CN107838532A - 一种双金属熔覆增材制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了制造技术领域内的一种双金属熔覆增材制造方法，包括以下步骤：（1）程序代码的准备；（2）焊接准备；（3）开始堆焊；（4）停止堆焊；（5）支撑结构的堆焊；（6）返回步骤（3），直至支撑结构最后一层堆焊完成；（7）成形件的最后一层堆焊层的堆焊；（8）去除基座，将成形件放入加热炉中；（9）设置加热炉的加热温度；（10）加热炉加热零件，使支撑结构彻底熔化；(11）关闭加热炉，待零件冷却后取出成形件；本发明可完好的制造出有悬空结构的零件，制造效率高。

Description

一种双金属熔覆增材制造方法

技术领域

本发明涉及一种增材制造方法，特别涉及一种使用双金属焊丝进行增材的制造方法。

背景技术

目前可用于直接制造金属零件的增材制造技术主要有：选区激光烧结技术、直接金属粉末激光烧结技术、选区激光熔化技术、激光近净成形技术和电子束选区熔化技术。目前的金属增材制造技术使用的材料为各类金属粉末，目前奥氏体不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴-铬合金和各类贵重金属等材料已经广泛用于金属增材制造中，使用金属粉末作为材料进行增材制造具有较好的形状控制能力和塑形自由度，这种金属粉末极难制备，往往难于获取且价格高昂，这使得金属3D打印的成本急剧攀升，此外，现有3D打印技术中所使用的激光器或电子束发生器价格高昂，维护和使用成本也较高。

目前的金属增材制造技术使用的能量源为激光束或电子束，其原理为使用这一类能量源将金属粉末熔化再凝固，最终烧结出成型零件，但这在加工时会产生极高的温度，造成材料的氧化，使零件性能达不到设计要求。

目前，金属3D打印使用激光作为融化金属粉末的热量传播介质，由于激光的能量极高，一般在打印中会使得金属材料的完全融化，这就造成了液态金属流动的不确定性，最重要的是，现有技术中的增材制造方法对空间形状诸为悬空的结构进行制造时，零件会遭到破坏，无法加工成形。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于解决上述现有技术无法准确制造出悬空结构的技术问题，提供一种双金属熔覆增材制造方法，本发明制造精度高，制造效率高，可完好的制造出有悬空结构的零件，制造成本低。

本发明的目的是这样实现的：一种双金属熔覆增材制造方法，制造方法中使用的制造装置包括可升降的支撑架和可移动的工作台，所述工作台上可拆卸地安装有基板，所述支撑架上固连有焊枪，所述焊枪的外壳上固连有连接架的水平部，所述水平部一侧连接有倾斜部一，水平部的另一侧连接有倾斜部二，所述倾斜部一上连接有送丝导向头一，所述倾斜部二连接有送丝导向头二，送丝导向头一是自动送丝机一的一部分，送丝导向头二是自动送丝机二的一部分，焊枪是自动焊丝机的一部分，送丝导向头一内的焊丝和送丝导向头二内的焊丝正对焊枪的焊接头下方的焊接区域，送丝导向头一内的焊丝为高熔点金属丝，送丝导向头二内的焊丝为低熔点金属丝；制造方法包括以下步骤，

（1）程序代码的准备：利用三维造型软件设计成形件的三维模型，并转换成STL文件格式，利用STL模型切片软件将所需成形件的STL文件切片为一定厚度的若干层，每一层有相应的形状和边界，利用自动编程软件编写堆焊控制程序，并输入增材制造设备的控制电脑；

（2）焊接准备：将高熔点焊丝和低熔点焊丝分别送入自动送丝机一和自动送丝机二，根据需要调整送丝参数和焊接参数，将基板以合适的位置安装在工作台上；

（3）开始成形件的堆焊：接通自动送丝机一和焊枪，调节堆焊的起始位置点，运行控制程序，控制电脑控制自动送丝机一自动送丝，控制工作台的水平移动，在基板上堆焊出单层平面，即主体结构的第一层；

（4）关闭自动送丝机一，切断高熔点金属丝的供应，停止主体结构的堆焊；

（5）支撑结构的堆焊：打开自动送丝机二，开始提供低熔点焊丝，在同一堆焊层熔覆出支撑结构的对应部分；

（6）返回步骤（3），在已堆焊出的单层平面上进行下一层的堆焊，重复执行步骤（3）～（5），直至支撑结构的最后一层堆焊完成；

（7）成形件的最后一层堆焊层的堆焊：控制电脑控制支撑架向上提升单层堆焊的高度，再次接通自动送丝机一，提供高熔点焊丝，在成形件的已堆焊层的基础上进行上一层的堆焊；

（8）从工作台上拆下基座，取出成形件和基座，去除基座，将带有支撑结构的成形件放入加热炉中；

（9）设置加热炉的加热温度，使加热温度高于低熔点金属丝的熔点且低于高熔点金属丝的熔点；

（10）启动加热炉加热零件，使支撑结构彻底熔化，与成形件分离；

（11）关闭加热炉，待零件冷却后取出成形件，完成零件制造。

为了实现成形件的平移，所述步骤（3）中，通过控制电脑控制工作台的移动。

为了防止高温熔融下金属焊丝的氧化，所述自动焊丝机连通储存有氩气的储气瓶，开始堆焊前，自动焊丝机接通氩气，焊枪的焊接喷嘴喷出氩气；零件堆焊完成后，保持接通氩气一段时间，防止氧化。

