[发明专利]一种基于电渣重熔的增材制造装置

说明书

技术领域

本发明属于金属材料增材制造技术领域，更具体地说，涉及一种基于电渣重熔的增材制造装置，适用于热作模具、冷作模具和其他金属成形件的制造。

背景技术

增材制造(3D打印)技术作为一种快速成形技术正在迅速改变人们的生产方式和生活方式，欧美等发达国家和新兴经济国家纷纷将其作为战略性新兴产业。

金属增材制造技术被普遍看作是增材制造技术领域最具难度的前沿发展方向，按热源类型可分为激光、电子束和电弧3类。过去主要研究以激光、电子束为热源的粉基金属增材制造技术，如：激光近净成形技术LENS、选择性激光融化SLM、激光融化沉积LMD等^[1-3]，通过不断熔化或烧结金属粉来连续逐层制备复杂结构零部件，现已应用于航空航天、国防军工等高精尖技术领域部分关键零部件，但其成形速率慢，设备昂贵，且粉基原料制备成本和使用成本过高^[4]。因此，现有的技术成形大尺寸复杂结构件时表现出一定的局限性，而基于堆焊技术发展起来的低成本、高效率电弧增材制造技术WAAM受到部分学者关注。

WAAM以电弧为载能束，采用逐层熔积的方式制造金属实体构件。相比激光、电子束增材制造，材料适用范围更广，成形效率高，成本低，且组织致密，适合大尺寸构件的低成本、高效快速近净成形^[5-7]。王桂兰等用电弧微铸轧增材成形新方法制造出45钢高强度零件,相对45钢锻件，电弧微铸轧复合成形件硬度提高25.9％，抗拉强度提高43.3％，伸长率提高5.9％^[8]。Ouyang等人研究指出影响成形尺寸精度、表面质量的关键点在于弧长、基板预热温度及层间温度的精确控制^[9]。Almeida等人对钛合金的熔积成形工艺进行了研究，利用磁控稳弧技术控制热输入及熔池扰动的力“源”，获得了表面质量较高的薄壁构件^[10]。英国Cranfield大学研究人员系统研究了焊速、送丝速度、焊丝直径等参数对WAAM成形形貌有效宽度、表面波动性等影响规律，实现不同倾角度和封闭薄壁件的增材成形^[11]。

现有技术中关于电弧增材制造技术WAAM也有相关专利公开，如专利公开号：CN 106312069 A，公开日：2017年01月11日，发明创造名称为：一种増材制造的熔池控制方法，该申请案公开了一种电弧増材成型法和熔融沉积増材制造法的熔池控制技术，其关键在于使用其他材料在熔池边缘搭建一个可以限制金属液流动的外框或轮廓，利用液体本身的表面张力和对其他材料的斥力，约束液态金属的流动。在进行金属材料的成型时，成型台上安装的震动模块会对熔池进行震动使液态金属在被轮廓约束的区域内可以均匀铺开。但是该申请案的不足之处在于：电弧增材制造技术WAAM相对于传统冶金制造流程，效率仍不具可比性，且产品的纯净度完全依赖丝材的纯净度，而丝材制作工艺也较为复杂，限制了成形件材料向高品质和多样性方向的发展。

主要参考文献：

[1]Keicher D M,Smugeresky J E,Romero J A,et al.Using the Laser Engineered Net Shaping(LENS)Process to Produce Complex Components form a CAD Solid Model[C]//proceedings of SPIE,the International Society for Optical Engineering.1997,2993:91-97.

[2]Thijs L,Verhaeghe F,Craeghs T,et al.A study of the microstructural evolution during selective laser melting of Ti-6Al-4V[J].Acta Materialia,2010,58(9):3303-3312.

[3]M.K.Imran,S.H.Masood,M.Brandt,et al.Direct metal deposition of H13tool steel on copper alloy substrate:Evaluation of mechanical properties[J].Materials Science and Engineering:A,2011,528(9):3342-3349.