CN115852285B - 一种金属3d熔丝打印用丝材的多维应力控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法，涉及金属3D熔丝打印制备技术领域，将钛合金料卷放置在密闭的真空罐体中高温加热后降温处理；然后通过电磁温感线圈进行二次给热过程；通过电振器对二次给热处理后的钛合金卷丝采取高频电振动处理；通过9轮垂直矫直器和9轮水平矫治器相配套，从水平及垂直两个不同方向将电振器处理后的钛丝矫直；根据矫直后的钛丝行走的线速度及径向旋转度数得出旋转水平的测量值，最后将钛丝重新收线；实现了高精度的钛合金丝材轴向直线度，达到高精度的要求，避免了3D熔丝堆焊打印过程中丝材弯曲引起的等离子偏移现象，提高了3D熔丝打印生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属3D熔丝打印制备技术领域，具体涉及一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法。
背景技术
熔丝3D打印用丝材由盘圆弯曲状态被输送进等离子水冷铜枪口再融化二次定型，在此过程中，丝材需保持特定的轴向直线度和径向旋转度，需要克服丝材本身固有的弯曲及旋转应力。
丝材在打印前，是以卷丝状态存在的，也就是一圈一圈缠绕在盘子上，绕在盘子上的丝材受原有状态影响是存在一定弯曲和扭转应力的，因此绕在线盘上的丝材放线做熔丝打印时，固有的弯曲度和旋转应力就会出现影响正常的打印过程。为此提出一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法以解决以上问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法，从制造至成品缠绕消除其固有不利特性，以满足熔丝打印行业的材料需求，解决现有技术中存在的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法，包括以下步骤：
将卷曲状态的钛丝经过线盘缠绕后放置在真空罐体中高温加热后进行降温处理；
将降温处理后的钛丝通过电磁温感线圈进行二次给热过程，使钛丝的温度维持在指定范围内；
使用角度控制器将二次给热处理后的钛丝与水平面之间的夹角保持在45°-55°，然后利用电振器对二次给热处理后的钛丝采取高频电振动处理；
通过9轮垂直矫直器和9轮水平矫治器，将电振器处理后的钛丝从水平与垂直两个不同方向进行矫正，使得钛丝具有轴向直线度；
采用径向角度探测器对矫直后钛丝的径向旋转度进行测量，得到钛丝径向旋转的度数；
根据钛丝径向旋转的度数反向控制收线回转车中收线盘的旋转角度来消除收线时钛丝的扭转应力，其中收线盘的旋转角度与钛丝径向旋转的度数相同，从而完成钛丝的收线。
进一步地，采用罐体壁夹层的加热丝加热对钛合金料卷进行提温。
进一步地，所述钛丝的温度维持的指定范围为110℃-150℃。
进一步地，所述高频电振动的频率为200次/分钟，振幅为5cm。
进一步地，所述热处理后放线的钛丝与放线点之间的水平夹角保持在45°-55°。
进一步地，采用热粘连解除器将真空热电装置的卷丝在热作用下形成的料圈相互粘连现象消除。
进一步地，通过在收线回转车底座设置有万向轮进行位置调整。
进一步地，所述收线回转车中的收线盘具有双向45℃的偏向调整功能。
进一步地，所述9轮垂直矫直器与9轮水平矫治器相互配套来从水平及垂直两个不同方向将电磁温感线圈装置处理后的110℃左右的钛丝矫直。
本发明提供了一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法，具备以下
有益效果：
(1)实现了高精度的钛合金丝材轴向直线度，达到1mm/m的高精度要求，避免了3D熔丝堆焊打印过程中丝材弯曲引起的等离子偏移现象，杜绝了3D打印件轨迹打歪、打偏的质量事故，
(2)避免了3D熔丝打印过程中的径向旋转控制系统的使用，降低了3D打印的控制难度系数，消除了随着钛丝输送距离的增加而产生径向旋转角度的不断累加引起的钛丝扭伤、钛丝跳盘、钛丝散乱的过程现象，此种现象会引起生产的中断和材料的损耗。
(3)提高3D熔丝打印材料的利用率，由于避免了散丝、乱丝、弯曲丝情况的产生，也就避免了停机裁切报废此种材料的情况，实现了材料100％的高效利用。
(4)提高了3D熔丝打印生产效率。由于避免了过程检修、材料裁切报废、设备启停准备等过程，打印效率有所提高，每次生产中断或者生产异常，需要停机检修约30Min左右。
(5)提高了3D熔丝打印件的产品质量，3D熔丝打印件在连线稳定作业条件下质量最好，若发生停机熄弧等情况，不但需要重新数控编程，更重要的是需要重新启动高温等离子弧，弧的启停会引起相应部位的钛丝熔池状态发生变化，进行影响产品的力学性能和打印形状，产生质量问题。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明主要设计的为3D熔丝打印用钛合金丝材旋转应力控制的生产工艺及主要装置，具体实施内容为：
真空电热装置提供真空状态下的钛合金卷丝热处理过程，达到两个目的：一是将盘圆丝原生产过程中产生的轴向及径向应力消除；二是降低材料表面及内部的附着物和气体元素含量水平；选取φ3.20*coil的卷丝100KG，在真空电热装置真空条件下以650℃保温8小时，真空度为1*10-2Pa条件下进行热处理(在保温过程中是真空状态)，热处理的卷丝消除了原有有的轴向及径向应力，没有了径向旋转属性，只有了热处理后的卷曲应力，并使钛合金的氢含量保持在0.005％以内。