作为本发明的进一步改进，所述自动焊丝机为氩弧焊机。

为了实现支撑结构和成形件增材的堆焊，所述低熔点金属丝的熔点低于600℃，所述高熔点金属丝的熔点高于1000℃。

附图说明

图1为本发明中使用的制造装置进行堆焊时的立体结构示意图。

图2为本发明中制造出的一个成形件的三维模型图。

其中，1水平部，2送丝导向头一，3焊枪，4抱卡，5倾斜部一，6送丝导向头二，7倾斜部二，8工作台，9成形件，10支撑结构，11支撑架，12基板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

一种双金属熔覆增材制造方法，制造方法中使用的制造装置（如图1所示）包括可升降的支撑架11和可移动的工作台8，工作台8上可拆卸地安装有基板12，支撑架11上连接有抱卡4，抱卡4上固连有焊枪3，焊枪3的外壳上固连有连接架的水平部1，水平部1一侧连接有倾斜部一5，水平部1的另一侧连接有倾斜部二7，倾斜部一5上连接有送丝导向头一2，倾斜部二7连接有送丝导向头二6，送丝导向头一2是自动送丝机一的一部分，送丝导向头二6是自动送丝机二的一部分，焊枪3是自动焊丝机的一部分，送丝导向头一2内的焊丝和送丝导向头二6内的焊丝正对焊枪3的焊接头下方的焊接区域，送丝导向头一2内的焊丝为高熔点金属丝，送丝导向头二6内的焊丝为低熔点金属丝；制造方法包括以下步骤，

（1）程序代码的准备：利用三维造型软件设计成形件9的三维模型，并转换成STL文件格式，利用STL模型切片软件将所需成形件9的STL文件切片为一定厚度的若干层，每一层有相应的形状和边界，利用自动编程软件编写堆焊控制程序，并输入增材制造设备的控制电脑；

（2）焊接准备：将高熔点焊丝和低熔点焊丝分别送入自动送丝机一和自动送丝机二，根据需要调整送丝参数和焊接参数，将基板12以合适的位置安装在工作台8上；

（3）开始成形件9的堆焊：接通自动送丝机一和焊枪3，调节堆焊的起始位置点，运行控制程序，控制电脑控制自动送丝机一自动送丝，控制工作台8的水平移动，在基板12上堆焊出单层平面，即主体结构的第一层；

（4）关闭自动送丝机一，切断高熔点金属丝的供应，停止主体结构的堆焊；

（5）支撑结构10的堆焊：打开自动送丝机二，开始提供低熔点焊丝，在同一堆焊层熔覆出支撑结构10的对应部分；

（6）返回步骤（3），在已堆焊出的单层平面上进行下一层的堆焊，重复执行步骤（3）～（5），直至支撑结构10的最后一层堆焊完成；

（7）成形件9的最后一层堆焊层的堆焊：控制电脑控制支撑架11向上提升单层堆焊的高度，再次接通自动送丝机一，提供高熔点焊丝，在成形件9的已堆焊层的基础上进行上一层的堆焊；

（8）从工作台8上拆下基座，取出成形件9和基座，去除基座，将带有支撑结构10的成形件9放入加热炉中；

（9）设置加热炉的加热温度，使加热温度高于低熔点金属丝的熔点且低于高熔点金属丝的熔点；

（10）启动加热炉加热零件，使支撑结构10彻底熔化，与成形件9分离；

（11）关闭加热炉，待零件冷却后取出成形件9，完成零件制造（使用本方法制造出的一个成形件9如图2所示）。

为了实现成形件9的平移，步骤（3）中，通过控制电脑控制工作台8的移动。

为了防止高温熔融下金属焊丝的氧化，自动焊丝机连通储存有氩气的储气瓶，开始堆焊前，自动焊丝机接通氩气，焊枪3的焊接喷嘴喷出氩气；零件堆焊完成后，保持接通氩气一段时间，防止氧化。

