[发明专利]一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法

说明书

技术领域

本发明涉及微束等离子弧增材制造设备，尤其涉及一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法。

背景技术

增材制造技术又被称为3D打印技术，以加工材料的不同可以将其分为非金属增材制造技术和金属增材制造技术两大类。

在非金属增材制造领域，虽然无论是在产业链的完整性和技术的成熟程度上都走在了该领域的前列，但是由于材料应用范围的限制，使得非金属增材制造技术的发展受到了很大限制。与此同时金属增材制造技术不断发展壮大，其优势是可成型高精度的金属结构件且其性能也逐渐可以满足需求，其中以激光为热源的激光选区熔化技术以及以电子束为热源的电子束增材制造技术的研究和应用较为成熟。其问题是需配置价格昂贵的激光器、电子束发生器以及相应的光路系统等，且多采用金属粉末为加工材料，存在着供粉量无法精确控制、材料浪费以及环境污染等问题。

基于金属增材制造的上述问题，人们在等离子焊接领域受到启发，采用微束等离子弧为热源的增材制造技术逐渐受到人们的关注，相关的研究和应用也在不断推进。但目前为止，市场上还没有出现较为系统和完整的微束等离子增材制造设备。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、运行可靠的铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法。在加工过程中，通过与移动的成型基台相互协同作业，简化了等离子焊枪驱动系统结构的复杂程度，避免焊枪长距离、大跨度运动造成的成型零件精度低的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，包括等离子枪9、导轨机构、等离子枪驱动机构、中央控制系统1、成型基台11；所述等离子枪驱动机构搭载等离子枪9在导轨机构上运动；所述成型基台11安装在一平移机构上，平移机构搭载成型基台11在Y轴方向水平往复运动；

所述等离子枪驱动机构包括Z轴方向运动控制器6、Z轴运动导轨7、X轴方向运动控制器13、X轴运动导轨14；

所述Z轴运动导轨7为双导轨，分别直立在成型基台11的两侧，Z轴方向运动控制器6安装在Z轴运动导轨7上；所述Z轴方向运动控制器6和Z轴运动导轨7组成了等离子枪9的Z轴方向驱动；

所述X轴方向运动控制器13安装在X轴运动导轨14上，X轴运动导轨14的两端分别安装在两个Z轴方向运动控制器6上；所述X轴方向运动控制器13和X轴运动导轨14组成了等离子枪9的X轴方向驱动。

所述平移机构包括Y轴运动导轨15及Y轴方向运动控制器16；所述成型基台11安装在Y轴运动导轨15上；由Y轴方向运动控制器16驱动成型基台11在Y轴方向水平往复运动。

所述Y轴运动导轨15为矩形平板，其两侧开设有截面呈凹字型轨道槽151；所述成型基台11为一矩形平台，其置于矩形平板上，并且其下表面与矩形平板的上表面滑动贴合；所述矩形平台的两侧呈L字形轨道111；L字形轨道111嵌入在凹字型轨道槽151内；

当Y轴方向运动控制器16驱动成型基台11时，L字形轨道111可在凹字型轨道槽151内运动，进而将成型基台11限制在沿Y轴方向水平往复运动。

所述X轴运动导轨14上安装有风琴式防护罩12，用于防止X轴运动导轨14内部积聚灰尘。

所述等离子枪9包括加工集成单元8和弧外填丝器10；所述加工集成单元8连接X轴方向运动控制器13。

所述铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备还包括：高压保护气瓶2、微束等离子枪水冷机3、铝合金丝材供丝器4、送丝机5；

所述高压保护气瓶2按照恒定压力输出保护气体，保护气被传输至加工集成单元8内并从等离子枪9流出，起到保护和压缩等离子弧的作用；所述微束等离子枪水冷机3，将冷水通过回路运送至等离子枪9内部，用于冷却等离子枪9；所述铝合金丝材供丝器4，用于将铝合金丝材按照特定速率输送至弧外填丝器10内。其中加工集成单元8由中央控制系统1控制并按照加工要求在等离子枪9内产生微束等离子弧，铝合金丝材通过弧外填丝器10送进微束等离子弧内并被熔化于成型平面上；弧外填丝器10安装于9等离子枪上端，可拆卸，其位置和倾斜角度均可常规调整。

所述送丝机5是铝合金丝材的存储单元，铝合金丝材供丝器4按设定速率将送丝机5内的铝合金丝材输送至弧外填丝器10内。

本发明铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备的运行方法，包括如下运行步骤；

等离子枪运动步骤：