[发明专利]一种层状异构钢及其电弧增材制造系统和方法

权利要求书

1.一种层状异构钢的电弧增材制造系统，包括数字化控制系统、焊接机器人、弧焊电源、变位机、焊枪和基板，其特征在于：

所述数字化控制系统的第一输出端与弧焊电源的第一输入端连接，所述弧焊电源的阳极与焊接机器人的第一输入端连接，后经焊枪、层状异构材料构件、基板、变位机返回弧焊电源的阴极，所述焊枪设置在焊接机器人的机械臂末端，所述基板放置在变位机的工作台上，所述层状异构材料构件放置在基板上；

所述数字化控制系统的第二输出端与焊接机器人的第二输入端连接，所述数字化控制系统的第三输出端与变位机的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种层状异构钢的电弧增材制造系统，其特征在于：所述系统还包括夹具，所述夹具设置在变位机的工作台上，用于固定基板位置。

3.根据权利要求2所述的一种层状异构钢的电弧增材制造系统，其特征在于：所述系统还包括热电偶测温系统、计算机，所述热电偶测温系统用于测量基板和层状异构材料构件的温度，所述热电偶测温系统与计算机控制系统的输入端连接，将热信号传输至计算机控制系统，所述计算机的输出端与数字化控制系统的输入端连接。

4.一种层状异构钢电弧增材制造的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，构件三维建模：通过三维绘图软件对构件模型进行建模，在计算机内将三维模型转换为STL格式数据模型；

步骤2，分层切片：对构建好的三维模型进行切片，切片方向按照模型定义的Z方向进行，根据零件模型特征、成型精度、增材制造金属熔覆厚度确定切片层高，在计算机中，沿Z方向对构件STL格式数据模型中的三角形面片按照搜索规则对预置层高和交截三角面片计算轮廓交点，并依次连接轮廓交点按定义的Z方向形成每层切片轮廓；

步骤3，路径规划：对已分层的切片层进行沉积路径的填充，构件外壁采用轮廓路径进行沉积填充，构件内层采用中轴变换路径进行异种合金钢填充；

步骤4，工艺参数设定：根据拟定的材料，选择一组工艺参数作为初始工艺参数；

步骤5，数据处理：将以上切片方向、层高，沉积路径以及沉积工艺参数编译成机器人语言程序并传输给数字化控制系统及弧焊电源；

步骤6，基准点校准：根据拟定的切片方向、层高、沉积路径以及沉积工艺参数，在变位机的工作台上使用夹具固定基板，焊接机器人与变位机进行沉积起始点的校准；

步骤7，运行载入程序：按照步骤5的机器人语言程序顺序依次指令，驱动焊接机器人和变位机进行路径沉积，并通过热电偶实时监控制造过程中的热输入；

步骤8，层间间歇及检查：在每层沉积完毕后，焊接机器人、变位机停止运转及弧焊电源关闭并执行待机操作，若下一层材料更改，需执行换丝操作；

步骤9，测温控制反馈：在每层材料沉积完毕后，将热电偶测温系统测量的热信号传输给计算机，基于全层渗透热控制策略，对沉积路径进行热控制优化、修正；

步骤10，重复执行步骤3-9，直至完成整个层状异构钢的增材制造。

5.根据权利要求4所述的一种层状异构钢电弧增材制造的方法，其特征在于：所述步骤4中工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速率、层间冷却时间。

6.一种权利要求4或5所述方法得到的层状异构钢，其特征在于：所述层状异构钢的基体包括同质或异质金属及合金，由金属-金属逐层堆积而成，其成分分布、组织结构、层级组合及宏观外形，根据用户需求进行设计并结合电弧增材制造的全层渗透热控制，实现组织-结构的原位调控。