1.本发明属于金属增材制造领域，具体涉及一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置及新方法。
背景技术：
2.由于钛合金和铝合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，钛/铝复合结构被广泛应用于航空、汽车和军事装甲等领域。电弧增材制造技术以电弧为热源，在规划路径上熔化金属丝材，层层堆积成形，再通过少量机械加工得到满足使用要求的金属构件。电弧增材制造周期较短，自动化水平高，能够实现数字化、智能化和柔性化制造。它对于原材料的利用率高，可以快速制造出形状结构较为复杂的零件。仿照贝壳等生物的珍珠母层设计出的初级仿生双金属交织结构，突破了高强均匀材料抗冲击能力较低的问题，可以大幅度提高基体板材抗冲击性，得到强抗冲击、轻质、高强、超韧的多层软硬结合的复合材料。
技术实现要素：
3.鉴于此，本发明的目的在于提供一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置及新方法，在满足轻量化需求的同时，大幅度提高基体板材抗冲击性，得到强抗冲击、轻质、高强、超韧的多层软硬结合的复合材料。
4.根据本发明的第一方面，提供一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，包括电弧cmt焊枪、六轴机器人、电磁线圈、磁控电源、骨架支撑装置、工作平台、焊接电源、机器人控制柜、送丝机构、焊接保护气气瓶。通过调整骨架植入位置及角度，使得骨架按照预设要求交错分布，完成以交织骨架为支撑的铝基复合材料。同时，磁场的引入在cmt低热输入的基础上，改变了电弧的能量密度分布，有效避免铝钛脆性相的生成，仿照贝壳等生物的珍珠母层设计出的初级仿生双金属交织结构，为解决高强均匀材料抗冲击能力较低的问题提供了新的思路。
5.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，电磁线圈由空心圆柱状的电磁软铁和包裹在其表面的漆包线组成。
6.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，电磁线圈与cmt焊枪枪头过盈紧密装配，与cmt焊枪主体同轴。
7.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，磁控电源可以输出0
‑
3.0a的直流或交流电，励磁频率可以在0
‑
30hz内调节。
8.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，骨架逐层植入过程通过骨架支撑装置进行调节，骨架支撑装置由多个单层骨架支撑装置叠加组成。
9.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，骨架直径可以在0
‑
5mm之间选择。
10.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，单层
骨架支撑装置可以实现单层骨架平行分布，骨架之间的间距可以在0
‑
10mm之间选择。
11.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，单层骨架支撑装置高度为8mm，单层骨架在单层骨架支撑装置中高度可以在0
‑
8mm之间选择。
12.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，相邻层骨架支撑装置可实现0
‑
90
°
转动，保证多层骨架实现交织分布。
13.优选地，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置，其特征在于，相邻骨架支撑装置之间通过螺纹连接。
14.优选地，根据本发明的第二方面，所述的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在进行交织结构增材焊接前，检查电磁线圈是否可以正常启动，之后将所需增材的基板及骨架放置在合适位置，并设置合理参数；步骤二：根据每层骨架之间的间距以及增材结构件的尺寸，对六轴机器人进行行走程序编程；步骤三：打开磁控电源，使其正常工作；步骤四：开启cmt焊枪与机器人控制柜开关，进行单层增材，完成后熄弧，关闭磁控电源，待工件冷却一段时间后，进行下一层骨架分布调整；步骤五：重复上述操作步骤，根据需求，完成所需仿生交织结构电弧增材结构件的制作。
15.本发明提供的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置及新方法，利用cmt作为电弧增材热源，利用磁场使电弧能量分散，进一步降低热输入，避免钛合金与铝合金之间生成脆性化合物相，以得到理想交织结构电弧增材结构件。本发明通过在增材组织中植入交织结构骨架，实现“软
‑
硬”相结合的复合结构，大幅度提高基体抗冲击性，得到强抗冲击、轻质、高强、超韧的多层软硬结合的复合材料。
16.本发明提供的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置及新方法，所制造的仿生交织结构，即“基体+骨架”组合可以是“铝合金+钛合金”、“铝合金+不锈钢”、“不锈钢+钛合金”、“镁合金+不锈钢”、“镁合金+钛合金”等组合。
