一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法及系统

本发明涉及熔丝增材制造，具体而言，涉及一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法及系统。

背景技术：

1、增材制造技术可以分为金属增材制造与非金属增材制造两大类，针对金属增材制造，可以从原始材料类型与能量源进行分类。根据原始材料类型的不同可以分为铺粉增材制造、送粉增材制造与送丝增材制造，根据能量来源可以分为激光、电子束与电弧三种类型。电弧熔丝增材制造采用逐层堆焊的方式制造致密金属实体构件，因以电弧为载能束，热输入高，成型速度快，适用于大尺寸复杂构件低成本、高效快速近净成型。该技术以成型件尺寸无限制，成型速率较高，成本低等优势在增材制造领域受到了广泛重视。但电弧熔丝增材制造的零件大多基于目前已有的丝材，对于开发新型合金的增材制造大型构件有着较大的挑战。

2、金属材料具有优越的性能价格比，且资源丰富，对国民经济发展起着极大的推动作用，因而受到世界各国的普通重视，应用非常广泛。同时，新型金属材料及其制备技术的发展也为现有的高技术产业开发了市场，因此世界各国都把新型金属材料的研究列入首要发展的对象。新型合金具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料，新型合金的开发对高技术产业的关键材料有着重要的推动作用。新型金属材料的开发大多在传统合金材料的成分上添加微量元素或者强化相等来改变合金成分或者强化合金性能。对于粉末金属增材制造而言，可以通过混粉的方式可以将微量元素和强化相粉末加入到合金粉末体系中，以此达到开发新型合金的目的。但对于传统的电弧熔丝增材制造想要加入微量元素或者强化相是很难实现的。

3、目前的电弧熔丝增材制造新型合金技术都是基于已有的合金焊丝，进行原位合成或者通过调整不同丝材的送丝速度形成梯度合金等新型材料。对于一些特别的金属间化合物强化相是很难做成丝材，并且部分金属材料的用量较小，做成丝材的成本较高。在目前已有的电弧增材制造技术中，还不能实现通过在制造过程中添加微量元素或者强化相来改变合金的性能。因此，为了扩大电弧熔丝增材制造新型合金的应用，需要对电弧熔丝增材制造装置进行改进。

技术实现思路

1、针对现有电弧熔丝增材制造装置在增材过程中无法添加微量元素和强化相的问题，本发明提供了一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法及系统，将传统合金丝材和微量元素和强化相等粉末利用电弧增材制造的技术方法，一体化制备出新型合金构件。同时，该装置还可以实现在熔丝制造过程中改变材料的成分。

2、为了实现上述技术目的，本申请提供了一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，包括以下步骤：

3、根据电弧熔丝增材的结构特征，将电弧熔丝增材分割为第一部分和第二部分，并选择基板，其中，结构特征用于表示组成电弧熔丝增材的金属与金属粉末的分布结构；

4、在基板上的上表面，在第一惰性气体保护下沉积第一金属和第一金属粉末，形成第一部分；

5、在第一部分的一端，在第二惰性气体保护下沉积第二金属和/或第二金属粉末，形成第二部分。

6、在将电弧熔丝增材分割为第一部分和第二部分的过程中，具有两种分割情况，为第一种情况和第二情况；

7、优选地，在将电弧熔丝增材分割为第一部分和第二部分的过程中的第一种情况是：将电弧熔丝增材分割成具有相同结构特征的第一部分与第二部分；

8、根据第一金属，选择基板。

9、优选地，在沉积第一部分和第二部分的过程中，第一金属与第二金属为相同金属，第一惰性气体和第二惰性气体为相同惰性气体；第一金属粉末与第二金属粉末为相同金属粉末；

10、在基板的上表面沉积第一部分；

11、第一部分的上表面沉积第二部分，或，基于基板的上表面，在第一部分的一侧沉积第二部分。

12、优选地，在第一部分的一侧沉积第二部分的过程中，同时沉积第一部分和第二部分。

13、优选地，在将电弧熔丝增材分割为第一部分和第二部分的过程中的第二种情况是：将电弧熔丝增材分割成具有不同结构特征的第一部分与第二部分；

14、根据第一金属和第二金属，选择基板。

15、优选地，在沉积第一部分和第二部分的过程中，第一金属与第二金属为不相同金属，第一惰性气体和第二惰性气体为不相同惰性气体；第一金属粉末与第二金属粉末为不相同金属粉末；

