CN104711507B - 一种金属微涂覆成形系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属微涂覆成形系统及方法，包括基板、加热装置、及固定送料器，基板固定在加热装置上，固定送料器位于基板的正上方，且固定送料器与基板之间有间隙，固定送料器上下方向上开设有熔融金属通道。本发明可以有效的降低形成零件的应力应变变形，提高成形零件的精度。

Description

一种金属微涂覆成形系统及方法

技术领域

本发明属于精密成形技术领域，涉及一种成形系统及方法，具体涉及一种金属微涂覆成形系统及方法。

背景技术

金属微涂覆是一种新型的成形技术，涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高技术，是传统制造方法不能完成的一种全新加工制造技术，是国家重点支持和推动的一项高技术。目前，国内外很多科研院所，如国内清华大学、华中科技大学以及美国MicroFab商业公司、加拿大多伦多大学等，对于金属微涂覆成形技术的研究主要集中在激光熔覆机理、驱动方式选择和金属微涂覆过程的热状态分析等方面，而对于用这种方法进行熔覆成形的研究较少。

零件的精度、原材料的性能和加工效率是制约熔覆成形工艺及其应用的三个重要因素。一直以来成形精度和成形效率始终是一对矛盾的，提高成形效率势必要降低成形精度，提高成形精度势必要降低成形效率。在金属微涂覆成形过程中，因为必须把复杂的三维加工转化为一系列简单二维成形的叠加，所以，成形产品精度主要取决于二维X-Y平面上的加工精度和高度Z方向上的一系列叠加精度。从金属微涂覆成形的系统本身考虑，完全能够把X，Y，Z三个方向的运动位置精度控制在较高的水平，所以，从理论上考虑能够取得高精度的原型。但是，影响成形产品最终精度的因素不只是熔覆成形装置本身的精度，还有其它的因素，并且这些因素更加的不易控制。金属微涂覆成形是一个涉及机械设计制造、CAD软件、数控、材料、成形工艺参数和产品后处理等因素的集成制造系统，每一环节均可能造成一些误差的产生，这就会严重影响熔覆成形零件的精度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种金属微涂覆成形系统及方法，该系统及方法可以有效的降低形成零件的应力应变变形，提高成形零件的精度。

为达到上述目的，本发明所述金属微涂覆成形系统包括基板、加热装置、及固定送料器，基板固定在加热装置上，固定送料器位于基板的正上方，且固定送料器与基板之间有间隙，固定送料器上下方向上开设有熔融金属通道。

还包括激光器，激光器位于基板的正上方。

本发明所述的金属微涂覆成形方法包括以下步骤：

1)根据所需零件的层厚H调节固定送料器与基板之间的间距，并调节加热装置的加热温度；

2)加热装置加热所述基板，熔融金属经固定送料器上的熔融金属通道掉落到基板上，并在基板上进行涂覆，涂覆过程中，当熔融金属与基板之间能够相互熔合，熔融金属直接在固定送料器与基板之间形成均匀的熔覆层；当基板与熔融金属不能相互熔合，则调节激光器，激光器发出的激光束照射到基板上，使基板的上表面形成熔池，熔融金属经固定送料器上的熔融金属通道铺展到熔池的表面，并在固定送料器与基板之间形成均匀的熔覆层；

3)根据所需零件的形状通过3D移动平台连续移动所述基板，使基板的表面形成所需零件的胚体；

4)对步骤3)得到的胚体进行打磨及抛光后，得到所需的零件。

4、根据权利要求3所述的金属微涂覆成形方法，其特征在于，步骤2)中通过压力灌注的方法将熔融金属经固定送料器上的熔融金属通道掉落到基板上。

步骤1)中的固定送料器与基板之间的间距与步骤3)得到的胚体的厚度相同。

所述熔融金属的材料与基板的材料相同。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的金属微涂覆成形系统及方法在成形过程中，根据所需零件的层厚H调节通过3D位移平台调节固定送料器与基板之间的间距，并根据零件的层宽，调节基板的加热温度和激光器发出的激光的光斑直径D，从而提高零件成形精度，加快零件成形的速率，同时通过3D位移平台移动所述基板，同时激光器发出激光束，激光束照射在基板上形成熔池，熔融金属铺展到熔池的表面，从而形成胚体，有效的降低零件的应力应变变形对零件精度的影响，后续加工量小，适用于零件的批量生产，降低加工成本，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为熔融金属通道、2为固定送料器、3为熔融金属、4为熔池、5为基板、6为加热装置、7为激光器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的本发明所述金属微涂覆成形系统包括基板5、加热装置6、及固定送料器2，基板5固定在加热装置6上，固定送料器2位于基板5的正上方，且固定送料器2与基板5之间有间隙，固定送料器2上下方向上开设有熔融金属通道1。

