从送丝嘴8输出的焊丝3能够在热源输出端16的正下方，送丝嘴8的轴线和水平方向的夹角为α，α的范围为0°～60°；送丝支架6的上端设置有套管套装在热源9的上部，使得送丝支架6能够沿着热源9上下移动，送丝管7通过轴孔连接设置在送丝支架6的下端，使得送丝管7和基板15形成的角度能够调整；气氛室10的外部设置有第二气氛净化装置17，第二气氛净化装置17设置有气体管道连通至气氛室10的内部，第二气氛净化装置17能够对气氛室10进行保护气体的输入，进而对气氛室10内的气体进行置换，保护气体为氩气或氦气，第二气氛净化装置17为能够大量提供氩气或氦气的气体净化装置；热源9输出热源，送丝支架6距离热源9的高度由热源9上部侧面的定位销控制，送丝管7和热源9相对固定，整体运动由机器人或机床控制。

送丝机4带动焊丝3从送丝盘13上脱离，经过送丝机4中送丝轮的传送进入送丝软管5内，经过送丝软管5进入送丝管7，从送丝嘴8中输出。

第一气氛净化装置11能够为真空泵或装载有氩气或氦气的气体装置，如氦气瓶、氩气瓶等；第二气氛净化装置17为气体净化装置，用于向气氛室10或整个装置提供氩气或氦气。

该装置有以下三种使用方法，无论是哪种使用方式，使用前，在气氛室10填充气氛前，送丝盘2与送丝机4固定在过渡舱1内部底面，送丝支架6固定在热源9侧面，将送丝软管5与送丝管7的后端连接，送丝管7的前端与送丝嘴8连接，并将送丝嘴8固定在热源输出端16下端，自动送出的焊丝3位于热源中心位置。

使用方法1：

步骤1，通过第二气氛净化装置17向气氛室10内通入氩气，使得气氛室10内部氧含量小于50ppm，关闭过渡舱1的舱门，同时紧闭连通阀13；过渡舱1通过第一气氛净化装置11进行抽真空，将压力抽至10^-2～10^-1mpa；

步骤2，在送丝机控制器12中设定送丝速度v＝2m/min，该送丝机控制器12将焊丝3按设定速度精确地、连续不断的从送丝盘2中抽取，进入送丝机4，穿过送丝软管5和送丝管7，最终通过送丝嘴8送入至热源输出端16正下方位置；

步骤3，送丝盘2中焊丝3用完更换新的焊丝3时，紧闭连通阀13，使得气氛室10内气氛无需破坏，通过第一气氛净化装置11将过渡舱1中压力调至常压，打开过渡舱1的舱门，更换新的焊丝3并将焊丝3引入送丝机4，然后关闭过渡舱1的舱门，通过第一气氛净化装置11将过渡舱1内压力抽至10^-2～10^-1mpa；

步骤4，重复步骤2，直至送丝舱中焊丝3用尽，下次更换焊丝3时重复步骤3即可；至增材制造打印件结束。

使用方法2：

步骤1，关闭过渡舱1的舱门，同时紧闭连通阀13；过渡舱1通过第一气氛净化装置11进行洗气，将过渡舱1内的氧含量净化至小于50ppm，洗气气体为氩气或氦气；

步骤2，在送丝机控制器12中设定送丝速度为v＝0.5m/min，该送丝机控制器12将焊丝3按设定速度精确地、连续不断的从送丝盘2中抽取，进入送丝机4，穿过送丝软管5和送丝管7，最终通过送丝嘴8送入至热源输出端16正下方位置；

步骤3，送丝盘2中焊丝3用完更换新的焊丝3时，紧闭连通阀13，使得气氛室10内气氛无需破坏，将过渡舱1中压力调至常压，打开过渡舱1的舱门，更换新的焊丝3并将焊丝3引入送丝机4，然后关闭过渡舱1的舱门，过渡舱1通过第一气氛净化装置11进行洗气，过渡舱1中氧含量降至50ppm，洗气气体为氩气或氦气；

步骤4，重复步骤2，直至送丝舱中焊丝3用尽，下次更换焊丝3时重复步骤3即可；至增材制造打印件结束。

使用方法3：

步骤1，关闭过渡舱1的舱门，密封气氛10，打开连通阀13；通过第二气氛净化装置17同时对气氛室10对过渡舱1进行洗气，使得过渡舱1和气氛室10中氧含量降至小于50ppm，洗气气体为氩气或氦气；

步骤2，在送丝机控制器12中设定送丝速度为5m/min，该送丝机控制器12将焊丝3按设定速度精确地、连续不断的从送丝盘2中抽取，进入送丝机4，穿过送丝软管5和送丝管7，最终通过送丝嘴8送入至热源输出端16正下方位置；

步骤3，送丝盘2中焊丝3用完更换新的焊丝3时，紧闭连通阀13，使得气氛室10内气氛无需破坏，将过渡舱1中压力调至常压，打开过渡舱1的舱门，更换新的焊丝3并将焊丝3引入送丝机4，然后关闭过渡舱1的舱门，此时，气氛室10中的气体压力高于过渡舱1中的大气压，过渡舱1采用气氛室10管路连通的气氛室10气体洗气，直至过渡舱1中氧含量降至50ppm为止；

步骤4，重复步骤2，直至送丝舱中焊丝3用尽，下次更换焊丝3时重复步骤3即可；至增材制造打印件结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。