[实用新型]一种等离子电弧熔丝增材制造装置

说明书

本实用新型公开了一种等离子电弧熔丝增材制造装置，利用运动执行机构、测温装置、焊枪、送丝机构、工作平台和等离子弧发生器形成等离子加热焊接系统，将焊枪固定于运动执行机构端部，焊枪连接于等离子弧发生器，送丝机构安装于运动执行机构上，送丝机构的出丝嘴位于焊枪热源下端，利用等离子弧发生器为焊枪提供电流、电压，使焊枪与等离子弧发生器结合技能实现作为熔融丝材热源，又能实现电弧加热，同时采用固定于工作平台待成型区一侧的测温装置实现工件温度测量，利用等离子弧发生器变换焊枪温度，能够减小大型构件焊接或熔丝增材过程中由于温度梯度产生的应力，减小或避免由于应力产生的变形或开裂，本装置具有高的温度场稳态控制精度和动态响应特性。

技术领域

本实用新型涉及金属焊接及增材制造领域，具体涉及一种等离子电弧熔丝增材制造装置。

背景技术

增材制造技术被广泛用在模具制造、工业设计等领域，现正逐渐用于一些产品的直接制造，特别是一些高价值的应用(比如髋关节或牙齿和一些飞机零部件)。金属零部件增材制造方法主要有激光选区熔化(SLM)、激光同轴送粉直接制造、电子束熔丝成形(EBAM)、电子束选区熔化成形(EBM)等方法。这几种方法都不同程度存在着局限性，例如激光选区熔化、电子束选区熔化成型技术由于原材料粉末成本较高，且受成型仓尺寸限制只能制造一些小尺度零件。电子束/激光熔丝增材成型技术受技术门槛和设备造价的限制，也很难得到广泛的应用。因此电弧熔丝增材成型技术因其成熟的、已商业化的热源设备，较低的技术门槛，制造产品尺寸不受限，较高的成型效率等优势近几年受到极大关注，成为制造低成本、大尺度构件的突破口。其中等离子电弧由于自身压缩电弧优势所具有高的能量密度，可熔融制造各种难熔金属材料。在航空航天、原子能零部件制造中有广阔的应用空间。

虽然等离子电弧熔丝成型技术在成型速度快、工艺较简单方面较其他几种存在优势。但等离子电弧熔丝制造过程中由于为热源逐点熔融丝材，靠近熔融点温度高远离熔融点温度低，这样导致构件温度分布不均匀，从而造成各处的膨胀和收缩变形差异大。在进行焊接或增材制造时，构件由于上述原因产生的极大应力，会导致构件的变形甚至开裂。

为避免以上提及的温度极度不均问题，工程应用中通常所用的方法为焊前预热及焊后缓冷方式。即在工件底部增设加热装置，补充未焊接熔融点或已完成焊接但远离熔融点位置温度过低的问题。这种方式可降低温度分布不均匀的问题，但存在加热装置通常尺寸受限且灵活性不足，不适合大型构件的制造。以金属丝材为原材料，热源熔融金属丝材持续形成熔池，熔池凝固形成沉积面，如此反复最终通过逐层熔融凝固，完成构造过程。这种制造工艺具有原材料成本较粉末低廉、开放式的加工环境以及快速的沉积效率，更适合大型结构件的加工制造。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种等离子电弧熔丝增材制造装置，以克服现有技术的不足，本实用新型利用率高、灵活性强，减少了辅助部件的设置，进一步提高等离子弧熔丝增材制造技术的自动化程度和过程控制精度。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种等离子电弧熔丝增材制造装置，包括运动执行机构、测温装置、焊枪、送丝机构、工作平台和等离子弧发生器；焊枪固定于运动执行机构端部，测温装置固定于工作平台待成型区一侧，焊枪连接于等离子弧发生器，送丝机构安装于运动执行机构上，送丝机构的出丝嘴位于焊枪热源下端。

进一步的，所述运动执行机构采用机械臂或机床，用于携带送丝机构和焊枪根据设置的规划路径运动。

进一步的，所述送丝机构包括送丝盘、送丝驱动电机和出丝嘴，所述出丝嘴位于用于熔融金属丝材的热源下方。

进一步的，所述测温装置用于测量工件多点位置温度，所述测温装置为非接触式测温装置，均匀分布在温度均匀且能代表成型件温度的区域。

进一步的，所述焊枪为一台或两台，分别或同时作为熔融金属丝材的电弧装置和工件加热装置。