真空电热装置是在真空条件下对钛合金料卷加热的，加热前，料卷由自然卷曲状态的丝经过线盘一圈圈重新缠绕而成的，在此缠绕过程中，丝会产生弯曲和扭转，也就是缠绕后的料卷有了弯曲应力和扭转应力，在高温加热过程中，料卷将原有的弯曲应力和扭转应力消除，但会产生以料卷现有卷曲状态存在的弯曲应力。新产生的应力也就是后续工序需要消除解决的。
真空电加热是将料卷置于密闭罐体内，在抽真空负压状态下，由罐壁夹层的加热丝加热进行提温，以达到热处理的作用。
真空电加热后的丝不是直接开始进行电磁温感线圈处理的，而是罐体内的料卷处理完毕降温后拿出来再进行下一步生产的。
电磁温感线圈主要提供二次给热过程，使钛合金温度维持在110℃-150℃，此装置有两个作用：一是提供热能使钛丝的硬度降低，给下道工序的轴向直线度处理提供必要条件；二是温度需稳定在指定范围，不能引起钛材表面着色氧化；在电磁感应线圈150℃的温热条件下，钛合金料卷局部温度升高使其本身具有的硬度降低，此温度避免了材料表面的异常氧化及二次吸氢过程，使钛丝有了有利的后续制备条件。
热粘连解除器的功能是为了将真空热电装置的卷丝在热作用下形成的料圈相互粘连现象消除，此装置分两部分，电振器直接作用于钛合金丝材上，高频电振动，200次/分钟，振幅5cm；角度控制器自动测量钛丝与放线收线直线距离的角度，一般保持在45°-55°。这两种装置的目的是为了使钛丝在放线时同步实现粘连消除现象，避免依托硬拉力使钛丝放线时折弯，若此现象发生则为重要的质量事故，会引起3D熔丝打印的生产中断；热粘连解除器通过高频震动以及与料卷放线切线方向的适当角度控制，真空电热后的料卷在放线过程中避免一圈圈的相互粘连而引起丝材打弯及折弯的质量问题，使钛丝放线保持顺滑与流畅。
轮垂直矫直器和9轮水平矫治器相配套，目的是从水平及垂直两个不同方向将电磁温感线圈装置处理后的110℃左右的钛丝矫直，增强材料的轴向应力，使其具备轴向直线度，且使钛丝具备在外力弯曲后也能恢复原状直线度的能力，这种丝材直线度的能力是3D熔丝打印保持稳定性的关键前提；水平及垂直矫直器使有一定弯曲度和合理温度的钛丝经过双向的反复修正，钛丝保持了相应的直度能力，此能力可由矫直器的相互作用力的大小进行调节，最终使钛丝的直度完全符合要求。
径向角度探测器是根据钛丝行走的线速度及径向旋转度数计算出来的旋转水平，此装置是给后续的绕丝回转车提供收线缠绕角度做依据，以使丝材缠绕时以径向自然状态收线，可使径向旋转小于5°，径向角度探测器是消除旋转角度的检测装置。
收线回转车将钛丝重新收线，收线的材料再作为合格的3D熔丝打印材料；收线回转车的收线角度根据径向角度探测器的测量值做收线径向调整；钛丝的径向旋转角度越小，3D熔丝打印的输线装置越简单，后续的加工过程越稳定，3D打印设备的输线过程避免了不可靠的角度锁定装置，从根本上避免了3D打印放线过程中旋转角度的不断累加造成的乱丝、散丝等现象而引起的生产事故。
收线回转车是可移动的收线装置，一是回转车整体由四个底座万向轮进行位置调整，二是收线盘本身具有双向45℃的偏向调整功能，在收线前由丝材的径向角度探测器测量丝材本身具有的旋转角度后，由回转车收线装置反向控制径向收线过程，使钛合金丝材的旋转应力完全消除，旋转角度得到控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
将卷曲状态的钛丝经过线盘缠绕后放置在真空罐体中高温加热后进行降温处理；采用罐体壁夹层的加热丝加热对钛合金料卷进行提温；采用热粘连解除器将真空热电装置的卷丝在热作用下形成的料圈相互粘连现象消除；其中，在真空罐体中采用650℃的高温对钛丝进行加热；
将降温处理后的钛丝通过电磁温感线圈进行二次给热过程，使钛丝的温度维持在指定范围内；所述钛丝的温度维持的指定范围为110℃-150℃；
使用角度控制器将二次给热处理后的钛丝与水平面之间的夹角保持在45°-55°，然后利用电振器对二次给热处理后的钛丝采取高频电振动处理，所述高频电振动的频率为200次/分钟，振幅为5cm；
通过9轮垂直矫直器和9轮水平矫直器，将电振器处理后的钛丝从水平与垂直两个不同方向进行矫正，使得钛丝具有轴向直线度；
采用径向角度探测器对矫直后钛丝的径向旋转度进行测量，得到钛丝径向旋转的度数；
根据钛丝径向旋转的度数反向控制收线回转车中收线盘的旋转角度来消除收线时钛丝的扭转应力，其中收线盘的旋转角度与钛丝径向旋转的度数相同，从而完成钛丝的收线。
2.根据权利要求1所述的一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法，其特征在于，
通过在收线回转车底座设置有万向轮进行位置调整。
3.根据权利要求2所述的一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法，其特征在于，
所述收线回转车中的收线盘具有双向45℃的偏向调整功能。
4.根据权利要求1所述的一种金属3D熔丝打印用丝材的多维应力控制方法，其特征在于，
所述9轮垂直矫直器与9轮水平矫直器相互配套来从水平及垂直两个不同方向将电磁温感线圈装置处理后的110℃的钛丝矫直。
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