一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置和方法与流程

本发明属于增材制造，具体属于一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置和方法。

背景技术：

1、电弧增材制造技术具有生产效率高、成本低以及可实现大尺寸结构件制造。同时铝合金在航空航天领域的广泛应用，因此近几年对电弧增材制造铝合金研究取得一定进展。但是由于氢在铝合金固态与液态中溶解度的差异等原因，使得气孔成为铝合金构件的主要缺陷之一，严重制约了铝合金构件的质量，限制了铝合金进一步的应用。现有技术中并没有能够有效控制甚至消除气孔缺陷的方案，影响了铝合金构件的开发应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置和方法，通过振动电机辅助电弧熔丝增材制造铝合金成形，可通过振动电机产生的激荡力带动铝合金熔池波动，从而加速气泡逸出，可有效的改善铝合金构件内部气孔缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置，包括振动平台；

4、所述振动平台的x、y、z三个方向上分别安装有x向变频振动电机、y向变频振动电机、z向变频振动电机；

5、所述振动平台上方固定循环水冷却隔热系统，所述循环水冷却隔热系统的顶部固定有成形基板。

6、优选的，所述循环水冷却隔热系统的顶部固定有位移传感系统，位移传感系统用于单独测量x、y、z三个方向振动的振幅。

7、优选的，所述x向变频振动电机、y向变频振动电机、z向变频振动电机分别与振动平台之间采用螺栓连接，通过调节螺栓的松紧程度，控制振动平台的幅度。

8、优选的，所述循环水冷却隔热系统与振动平台采用焊接方式连接。

9、优选的，所述循环水冷却隔热系统包括内部含有流道的冷却铝合金板、增压式抽水泵、塑料软管和循环水槽；

10、所述增压式抽水泵通过塑料软管连接冷却铝合金板中流道的进水口，冷却铝合金板中流道的出水口连接循环水槽，循环水槽内部水通过塑料软管在冷却铝合金板内部流动，带走增材制造过程中的热量。

11、优选的，所述x向变频振动电机、y向变频振动电机、z向变频振动电机均采用三相微型振动电机，型号为mve41 n-mirco-m。

12、优选的，所述振动平台的振幅范围为80-100um。

13、一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制方法，包括以下过程，

14、开启x向变频振动电机、y向变频振动电机、z向变频振动电机，让振动平台处于工作状态，使成形基板处于工作状态，通过控制x、y、z三个方向振动电机的工作状态，控制振动平台的振动方向；

15、然后开启循环水冷却隔热系统开关，让循环水冷却隔热系统处于工作状态，带走增材制造过程中产生的热量；

16、机器人焊枪在成形基板上打印成形样件，每打印完一层，层间冷却过程中振动平台仍处于工作状态；

17、电弧熔丝增材制造成形铝合金样件制造完成后，振动平台继续工作一段时间后关闭振动电机，循环水冷却隔热系统继续处于工作状态，待制造样件完全冷却至室温后，关闭循环水冷却系统，获得气孔数量较少的铝合金构件。

18、优选的，从位移传感系统获取振动平台上x、y、z三个方向振动的幅值，根据振动电机调节振动平台的振动频率，从而改变成形基板的振动频率。

19、优选的，电弧熔丝增材制造成形铝合金样件制造完成后，振动电机继续工作1min，然后关闭振动电机及位移传感系统。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

21、本发明提供一种机械振动辅助电熔丝弧增材制造铝合金气孔控制装置，通过在增材制造成形基板下方及侧边加装振动电机，在增材制造过程中利用振动电机工作时产生的激荡力引起成形基板振动，从而引起熔融态铝合金熔池波动，加速铝合金液体内部气泡的逸出，从而有效控制成形件内部气孔缺陷，极大的提升了铝合金构件的质量。

22、进一步的，通过循环水冷却隔热系统可以避免增材过程中基板热量的过度积累，防止基板严重翘曲。

技术特征：

1.一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置，其特征在于，包括振动平台(4)；

2.根据权利要求1所述的一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置，其特征在于，所述循环水冷却隔热系统(5)的顶部固定有位移传感系统(6)，位移传感系统(6)用于单独测量x、y、z三个方向振动的振幅。

3.根据权利要求1所述的一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置，其特征在于，所述x向变频振动电机(1)、y向变频振动电机(2)、z向变频振动电机(3)分别与振动平台(4)之间采用螺栓连接，通过调节螺栓的松紧程度，控制振动平台(4)的幅度。

4.根据权利要求1所述的一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置，其特征在于，所述循环水冷却隔热系统(5)与振动平台(4)采用焊接方式连接。

5.根据权利要求1所述的一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置，其特征在于，所述循环水冷却隔热系统(5)包括内部含有流道的冷却铝合金板、增压式抽水泵、塑料软管和循环水槽；

6.根据权利要求1所述的一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置，其特征在于，所述x向变频振动电机(1)、y向变频振动电机(2)、z向变频振动电机(3)均采用三相微型振动电机，型号为mve41 n-mirco-m。

7.根据权利要求1所述的一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置，其特征在于，所述振动平台(4)的振幅范围为80-100um。

8.一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制方法，其特征在于，包括以下过程，

9.根据权利要求8所述的一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制的方法，其特征在于，从位移传感系统(6)获取振动平台(4)上x、y、z三个方向振动的幅值，根据振动电机调节振动平台(4)的振动频率，从而改变成形基板(7)的振动频率。

10.根据权利要求8所述的一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制的方法，其特征在于，电弧熔丝增材制造成形铝合金样件制造完成后，振动电机继续工作1min，然后关闭振动电机及位移传感系统(6)。

技术总结
本发明公开了一种振动辅助电弧熔丝增材制造铝合金气孔控制装置和方法，属于增材制造技术领域，包括振动平台；振动平台的X、Y、Z三个方向上分别安装有X向变频振动电机、Y向变频振动电机、Z向变频振动电机；振动平台上方固定循环水冷却隔热系统，所述循环水冷却隔热系统的顶部固定有成形基板。本发明通过振动电机辅助电弧熔丝增材制造铝合金成形，可通过振动电机产生的激荡力带动铝合金熔池波动，从而加速气泡逸出，可有效的改善铝合金构件内部气孔缺陷。

技术研发人员：卢秉恒,华文娟,张建勋,杨倩,孙苗
受保护的技术使用者：西安增材制造国家研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4