[发明专利]一种増材制造的熔池控制方法

摘要

本发明涉及金属材料三维増材成型领域，更详细的说是一种电弧増材成型法和熔融沉积増材制造法的熔池控制技术，其关键在于使用其他材料在熔池边缘搭建一个可以限制金属液流动的外框或轮廓，利用液体本身的表面张力和对其他材料的斥力，约束液态金属的流动。在进行金属材料的成型时，成型台上安装的震动模块会对熔池进行震动使液态金属在被轮廓约束的区域内可以均与铺开。

主权项

一种增材制造的熔池控制方法，其特征在于：在电弧三维増材成型技术(WAAM)、热熔堆积成型技术(FDM)等在成型过程中金属材料为液态流动的增材制造工艺或方法中引入对熔池进行约束的流程以减小表面粗糙度和层纹，其关键在于使用其他材料在熔池边缘搭建一个可以限制金属液流动的外框或轮廓，利用液体本身的表面张力和对其他材料的斥力，约束液态金属的流动，在进行金属材料的成型时成型台上安装的震动模块会对熔池进行震动使液态金属在被轮廓约束的区域内可以均匀铺开，这种方法特别适合在増材成型步骤时为液态的金属材料以及其他成型时为液态的材料， 其“打印成型”的成型物可以是任何用途的三维零件，具体原理如下;一、将一个三维成型物的成型分成两个形状相关但功能不同的两个部分进行不同原理的成型，切片时将一个三维模型分成内外轮廓模型和内实体模型，用以进行同一个成型物的増材成型;二、在金属材料三维増材成型时利用一个上表面开放垂直面封闭的轮廓对金属液的垂直流淌进行控制，将一个三维模型分成内外轮廓模型和内实体模型，分别用不同的材料不同的成型头进行成型，使用一种方便后期去除的材料先进行一层的内外轮廓模型的成型以及固化形成一个垂直的封闭面，然后进行内实体模型的成型，利用轮廓所形成的封闭面以及金属液体与外轮廓材料的排斥效应约束液态熔融的金属液的不受控流动，成型头可以安装在同一个滑车、效应器上也可以安装在两个完全独立的滑车、效应器上，在进行内实体成型时会有震动装置进行工作，以使熔池内的金属液在轮廓约束范围内均匀流淌；三、在完成三维成型物的成型后将内外轮廓材料去除保留内实体;其核心工艺具体还可以描述为以下流程：[i]在进行増材制造时，系统先进行该切片层的轮廓成型，具体是使用一种能耐受当前极端环境又不会与内实体材料融合的材料进行轮廓的成型和固化，轮廓包括内轮廓和外轮廓；[ii]当[i]工序完成后在轮廓围出的范围内按照代码进行该层内实体的増材成型，利用封闭轮廓约束被电弧或者其他加热手段熔化的金属的自由流淌；[iii]顺序的重复进行以上两个工序直到物体完成成型，最后将轮廓材料完全去除得到三维成型物；在成型的过程中对于复杂的形状，【i】工序还可以对悬空的部位进行一定的支撑使其可以被正确的成型；在进行内外轮廓成型和内轮廓成型时使用两个或两个以上的成型物的制造，成型头可以联动也可以交替运动。