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一种用于增材制造的自动送丝装置及其使用方法.pdf

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一种 用于 制造 自动 装置 及其 使用方法
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摘要
申请专利号:

CN201910100665

申请日:

20190131

公开号:

CN109551145A

公开日:

20190402

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: B23K37/00 主分类号: B23K37/00
申请人: 西安增材制造国家研究院有限公司
发明人: 方学伟;张丽娟;许康;卓君;禄娟;张宇欣;赵纪元;卢秉恒
地址: 710075 陕西省西安市高新区锦业路1号都市之门A座1606室
优先权:
专利代理机构: 61200 代理人: 徐文权
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910100665

授权公告号:

法律状态公告日:

20190426

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明公开了一种用于增材制造的自动送丝装置及其使用方法,该装置将送丝装置和增材制造装置设置在两个独立的舱体内,其内部气氛相互独立且密封,两个舱体能够独立的进行抽真空或洗气,使得送丝装置在多次更换焊丝的时候,无需破坏增材制造处于舱体的气氛,进而影响增材制造出的产品的质量;该装置有效解决了在不破坏气氛保护的情况下,进行焊丝的更换及解决送丝不畅?#20219;?#39064;,?#26723;土司?#27982;成本;本发明更换焊丝和增材制造的灵活性强,操作性强,有效提高了旁轴送丝过程中的送丝效率及自动化程度;同?#22791;?#35013;置在送丝的终?#36865;?#36807;送丝管和送丝嘴进行送丝,为一种直管送丝的方式,?#38498;?#19997;有校直功能。

权利要求书

1.一种用于增材制造的自动送丝装置,其特征在于,包括过渡舱(1)和气氛室(10),过渡舱(1)固定在气氛室(10)的外侧壁上,过渡舱(1)和气氛室(10)的连接处开设有气氛室密封口(14);过渡舱(1)内部设置有送丝装置,过渡舱(1)的外部设置有第一气氛净化装置(11),第一气氛净化装置(11)通过气体管道连通至过渡舱(1)的内部;气氛室(10)的外部设置有第二气氛净化装置(17),第二气氛净化装置(17)通过气体管道连通至气氛室(10)的内部,气氛室(10)内部设置有热源(9),热源(9)上连接有送丝支架(6),送丝支架(6)的下端连接有送丝管(7),沿送丝方向,送丝管(7)的前端连接有送丝嘴(8);热源(9)的下?#23435;?#28909;源输出端(16),沿送丝方向,送丝嘴(8)在热源输出端(16)中心位置的下方; 送丝装置的输出端连接有送丝软管(5),送丝软管(5)穿过气氛室密封口(14),另一端和送丝管(7)的后端连接。 2.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的自动送丝装置,其特征在于,送丝装置包括送丝盘(2)和送丝机(4),沿送丝方向,送丝机(4)在送丝盘(2)的前方;送丝盘(2)上缠绕有焊丝(3),送丝机(4)的焊丝输出端和送丝软管(5)连通;焊丝(3)从送丝盘(2)穿过送丝机(4)内部,输入至送丝软管(5)内。 3.根据权利要求2所述的一种用于增材制造的自动送丝装置,其特征在于,过渡舱(1)的外部设置有送丝机控制器(12),送丝机控制器(12)和送丝机(4)连通。 4.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的自动送丝装置,其特征在于,第一气氛净化装置(11)为真空泵、装载有氩气或氦气的气体装置?#22351;?#20108;气氛净化装置(17)为装载有氩气或氦气的气体装置。 5.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的自动送丝装置,其特征在于,送丝嘴(8)的轴线和水平方向的夹角为0°~60°。 6.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的自动送丝装置,其特征在于,过渡舱(1)和气氛室(10)的连接处设置有连通阀(13)。 7.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的自动送丝装置,其特征在于,送丝支架(6)的上端设置有套管套装在热源(9)上部的侧面;送丝支架(6)的下?#36865;?#36807;轴孔配合连接送丝管(7)。 8.一种权利要求1-7任意一项所述的用于增材制造的自动送丝装置的使用方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1,将气氛室(10)通过第二气氛净化装置(17)进行抽真空或洗气,至气氛室(10)内的氧含量小于50ppm;将过渡舱(1)通过第一气氛净化装置(11)进行抽真空或洗气,至过渡舱(1)内的氧含量小于50ppm; 步骤2,通过送丝装置向送丝软管(5)内送丝,焊丝穿过送丝软管(5)和送丝管(7),通过送丝嘴(8)输出,输出的焊丝在热源输出端(16)的正下方; 步骤3,送丝装置内的焊丝使用完,通过第一气氛净化装置(11)调节过渡舱(1)内的压力至大气压,打开过渡舱(1)的舱门,在送丝装置内补入焊丝;通过第一气氛净化装置(11)对过渡舱(1)进行抽真空或洗气,至过渡舱(1)内的氧含量小于50ppm; 步骤4,重?#24202;?#39588;2和步骤3,至增材制造结束。 9.根据权利要求8所述的用于增材制造的自动送丝装置的使用方法,其特征在于,步骤1中,第一气氛净化装置(11)抽真空时,抽至过渡舱(1)内的压力为10-2~10-1MPa?#22351;?#19968;气氛净化装置(11)或第二气氛净化装置(17)洗气时,充入的气体为氦气或氩气。 10.根据权利要求8所述的用于增材制造的自动送丝装置的使用方法,其特征在于,步骤2中,送丝装置的送丝速?#20219;?.5-5m/min。