16、在基板的上表面沉积第一部分；

17、在第一部分的上表面沉积第二部分，或，基于基板的上表面，在第一部分的一侧沉积第二部分。

18、优选地，在沉积第一部分和第二部分的过程中，将第一金属和第一金属粉末同时沉积在基板的上表面形成第一部分；

19、在形成第一部分后，将第二金属和第二金属粉末同时沉积形成第二部分。

20、优选地，第一种情况和第二种情况中，金属粉末包括金属微量元素和强化相金属粉末，其中，金属微量元素包括镍、钼、铌、铬，强化相金属粉末包括tic、wc、cr23c6、al2o3；

21、当第一金属粉末与第二金属粉末相同时，第一金属粉末和第二金属粉末为金属微量元素或强化相金属粉末；

22、当第一金属粉末与第二金属粉末不同时，在第一金属粉末为金属微量元素时，第二金属粉末为强化相金属粉末，或，在第一金属粉末为强化相金属粉末时，第二金属粉末为金属微量元素。

23、本发明还公开了一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造系统，包括：

24、路径构建模块，用于根据电弧熔丝增材的结构特征，将电弧熔丝增材分割为第一部分和第二部分，并根据第一部分的结构特征获取用于沉积第一部分的第一路径，以及根据第二部分的结构特征获取沉积第二部分的第二路径，其中，结构特征用于表示组成电弧熔丝增材的金属与金属粉末的分布结构；

25、基板选择模块，用于根据电弧熔丝增材的结构特征，选择基板；

26、第一部分沉积控制模块，用于根据第一路径，在基板上的上表面，通过第一惰性气体保护下沉积第一金属和第一金属粉末，形成第一部分；

27、第二部分沉积控制模块，用于根据第二路径，在第二惰性气体保护下沉积第二金属和/或第二金属粉末，形成第二部分。

28、优选地，系统还包括：

29、路径控制模块，用于基于第一路径和第二路径，根据第一部分和第二部分的位置关系，沉积第一部分和第二部分；

30、沉积控制模块，用于根据多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，控制第一部分沉积控制模块和第二部分沉积控制模块，制备电弧熔丝增材。

31、本发明公开了以下技术效果：

32、本发明极大提高了电弧增材制造的制造效率；同时提供了更多移动路径的选择。

33、本发明在熔丝的过程中加入微量元素和强化相来改变合金成分，有利于改善合金的成形性，有效降低残余应力，有利于开发新型合金。

34、本发明制备的电弧熔丝增材成形能力高，能够实现大型结构件的高效率、高性能、低成本可调控成分一体化快速制造。

技术特征：

1.一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种多材料送粉辅助电/弧熔丝增材制造方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，其特征在于：

4.根据权利要求2所述一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，其特征在于：

6.根据权利要求3所述一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法，其特征在于：

9.一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造系统，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种多材料送粉辅助电弧熔丝增材制造方法及系统，包括：根据电弧熔丝增材的结构特征，将电弧熔丝增材分割为第一部分和第二部分，并选择基板，其中，结构特征用于表示组成电弧熔丝增材的金属与金属粉末的分布结构；在基板上的上表面，在第一惰性气体保护下沉积第一金属和第一金属粉末，形成第一部分；在第一部分的一端，在第二惰性气体保护下沉积第二金属和/或第二金属粉末，形成第二部分；本发明设计的多丝材同步送进的方式极大提高了电弧增材制造的制造效率；同时提供了更多移动路径的选择；制备的电弧熔丝增材成形能力高，能够实现大型结构件的高效率、高性能、低成本可调控成分一体化快速制造。

技术研发人员：张志辉,姜鹏飞,于征磊,踨雪梅,李稳,陈志凯,聂明皓,滕尽泽,岳泰霖
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12