17.本发明提供的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置及新方法，单根骨架直径，相邻骨架之间的间距，相邻骨架层的间距及角度均可调节。
附图说明
18.通过以下参照附图对本发明实例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚地被说明，在附图中：图1为本发明一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置的示意图；图2为本发明一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置cmt焊枪与骨架配合示意图；图3为本发明一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置骨架支撑装置示意图；图4为本发明2层骨架交织增材结构实物图；图5为本发明5层骨架交织增材结构示意图；
图6为本发明交织增材结构单根骨架与铝基连接金相图，连接良好，无明显缺陷。
具体实施方式
19.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例，在各个附图当中，相同的原件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中有些部分没有按照比例绘制；此外，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
20.参见图1，本发明提供的一种仿生交织结构金属磁控电弧增材制造装置包括cmt焊枪1、六轴机器人2、电磁线圈3、磁控电源4、骨架支撑装置5、工作平台6、焊接电源7、机器人控制柜8、送丝机构9、焊接保护气气瓶10。其中在实际使用时，六轴机器人2控制cmt焊枪1移动速度为0
‑
15mm/s，电磁线圈3通过螺纹连接安装在cmt焊枪1上，且同轴，cmt焊枪1的焊接电流为80
‑
130a，电磁线圈3与磁控电源4的励磁电流为0
‑
3.0a，励磁频率为0
‑
30hz，送丝机构9控制送丝速度为0
‑
10mm/s。
21.参见图3，骨架支撑装置5由单层骨架支撑装置叠加组合而成，且相邻层骨架支撑装置可以进行0
‑
90
°
偏转，并通过螺纹连接固定。
22.参见图2，cmt焊枪1与基板13之间的夹角为45
‑
90
°
，间距为15
‑
30mm，骨架支撑装置5植入的单层相邻骨架12间距范围为0
‑
10mm，单层相邻骨架12在单层骨架支撑装置中高度范围为0
‑
8mm，焊丝与骨架12之间的间距范围为0
‑
2mm。
23.参见图3，骨架支撑装置5由单层骨架支撑装置叠加组合而成，且相邻层骨架支撑装置可以进行0
‑
90
°
偏转，可通过螺纹连接固定。
24.参见图4和图5，为了验证本发明所述交织结构磁控电弧增材制造装置及方法效果，包括以下步骤：在进行交织结构增材焊接前，检查电磁线圈是否可以正常启动。焊丝11采用直径为1.2mm的铝合金焊丝，骨架12采用钛合金棒材，基板13采用与焊丝11相同牌号的铝合金板材，cmt焊枪1与基板13间距为10
‑
20mm，提前预植单层骨架12，骨架12之间的间距为0
‑
10mm，骨架12与基板13间距为0
‑
2mm，焊丝11与骨架12之间间距0
‑
2mm；焊接保护气为纯ar，气流量为15l/min；焊接电流为80
‑
130a，送丝速度为0.1
‑
5mm/s，焊接速度为0
‑
15mm/s；磁控电源4设置励磁电流为0
‑
3.0a，励磁频率为0
‑
30hz根据单层相邻骨架12之间的间距以及增材结构件的尺寸，对六轴机器人2进行行走程序编程。
25.打开磁控电源4，使其正常工作。
26.开启cmt焊枪1与机器人控制柜8开关，进行单层增材，完成后熄弧。关闭磁控电源4，待工件冷却一段时间后，进行第二层钛棒植入，与前一层钛棒角度为90
°
。
27.重复上述步骤，完成仿生交织结构金属磁控电弧增材结构件的制作。
28.当铝合金焊丝与钛棒间距较远，且/或热输入过高时，将造成钛棒过度熔化，钛合金与铝合金会产生过量脆性金属间化合物，导致结构件强度明显降低。当铝合金焊丝与钛棒间距较远，且/或热输入过低时，将造成润湿不足，产生未熔合缺陷，影响最终成形。
29.磁场的引入改变电弧能量密度分布，增加工艺参数区间，有助于成型控制，避免钛
合金与铝合金直接冶金反应产生过量脆性金属间化合物，消除未熔合等缺陷，保证增材结构件的结构强度。
30.参见图6，可以观察到交织增材结构单根骨架与铝基连接良好，无明显缺陷。
31.本发明适用于以电弧为热源的电弧增材制造，通过植入结构骨架，基于数控技术在规划路径上熔化金属丝材，层层堆积成形，完成交织增材结构件的制作。适用于铝合金、镁合金等低熔点、低强度金属的增材制造中，可提高冲击韧性及各向异性强度，实现“软
‑
硬”相结合的复合结构。
32.最后应说明的是：显然，上述实例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定；对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。