CN110238399A - 一种金属陶瓷复合材料增材制造装置及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种金属陶瓷复合材料增材制造装置及其生产方法，包括有送丝喷头、原材料挤压装置以及激光发生器，原材料挤压装置包括有浆料槽以及设置在浆料槽内的挤料圆盘，浆料槽设置有导料管，挤料圆盘设置有贯穿导料管的导料杆，挤料圆盘上还连接有用于推动挤料圆盘朝向浆料槽一侧运动的挤压组件；浆料进入浆料槽后通过挤压组件推动挤料圆盘朝向浆料槽一侧运动，使浆料槽内的浆料受重力以及挤压力进入导料管内，并沿着导料杆的周侧流出，避免浆料表面由于积贮藏的表面能而自发地聚集形成二次颗粒，使沿导料杆流出的浆料形状和流动性满足技术要求，送丝喷头使颗粒汇聚于一点并通过激光发生器使浆料形成熔池，在空间内逐渐堆积成形出金属陶瓷复合材料的实体。

Description

一种金属陶瓷复合材料增材制造装置及其生产方法

技术领域

本发明涉及金属基复合材料技术领域，具体涉及一种金属陶瓷复合材料增材制造装置及其生产方法。

背景技术

金属陶瓷复合材料兼有金属基体材料和陶瓷增强材料的某些优点，如前者的韧性和抗弯性，后者的耐高温、高强度和抗氧化性能等。目前用于金属陶瓷复合材料的制备方法常采用传统熔铸法或粉末冶金法辅以机加工方式。传统熔铸法存在熔体凝固速率慢、在铸型中直接控制增强相的形态、数量和分布难以实现等问题；粉末冶金法存在产品强度低、结构变更和改型困难等问题。

激光增材制造作为一种材料快速成形方法，在金属陶瓷复合材料的成形制造方面具有显著优势，金属陶瓷复合材料的激光增材制造目前主要有两种方法，一种是基于粉末床的选区激光熔化(也称SLM)技术，另一种是基于同轴送粉的激光近净成形(也称LENS)技术。这两种技术对所用粉末材料的形态有着较高的要求，前者要求粉末材料应是球形，且粉末粒径一般应为微米级(1μm至100μm)；后者虽然没有对粉末的形态提出严格要求，但要求粉末材料必须具有良好的流动性。

然而，对于工业上多数场合下的金属或陶瓷粉末，颗粒与邻近的颗粒粘附，并且有时形成链状或更复杂的形状，其流动性差，尤其是处在亚微米级、甚至纳米级的超细粉末，因其发达的表面积贮藏着高的表面能，容易自发地聚集成二次颗粒，其形状和流动性显然不能满足LENS的技术要求，现有技术存在改进之处。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，通过挤压组件推动挤料圆盘，通过挤料圆盘和浆料槽的挤压使粘连的颗粒进入导料管和导料杆之间并从导料杆的周侧流出，送丝喷头使颗粒汇聚于一点并通过激光发生器使浆料形成熔池，在空间内逐点、逐线、逐层堆积成形出金属陶瓷复合材料的实体。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，包括有送丝喷头、原材料挤压装置以及激光发生器，所述原材料挤压装置包括有浆料槽以及设置在所述浆料槽内的挤料圆盘，所述浆料槽设置有导料管，所述挤料圆盘设置有贯穿所述导料管的导料杆，所述挤料圆盘上还连接有用于推动所述挤料圆盘朝向所述浆料槽一侧运动的挤压组件。

通过采用上述技术方案，操作者将用于成型的浆料至于浆料槽内，通过挤压组件推动挤料圆盘朝向浆料槽一侧运动，使浆料槽内的浆料受重力以及挤压力进入导料管内，并沿着导料杆的周侧流出，避免浆料表面由于积贮藏的表面能而自发地聚集形成二次颗粒，使沿导料杆流出的浆料形状和流动性满足LENS的技术要求，送丝喷头使颗粒汇聚于一点并通过激光发生器使浆料形成熔池，在空间内逐点、逐线、逐层堆积成形出金属陶瓷复合材料的实体。

本发明进一步设置为：所述挤压组件包括有电机以及通过联轴器与所述电机连接的螺杆，所述挤料圆盘上设置有用于套设所述螺杆的传动套筒，所述传动套筒与所述螺杆通过传动螺母螺纹配合。

通过采用上述技术方案，电机转动后带动螺杆转动，螺杆于传动套筒之间螺纹配合，传动套筒随螺杆的转动在螺杆上滑动，挤料圆盘通过传动套筒与浆料槽内的浆料发生挤压，通过螺纹传动的方式一方面是为了保证挤料圆盘在挤压过程中进给量稳定，从而保证沿导料杆流出的浆料量稳定，另一方面是为了保证挤料圆盘有足够的压力将浆料槽内的浆料挤出。

