[发明专利]用于金属增材制造的自动补丝装置及其方法

说明书

本发明提出一种用于金属增材制造的自动补丝装置及其方法，该发明包括可用于进行金属增材制造的工作舱，工作舱内的底部安置有料架，料架上设置有多个储丝单元，料架的侧部设置有换丝单元，换丝单元与料架之间设置有可运送储丝单元的搬运单元，工作舱内部还设置有可为加工头提供金属丝的送丝单元；补丝时，搬运单元将用尽金属丝的储丝单元从换丝单元运送至料架上，并从料架上将可替换的储丝单元运送至换丝单元上，在送丝单元的作用下为加工头提供金属丝。本发明将多个储丝单元置于工作舱中，通过自动上丝，可以连续更换用尽的丝卷，无需破坏保护气氛，提高了补丝效率，缩短了换丝时间。

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，尤其涉及一种金属增材制造中自动补丝过程。

背景技术

金属直接沉积增材制造技术是指在惰性气氛或真空环境中，利用热源(如激光、电子束、电弧等)熔化送进的金属材料，按照预先规划的路径层层堆积以制备金属零件的技术。在金属直接沉积增材制造技术中，激光或电弧增材设备为了维持惰性气体环境，需要密闭的惰性气体保护舱，电子束增材设备则需要真空室。

目前，在金属直接沉积增材制造技术中，送进的原材料形式主要有粉末与丝材。当使用丝材作为原材料时，丝材通常需要缠绕在卷轴上，在进行零件加工前，储丝卷轴会预先放入工作舱中装配好。丝卷重量一般较小，专用的卷轴可以大些，如美国Sicaky公司电子束熔丝成形丝卷储丝重量可以达到几十公斤。但是，加工大型零件时，所需要的原材料往往很多，需要不断补充丝材。

现有技术中，熔丝增材制造设备大多采用打开密闭舱门补充丝材的办法。而该方法中，真空电子束熔丝设备开舱门补料的时间约为6小时以上，其中包含了零件冷却、放气、补丝、抽真空的时间；电弧或激光熔丝成形需要释放密闭舱中的惰性气体、补丝、重新洗气以达到工作环境和压力，时间约为20个小时。在进行大型零件的加工时，零件重量达到数个至数十个丝盘重量，采用开舱门补充材料将导致效率低下；同时由于换丝时气氛舱室调整的时间较长，在制造零件时温度将降低，容易出现前后换丝衔接处的零件质量问题，由此将增加后续零件的处理难度，大大增加工作时间及成本。另外也有将储丝装置放在工作舱外部以方便补充丝材的办法，这种方法需要将丝材穿过工作舱壁，不利于维持工作舱环境的纯净。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于金属增材制造的自动补丝装置及其方法，本发明将多个储丝单元置于工作舱中，通过自动上丝，可以连续更换用尽的丝卷，无需破坏保护气氛，提高了补丝效率，缩短了换丝时间。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于金属增材制造的自动补丝装置，包括可用于进行金属增材制造的工作舱，工作舱内的底部安置有料架，料架上设置有多个存储有丝盘的储丝单元，料架的侧部设置有可更换储丝单元的换丝单元，换丝单元与料架之间设置有可运送储丝单元的搬运单元，工作舱内部还设置有可为加工头提供金属丝的送丝单元；补丝时，搬运单元将用尽金属丝的储丝单元从换丝单元运送至料架上，并从料架上将可替换的储丝单元运送至换丝单元上，在送丝单元的作用下为加工头提供金属丝。

作为本发明的进一步优化，储丝单元包括内设丝盘的机箱罩，丝盘的一侧设置有可夹持丝盘自由端金属丝的第一进丝导嘴，第一进丝导嘴固定设置于机箱罩内壁；第一进丝导嘴的金属丝伸出侧设置有可夹持金属丝的夹头组件，机箱罩外侧对应于夹头组件位置处设置有可导出夹头组件中伸出金属丝的第一出丝导嘴，第一出丝导嘴外连送丝单元的进丝端。

作为本发明的进一步优化，夹头组件包括电磁铁和与电磁铁间隔设置的弹性部，电磁铁具有电磁铁固定端和电磁铁活动端，电磁铁固定端固定于机箱罩内侧壁上，电磁铁活动端在不通电状态下伸出电磁铁固定端与弹性部接触以夹持金属丝；弹性部包括固定于机箱罩内侧壁上的固定端，固定端上安装有第一弹簧，第一弹簧的自由端安装有活动端，活动端的一侧设置有可调节第一弹簧伸缩长度的手柄；电磁铁通电状态下，电磁铁活动端与弹性部的活动端之间形成可通过金属丝的丝材间隙。