为了实现支撑结构10和成形件9增材的堆焊，低熔点金属丝的熔点低于600℃，高熔点金属丝的熔点高于1000℃。

本实施例中，自动焊丝机为氩弧焊机。

本发明中送丝导向头一2和送丝导向头二6分开工作，2个送丝导向头提供不同的金属材料（低熔点材料和高熔点材料），增材制造时，送丝导向头一2进行堆焊增材，每一堆焊层堆焊完毕后，送丝导向头二6在堆焊层的两侧送丝以堆焊，其作为成形件9增材部分的支撑结构10，同时，支撑结构10部分的堆焊比成形件9主体的堆焊滞后一层，避免支撑结构10与成形件9主体之间产生影响，堆焊完毕后再将零件送入加热炉中加热，以去除支撑结构10，通过本制造方法可在不破坏成形件9主体的情况下完成成形件9的增材制造，可完成诸如叶片等具有悬空结构的增材制造；堆焊完成后只需调整成形件9的位置就可对该成形件9完成堆焊，制造效率高；利用氩弧焊的脉冲焊技术对成形件9进行金属堆焊，焊丝为可焊接的金属丝，焊接成本低；在堆焊时，氩气流覆盖在堆焊时产生的金属熔池上方，形成惰性气体保护层，杜绝高温熔融的金属与空气中的氧化成分接触导致氧化；本发明可应用于各种可焊接的具有悬空结构的成形件9的增材制造工作中。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种双金属熔覆增材制造方法，其特征在于，制造方法中使用的制造装置包括可升降的支撑架和可移动的工作台，所述工作台上可拆卸地安装有基板，所述支撑架上固连有焊枪，所述焊枪的外壳上固连有连接架的水平部，所述水平部一侧连接有倾斜部一，水平部的另一侧连接有倾斜部二，所述倾斜部一上连接有送丝导向头一，所述倾斜部二连接有送丝导向头二，送丝导向头一是自动送丝机一的一部分，送丝导向头二是自动送丝机二的一部分，焊枪是自动焊丝机的一部分，送丝导向头一内的焊丝和送丝导向头二内的焊丝正对焊枪的焊接头下方的焊接区域，送丝导向头一内的焊丝为高熔点金属丝，送丝导向头二内的焊丝为低熔点金属丝；制造方法包括以下步骤，

（1）程序代码的准备：利用三维造型软件设计成形件的三维模型，并转换成STL文件格式，利用STL模型切片软件将所需成形件的STL文件切片为一定厚度的若干层，每一层有相应的形状和边界，利用自动编程软件编写堆焊控制程序，并输入增材制造设备的控制电脑；

（2）焊接准备：将高熔点焊丝和低熔点焊丝分别送入自动送丝机一和自动送丝机二，根据需要调整送丝参数和焊接参数，将基板以合适的位置安装在工作台上；

（3）开始成形件的堆焊：接通自动送丝机一和焊枪，调节堆焊的起始位置点，运行控制程序，控制电脑控制自动送丝机一自动送丝，控制工作台的水平移动，在基板上堆焊出单层平面，即主体结构的第一层；

（4）关闭自动送丝机一，切断高熔点金属丝的供应，停止主体结构的堆焊；

（5）支撑结构的堆焊：打开自动送丝机二，开始提供低熔点焊丝，在同一堆焊层熔覆出支撑结构的对应部分；

（6）返回步骤（3），在已堆焊出的单层平面上进行下一层的堆焊，重复执行步骤（3）～（5），直至支撑结构的最后一层堆焊完成；

（7）成形件的最后一层堆焊层的堆焊：控制电脑控制支撑架向上提升单层堆焊的高度，再次接通自动送丝机一，提供高熔点焊丝，在成形件的已堆焊层的基础上进行上一层的堆焊；

（8）从工作台上拆下基座，取出成形件和基座，去除基座，将带有支撑结构的成形件放入加热炉中；

（9）设置加热炉的加热温度，使加热温度高于低熔点金属丝的熔点且低于高熔点金属丝的熔点；

（10）启动加热炉加热零件，使支撑结构彻底熔化，与成形件分离；

（11）关闭加热炉，待零件冷却后取出成形件，完成零件制造。

2.根据权利要求1所述的一种双金属熔覆增材制造方法，其特征在于，所述步骤（3）中，通过控制电脑控制工作台的移动。

3.根据权利要求1或2所述的一种双金属熔覆增材制造方法，其特征在于，所述自动焊丝机连通储存有氩气的储气瓶，开始堆焊前，自动焊丝机接通氩气，焊枪的焊接喷嘴喷出氩气；零件堆焊完成后，保持接通氩气一段时间，防止氧化。

4.根据权利要求1或2所述的一种双金属熔覆增材制造方法，其特征在于，所述自动焊丝机为氩弧焊机。

5.根据权利要求1或2所述的一种双金属熔覆增材制造方法，其特征在于，所述低熔点金属丝的熔点低于600℃，所述高熔点金属丝的熔点高于1000℃。