本发明进一步设置为：所述挤料圆盘上延伸有喂料口，所述喂料口贯穿所述挤料圆盘。

通过采用上述技术方案，便于操作者将浆料添加至挤料圆盘和浆料槽之间。

本发明进一步设置为：所述喂料口上延伸有喂料管。

通过采用上述技术方案，使将浆料能够经过喂料管进入浆料槽内，便于添加浆料，减少浆料的浪费。

本发明进一步设置为：所述浆料槽具有环形槽体，所述送料管沿所述环形槽体的周侧均匀分布，所述挤料圆盘呈圆弧形环状设置，所述挤料圆盘嵌设在所述环形槽体内。

通过采用上述技术方案，减少浆料槽内浆料的存储量，减少该装置工作时浆料的需求量即少量浆料即可正常工作。

本发明进一步设置为：所述导料管具有通道，所述通道靠近所述浆料槽一侧呈缩口设置有缩颈口，所述导料杆包括有所述缩颈口间隙配合的杆本体以及设置在所述杆本体端部的抵接块，所述抵接块滑动设置在所述通道内，所述抵接块与所述缩颈口处抵接。

通过采用上述技术方案，浆料槽内的浆料受到挤料圆盘的挤压后，浆料通过缩颈口进入通道内，通道内的浆料沿着导料杆流出，当抵接块与缩颈口抵接时，由于缩颈口直径较小使通道内的浆料停止流出。

本发明进一步设置为：所述缩颈口呈腰型槽设置，所述杆本体与所述缩颈口对应设置。

通过采用上述技术方案，腰型槽设置的缩颈口以及与腰型槽对应设置的杆本体能够限制导料杆的转动，从而减少挤料圆盘在挤压过程中的晃动。

本发明进一步设置为：所述缩颈口与所述通道之间设置有倒角，所述抵接块与所述倒角抵接。

通过采用上述技术方案，抵接块与倒角呈“线-面”接触，进一步提高抵接块与缩颈口抵接时的密闭效果，避免密闭时浆料流出。

本发明还公开了一种所述增材制造装置的生产方法，包括有以下步骤：

S1：建立所成形金属零件的三维模型，根据金属零件的成形精度要求，对三维模型进行分层处理，然后将分层数据输入成形控制系统，启动成形控制系统；

S2：控制系统通过控制电机使螺杆旋转，通过传动套筒使导料杆下端的抵接块抵接于导料管内的缩颈口处，操作者通过喂料口使浆料位于浆料槽与挤料圆盘之间；

S3：控制系统通过控制伺服电机使螺杆旋转，通过传动套筒使挤料圆盘挤压位于浆料槽内的浆料，并使抵接块与缩颈口分离，挤压后的浆料沿导料管流出；

S4：送丝喷头将三路丝材的交点与激光光斑重合形成熔池，熔池在空间逐点、逐线、逐层堆积成形出金属陶瓷复合材料实体。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

1、通过挤压的方式使粘连的浆料进入导料管内，通过导料管与导料杆之间的间隙使浆料具有良好的流动性，满是增材制造的需求；

2、挤压组件选择螺纹传动的方式一方面是为了保证挤料圆盘在挤压过程中进给量稳定，从而保证沿导料杆流出的浆料量稳定，另一方面是为了保证挤料圆盘有足够的压力将浆料槽内的浆料挤出；

3、导料杆与导料管配套设置，便于在生产过程中控制浆料的流出和停止。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为一种金属陶瓷复合材料增材制造装置的整体结构示意图；

图2为原材料挤压装置的结构示意图；

图3为挤压组件的结构示意图；

图4为导料管与导料杆的结构示意图；

图5为增材制造生产方法流程图。

图中：1、激光发生器；2、激光传输管道；3、喂料口；4、挤料圆盘；5、浆料槽；5、送丝喷头；7、伺服电机；8、联轴器；9、螺杆；10、传动套筒；11、固定件；12、导料管；121、通道；122、缩颈口13、T型导料杆；131、抵接块；14、传动螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，包括有送丝喷头、原材料挤压装置以及激光发生器，结合图2所示，原材料挤压装置包括有浆料槽以及设置在浆料槽内的挤料圆盘，浆料槽设置有导料管，挤料圆盘设置有贯穿导料管的导料杆，挤料圆盘上还连接有用于推动挤料圆盘朝向所述浆料槽一侧运动的挤压组件。浆料槽具有环形槽体，送料管沿所述环形槽体的周侧均匀分布，挤料圆盘呈圆弧形环状设置，挤料圆盘嵌设在环形槽体内。

