[发明专利]连续送粉感应加热金属增材制造方法及装置

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，公开一种连续送粉自主感应加热增材制造方法及装置，通过送粉器持续输送金属粉末，通过感应线圈的预热和融化，使得融滴通过自身重力以及上方熔滴推进的作用下，落入基板上堆积成型形成金属层，而且在金属层堆积过程中，通过机械手三维空间内的运动，控制熔滴落下的位置，使得金属层在基板上不断堆积成型，直至完成打印。本发明可提高金属凝固成型过程中对热源能量的利用率，高效地实现金属零部件的自动化生产，同时能保证成型的金属增材制造零部件具有成型精度高、综合力学性能优良的优势。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体而言涉及一种连续送粉感应加热金属增材制造方法及装置。

背景技术

金属增材制造技术作为一种先进的快速成型技术，其本质上采取数值化离散/堆积成型的增材思维，将三维CAD实体模型通过逐层叠加的制备方式来获得。相较于传统的减材加工制造方法而言，其对金属原材料的利用率较高；同时在制备形状复杂的金属零部件时，具有得天独厚的优势；另外可实现模具及破损零件的快速修复，起到缩短金属零件设计周期及降低生产成本的两大作用，而最终凝固金属组织的综合力学性能能与传统锻件相当。总体而言，金属增材制造技术代表着一种无模、低成本、数字化的先进制造技术，具有无可比拟的应用前景。

现阶段金属增材制造技术所采用的热源主要包括以下三类：激光、电子束和电弧。其中激光作为热源是一种常见的手段，中国专利CN201710843050.X中提出了一种多孔铝合金的激光增材制造方法，采取上层粉末线性扫描轨迹垂直于下层粉末线性扫描轨迹的方式来实现逐层堆积，但是考虑到铝合金对激光具有较高的反射率（通常超过80%），而铝合金本身又具有良好的导热性，从而造成铝合金增材制造过程中对激光能量的吸收不足，难以满足成本及效率的需求。因此，针对铝合金及铜合金等激光反射率较高的金属，激光作为热源无疑具有明显的劣势。电子束作为热源也是一种不错的方法，中国专利CN201710878157.8中提出了一种前置送粉式电子束增材制造装置，能有效避免金属粉末对激光束能量的反射，使得成型速率快；但是电子束工作本身需要严苛的真空环境，对设备和工艺条件要求较高，成型某些大型结构时往往受到限制，导致原料成本及时间成本均较高。而电弧增材制造技术则是另一种常见的方法，中国专利CN201710129920.7中提出了一种铝镁合金结构件增材制造方法，其采用电弧熔丝的方法来获得三维金属结构件，具有成型设备简单及成型效率较高的特点，但是电弧自身的稳定性较差，成型过程往往难以控制，导致熔融沉积层经常出现塌陷等问题，同时将丝材作为原材料，难以摆脱成型件尺寸精度低的问题，造成成型质量和成型精度均较差，难以满足金属增材制造零部件的成型要求。

因此，如何高效且低成本的成型制备出高质量的金属增材制造零部件，已成为当前亟需解决的关键性技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种连续送粉感应加热金属增材制造方法及装置，提高金属凝固成型过程中对热源能量的利用率，高效地实现金属零部件的自动化生产，同时能保证成型的金属增材制造零部件具有成型精度高、综合力学性能优良等优势。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

连续送粉感应加热金属增材制造装置，包括：

基板，用于提供增材制造金属层的形成基底；

设置在基板一侧的运动控制装置以及运动单元，所述运动单元上设置有机械手，运动单元被设置用于在所述运动控制装置的控制下移动以驱使机械手在三维空间内运动，所述的运动单元被控制至少在X-Y平面和X-Z平面内运动；

储粉槽，用以储存运送的金属粉末；

低功率感应预热装置，构造为一密封容器，经由第一管连通到所述储粉槽下方；

第一中空铜线圈，螺旋缠绕在所述低功率感应预热装置的外部，用于对经过的金属粉末进行预热；

高功率感应加热装置，包括一连通到低功率感应预热装置的细管；