[发明专利]一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统

权利要求书

1.一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特征在于：

包括丝粉结合等离子电弧模块、温度采集模块、高速摄像监控模块、工艺参数数字化模块和外置气体单元；

所述丝粉结合等离子电弧模块包括三轴运动机构、丝粉结合等离子电弧枪体、送丝单元、送粉单元、等离子电弧电源单元、水冷单元；

三轴运动机构带动丝粉结合等离子电弧枪体实现X、Y、Z三轴方向移动，

丝粉结合等离子电弧枪体包括由内到外包括钨极、水冷喷嘴、夹层和保护罩；所述夹层内设有送粉通道，送粉通道与送粉单元连接，水冷喷嘴通过管路与水冷单元连接；

等离子电弧电源单元，用于提供形成等离子电弧的电源；

所述温度采集模块用于实时监测堆积成形过程中已成形部分的温度；

所述高速摄像监控模块用于采集堆积成形过程中等离子电弧、熔滴以及已成形部分的形貌图像信息，

所述工艺参数数字化模块用于获取所述温度采集模块、所述高速摄像监控模块的测量信息，并实时的对堆积成形工艺参数进行负反馈调节。

2.根据权利要求1所述的一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特征在于：

所述外置气体单元包括外置气体保护罩和保护气储存装置，保护气储存装置用于对外置气体保护罩提供保护气，外置气体保护罩位于丝粉结合等离子电弧枪体附近。

3.根据权利要求2所述的一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特征在于：

所述温度采集模块包括热成像仪、热成像采集与分析软件。

4.根据权利要求3所述的一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特征在于：

所述高速摄像监控模块包括高速摄像相机、光纤激光器以及高速摄像采集软件；

高速摄像相机用于采集堆积成形过程中等离子电弧、熔滴以及已成形部分的形貌照片；光纤激光器用于照亮金属熔滴以及金属熔池；高速摄像软件用于采集电弧照片，并依照图像分析算法处理照片信息。

5.根据权利要求4所述的一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特征在于：

所述工艺参数数字化模块包括采集测量部分与负反馈调控部分；采集测量部分，用于实时采集堆积成形过程的工艺参数；负反馈调控部分，为总控部分，即通过分析热成像数据、高速摄像数据以及工艺参数数据的处理和分析，实时的对堆积成形工艺参数进行负反馈调节。

6.根据权利要求5所述的一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特征在于：

所述送丝单元包括送丝机构和送丝控制部分。

7.根据权利要求6所述的一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特征在于：

所述送粉通道的数量为四个，四个送粉通道分别间隔90°阵列分布在夹层中。

8.根据权利要求7所述的一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特征在于：

所述送丝单元分可以实现直径0.8-1.6mm丝材的送给，送粉单元可以实现粒度为60～80目的合金粉的输送。

9.一种等离子电弧增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用三维模型软件建立待成形构件的三维模型，并生成成形路径；

2)依据堆积成形构件的成分和性能要求，结合丝材、粉材的过渡系数，选定丝材，并结合丝材的化学成分计算配的粉材的化学成分，并结合构件的熔敷速度确定丝材与粉材的进给速率；

3)确定工艺参数：依据成形质量需求以及成形材料的成分，确定等离子电弧的脉冲频率、占空比、电流等；

4)利用如权利要求1-8任一所述的等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统堆积成形构件；

5)分别利用热成像仪、高速摄像相机对堆积过程中的温度分布以及电弧弧柱形貌、金属丝材熔滴以及金属熔池进行观察，并结合工艺参数数字化模块适时修正堆积成形工艺参数，实现对堆积成形的工艺参数进行负反馈调节，进而实现构件的堆积成形。