另外，本发明还包括激光器7，激光器7位于基板5的正上方。

本发明所述的金属微涂覆成形方法包括以下步骤：

1)根据所需零件的层厚H调节固定送料器2与基板5之间的间距，并调节加热装置6的加热温度；

2)加热装置6加热所述基板5，熔融金属3经固定送料器2上的熔融金属通道1掉落到基板5上，并在基板5上进行涂覆，涂覆过程中，当熔融金属3与基板5之间能够相互熔合，熔融金属3直接在固定送料器2与基板5之间形成均匀的熔覆层；当基板5与熔融金属3不能相互熔合，则调节激光器7，激光器7发出的激光束照射到基板5上，使基板5的上表面形成熔池4，熔融金属3经固定送料器2上的熔融金属通道1铺展到熔池4的表面，并在固定送料器2与基板5之间形成均匀的熔覆层；

3)根据所需零件的形状通过3D移动平台连续移动所述基板5，使基板5的表面形成所需零件的胚体；

4)对步骤3)得到的胚体进行打磨及抛光后，得到所需的零件。

4、根据权利要求3所述的金属微涂覆成形方法，其特征在于，步骤2)中通过压力灌注的方法将熔融金属3经固定送料器2上的熔融金属通道1掉落到基板5上。

步骤1)中的固定送料器2与基板5之间的间距与步骤3)得到的胚体的厚度相同。

所述熔融金属3的材料与基板5的材料相同。

本发明主要从金属微涂覆工艺方面考虑来提高成形零件的精度并且提高成形效率。具体来说，本发明利用金属材料的表面张力，利用固定送料器2形成了中间的送料口，通过调节加热装置6的温度来使与熔融金属3很好的冶金结合，如果结合效果不好，则采用第二种成形方法，通过激光束的大小在基板5上形成熔池4，是熔融金属3和基板5中的熔池4能很好地冶金结合，基板5能够在X、Y、Z三个方向上以速度V移动；在压力P的作用下，熔融金属3通过由固定送料器22涂覆在基板5上，形成一层均匀的熔覆层，熔覆层厚度由固定送料器22与基板5之间的缝隙决定，通过基板5在X、Y、Z三个方向上移动，成形出所需零件。本发明成形精度高，重复性好，成形系统成本低，产品质量优良，有利于提高零件精度和成形效率，不需要大量的工装，只需要控制成形工艺就可以达到。

Claims (4)

1.一种金属微涂覆成形方法，其特征在于，基于金属微涂覆成形系统，所述金属微涂覆成形系统包括基板(5)、加热装置(6)、及固定送料器(2)，基板(5)固定在加热装置(6)上，固定送料器(2)位于基板(5)的正上方，且固定送料器(2)与基板(5)之间有间隙，固定送料器(2)上下方向上开设有熔融金属通道(1)；

还包括激光器(7)，激光器(7)位于基板(5)的正上方；

包括以下步骤：

1)根据所需零件的层厚H调节固定送料器(2)与基板(5)之间的间距，并调节加热装置(6)的加热温度；

2)加热装置(6)加热所述基板(5)，熔融金属(3)经固定送料器(2)上的熔融金属通道(1)掉落到基板(5)上，并在基板(5)上进行涂覆，涂覆过程中，当熔融金属(3)与基板(5)之间能够相互熔合时，熔融金属(3)直接在固定送料器(2)与基板(5)之间形成均匀的熔覆层；当基板(5)与熔融金属(3)不能相互熔合时，则调节激光器(7)，激光器(7)发出的激光束照射到基板(5)上，使基板(5)的上表面形成熔池(4)，熔融金属(3)经固定送料器(2)上的熔融金属通道(1)铺展到熔池(4)的表面，并在固定送料器(2)与基板(5)之间形成均匀的熔覆层；

3)根据所需零件的形状通过3D移动平台连续移动所述基板(5)，使基板(5)的表面形成所需零件的胚体；

4)对步骤3)得到的胚体进行打磨及抛光后，得到所需的零件。

2.根据权利要求1所述的金属微涂覆成形方法，其特征在于，步骤2)中通过压力灌注的方法将熔融金属(3)经固定送料器(2)上的熔融金属通道(1)掉落到基板(5)上。

3.根据权利要求1所述的金属微涂覆成形方法，其特征在于，

步骤1)中的固定送料器(2)与基板(5)之间的间距与步骤3)得到的胚体的厚度相同。

4.根据权利要求1所述的金属微涂覆成形方法，其特征在于，所述熔融金属(3)的材料与基板(5)的材料相同。