[发明专利]一种丝-粉协同+激光-电弧复合的增材制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种丝‑粉协同+激光‑电弧复合的增材制造装置及方法，包括丝‑粉同轴加热进料的非熔化极电弧焊枪装置和激光分光镜组；丝‑粉同轴加热进料的非熔化极电弧焊枪装置包括超声波振动枪体和螺旋搅拌组件，超声波振动枪体包括变幅杆和换能器，变幅杆下端呈内凹球形曲面状，变幅杆的侧部设有送粉与送气联合通道，螺旋搅拌组件包括螺旋搅拌杆以及螺旋叶片，螺旋搅拌杆内设有主送丝与送气联合通道，螺旋搅拌杆底部连接有空心钨极；激光分光镜组包括分光反射镜、反射镜组和凸透镜。本发明能实现场‑力‑热结合与分配的多种模式增材制造，具有增材方式多样化、增材效率高、成形质量好、材料利用率高、组合性强以及可以灵活调节合金成分的优点。

技术领域

本发明属于一种增材制造技术领域，特别是涉及一种丝-粉协同+激光-电弧复合的增材制造装置及方法。

背景技术

增材制造技术因其具有快速成形大尺寸一体化复杂构件的优势，现阶段已被广泛应用于航空航天、能源化工、船舶制造等领域。而对于目前的金属增材制造技术通常所采用的原材料为金属粉末或者金属丝，根据原材料的送给方式可以将其分为同轴送粉、预先铺粉和直接送丝的增材制造工艺；根据热源不同，又可分为激光束，电子束和电弧增材制造技术。而在实际激光增材制造中基于金属粉末材料如铝镁铜等合金具有高导热率、低电离能，并对激光的高反射率和粉末利用率低等特性，以及电弧送丝增材制造技术中，原材料金属焊丝成分的单一性，可组合性差，限制了激光与电弧增材制造技术发展和应用以及新材料的开发。

发明内容

为了克服现有增材制造技术的应用与原材料的供给限制，本发明的目的在于提供一种用于开发并制备新材料的丝-粉协同+激光-电弧复合的增材制造装置，本发明能实现场-力-热结合与分配的多种模式增材制造，其具有增材方式多样化、增材效率高、成形质量好、材料利用率高、组合性强以及可以灵活调节合金成分的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种丝-粉协同+激光-电弧复合的增材制造装置，包括能产生电弧热源的丝-粉同轴加热进料的非熔化极电弧焊枪装置和用于辅助处理激光热源的激光分光镜组；

所述丝-粉同轴加热进料的非熔化极电弧焊枪装置包括超声波振动枪体以及螺旋搅拌组件，所述超声波振动枪体包括呈中空并且两端开口的变幅杆以及设置在变幅杆内的换能器，所述变幅杆下端呈内凹球形曲面状，并且变幅杆下端连接有滚压轮组件，所述变幅杆的侧部设有与变幅杆内腔相连通的送粉与送气联合通道，所述螺旋搅拌组件设置在变幅杆内，所述螺旋搅拌组件包括螺旋搅拌杆以及设置在螺旋搅拌杆外周的螺旋叶片，所述螺旋搅拌杆内设有主送丝与送气联合通道，所述主送丝与送气联合通道内靠近变幅杆上部开口的部位设有一对送丝轮，所述螺旋搅拌杆的底部连接有空心钨极，并且空心钨极通过上固定销和下固定销分别与螺旋搅拌杆以及变幅杆相连接，空心钨极上设有与主送丝与送气联合通道相连通的第一通道以及与变幅杆内腔相连通的第二通道；

所述激光分光镜组包括分光反射镜、反射镜组以及凸透镜，所述反射镜组转动设置在变幅杆上方，并且反射镜组设置于分光反射镜外周，所述凸透镜沿轴向滑动设置在变幅杆外周。

通过采用上述技术方案，通过螺旋搅拌组件引导多股金属丝绞制成电缆式焊丝，同时利用螺旋搅拌组件均匀搅拌混合送进到变幅杆内腔中的金属粉末，利用超声波振动枪体上的换能器产生的超声振动，提高金属粉末混合的均匀性，解决金属粉末在送进送粉与送气联合通道中的堵塞问题，提升传送效率，并且电缆式焊丝与金属粉末同轴顺畅送进空心钨极，吸收热量实现预热，去除材料中的水分，提高增材质量。其中，空心钨极通过调整上固定销和下固定销的开闭状态，实现旋转电弧增材制造与常规电弧增材制造之间的切换模式。超声波振动枪体中的变幅杆末端设置成内凹球形曲面状，形成超声场，末端侧部设置的滚压轮机构，用于对增材过程中的金属构件进行超声振动滚压，提高构件成形质量。同时在增材制造中，辅助激光处理，上下调节凸透镜配合旋转调节反光镜组，以调节光丝距和两对称焦点的相对于基材的位置，实现同轴激光-电弧复合增材制造，电弧增材制造-激光焊前焊后热处理和激光加强电弧增材制造等多种增材制造模式。