结合图3所示，挤压组件包括有伺服电机以及通过联轴器与伺服电机连接的螺杆，挤料圆盘上设置有用于套设螺杆的传动套筒，传动套筒与螺杆通过传动螺母螺纹配合。

结合图4所示，导料管具有通道，通道靠近浆料槽一侧呈缩口设置有缩颈口，导料杆包括有缩颈口间隙配合的杆本体以及设置在杆本体端部的抵接块，抵接块滑动设置在通道内，抵接块与缩颈口处抵接。缩颈口呈腰型槽设置，杆本体与缩颈口对应设置；缩颈口与通道之间设置有倒角，抵接块与倒角抵接。

为了便于操作者将浆料至于浆料槽内，挤料圆盘上延伸有喂料口，喂料口贯穿挤料圆盘，在喂料口上延伸有喂料管。

结合图5所示，一种使用上述金属陶瓷复合材料增材制造装置的生产方法，具体实施过程如下：

S1：建立所成形金属零件的三维模型，根据金属零件的成形精度要求，对三维模型进行分层处理，然后将分层数据输入成形控制系统，启动成形控制系统；

S2：控制系统通过控制电机使螺杆旋转，通过传动套筒使导料杆下端的抵接块抵接于导料管内的缩颈口处，操作者通过喂料口使浆料位于浆料槽与挤料圆盘之间；

S3：控制系统通过控制伺服电机使螺杆旋转，通过传动套筒使挤料圆盘挤压位于浆料槽内的浆料，并使抵接块与缩颈口分离，挤压后的浆料沿导料管流出；

S4：送丝喷头将三路丝材的交点与激光光斑重合形成熔池，熔池在空间逐点、逐线、逐层堆积成形出金属陶瓷复合材料实体。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，包括有送丝喷头、原材料挤压装置以及激光发生器，其特征在于，所述原材料挤压装置包括有浆料槽以及设置在所述浆料槽内的挤料圆盘，所述浆料槽设置有导料管，所述挤料圆盘设置有贯穿所述导料管的导料杆，所述挤料圆盘上还连接有用于推动所述挤料圆盘朝向所述浆料槽一侧运动的挤压组件。

2.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，其特征在于，所述挤压组件包括有电机以及通过联轴器与所述电机连接的螺杆，所述挤料圆盘上设置有用于套设所述螺杆的传动套筒，所述传动套筒与所述螺杆通过传动螺母螺纹配合。

3.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，其特征在于，所述挤料圆盘上延伸有喂料口，所述喂料口贯穿所述挤料圆盘。

4.根据权利要求3所述的一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，其特征在于，所述喂料口上延伸有喂料管。

5.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，其特征在于，所述浆料槽具有环形槽体，所述送料管沿所述环形槽体的周侧均匀分布，所述挤料圆盘呈圆弧形环状设置，所述挤料圆盘嵌设在所述环形槽体内。

6.根据权利要求1或5所述的一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，其特征在于，所述导料管具有通道，所述通道靠近所述浆料槽一侧呈缩口设置有缩颈口，所述导料杆包括有所述缩颈口间隙配合的杆本体以及设置在所述杆本体端部的抵接块，所述抵接块滑动设置在所述通道内，所述抵接块与所述缩颈口处抵接。

7.根据权利要求6所述的一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，其特征在于，所述缩颈口呈腰型槽设置，所述杆本体与所述缩颈口对应设置。

8.根据权利要求7所述的一种金属陶瓷复合材料增材制造装置，其特征在于，所述缩颈口与所述通道之间设置有倒角，所述抵接块与所述倒角抵接。

9.一种使用如权利要求1至8任一所述的增材制造装置的生产方法，其特征在于，包括有以下步骤：

S1：建立所成形金属零件的三维模型，根据金属零件的成形精度要求，对三维模型进行分层处理，然后将分层数据输入成形控制系统，启动成形控制系统；

S2：控制系统通过控制电机使螺杆旋转，通过传动套筒使导料杆下端的抵接块抵接于导料管内的缩颈口处，操作者通过喂料口使浆料位于浆料槽与挤料圆盘之间；

S3：控制系统通过控制伺服电机使螺杆旋转，通过传动套筒使挤料圆盘挤压位于浆料槽内的浆料，并使抵接块与缩颈口分离，挤压后的浆料沿导料管流出；

S4：送丝喷头将三路丝材的交点与激光光斑重合形成熔池，熔池在空间逐点、逐线、逐层堆积成形出金属陶瓷复合材料实体。