说明书


一种用于增材制造的自动送丝装置及其使用方法
【技术领域】


本发明属于金属焊接及增材制造领域,具体涉及一种用于增材制造的自动送丝装
置及其使用方法。


【背景技术】


随着增材制造技术的发展,熔丝增材制造是热门的研究领域之一;熔丝增材制造
的原理是:采用制图软件设计零部件的三维模型,然后根据零件的结构利用“切片”软件进
行分层、切片,然后生?#19978;?#24212;的路径规划程序代码,再采用熔丝增材制造的方法按照规划的
路径进行逐层堆积,最终形成三维实体零件毛坯。


熔丝增材制造的热源主要有电弧、电子束、激光等,由于增材制造熔丝过程中高温
高达1700℃,钛合金、高温合金、高强钢等材料在增材制造过程中很容易高温氧化,需要在
整体低氧或保护气氛下进行;


现有的增材制造熔丝?#20302;?#20013;,送丝?#20302;?#22823;多放置于气氛室内部或裸露放置于外
部;送丝?#20302;?#33509;放置于气氛室外部,空气会随着焊丝沿送丝管进入熔池,增材制造过程中,
堆积层在高温下氧化严重;若放置于气氛室内部,则能够有效的进行气氛保护,但焊丝无法
连续更换,需开启气氛室舱门进入气氛室内部更换,这样会造成气氛室气氛破坏,再次净化
存在成本高、净化时间长?#20219;?#39064;,不利于增材制造中连续打印;且现有的送丝?#20302;?#20013;,送丝
支架处大多采用弯管送丝,只能调节焊丝高度,不能调节焊丝与基板的送丝仰角,且送出的
焊丝呈弯曲弧形状,不能有效进入熔池。


【发明内容】


本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种用于增材制造的自动送丝
装置及其使用方法;该装置在无需破坏气氛室的情况下,可连续多次对原材料进行更换,并
由送丝机自动送丝。


为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:


一种用于增材制造的自动送丝装置,包括过渡舱和气氛室,过渡舱固定在气氛室
的外侧壁上,过渡舱和气氛室的连接处开设有气氛室密封口;过渡舱内部设置有送丝装置,
过渡舱的外部设置有第一气氛净化装置,第一气氛净化装置通过气体管道连通至过渡舱的
内部;气氛室的外部设置有第二气氛净化装置,第二气氛净化装置通过气体管道连通至气
氛室的内部,气氛室内部设置有热源,热源上连接有送丝支架,送丝支架的下端连接有送丝
管,沿送丝方向,送丝管的前端连接有送丝嘴;热源的下?#23435;?#28909;源输出端,沿送丝方向,送丝
嘴在热源输出端中心位置的下方;


送丝装置的输出端连接有送丝软管,送丝软管穿过气氛室密封口,另一端和送丝
管的后端连接。


本发明的进一步改进在于:


优选的,送丝装置包括送丝盘和送丝机,沿送丝方向,送丝机在送丝盘的前方;送
丝盘上缠绕有焊丝,送丝机的焊丝输出端和送丝软管连通;焊丝从送丝盘穿过送丝机内部,
输入至送丝软管内。


优选的,过渡舱的外部设置有送丝机控制器,送丝机控制器和送丝机连通。


优选的,第一气氛净化装置为真空泵、装载有氩气或氦气的气体装置?#22351;?#20108;气氛净
化装置为装载有氩气或氦气的气体装置。


优选的,送丝嘴的轴线和水平方向的夹角为0°~60°。


优选的,过渡舱和气氛室的连接处设置有连通阀。


优选的,送丝支架的上端设置有套管套装在热源上部的侧面;送丝支架的下?#36865;?br>过轴孔配合连接送丝管。


一种上述用于增材制造的自动送丝装置的使用方法,包括以下步骤:


步骤1,将气氛室通过第二气氛净化装置进行抽真空或洗气,至气氛室内的氧含量
小于50ppm;将过渡舱通过第一气氛净化装置进行抽真空或洗气,至过渡舱内的氧含量小于
50ppm;


步骤2,通过送丝装置向送丝软管内送丝,焊丝穿过送丝软管和送丝管,通过送丝
嘴输出,输出的焊丝在热源输出端的正下方;


步骤3,送丝装置内的焊丝使用完,通过第一气氛净化装置调节过渡舱内的压力至
大气压,打开过渡舱的舱门,在送丝装置内补入焊丝;通过第一气氛净化装置对过渡舱进行
抽真空或洗气,至过渡舱内的氧含量小于50ppm;


步骤4,重?#24202;?#39588;2和步骤3,至增材制造结束。


进一步的,步骤1中,第一气氛净化装置抽真空时,抽至过渡舱内的压力为10
-2~
10
-1MPa?#22351;?#19968;气氛净化装置或第二气氛净化装置洗气时,充入的气体为氦气或氩气。


进一步的,步骤2中,送丝装置的送丝速?#20219;?.5-5m/min。


与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:


本发明公开了一种用于增材制造的自动送丝装置,该装置将送丝装置和增材制造
装置设置在两个独立的舱体内,其内部气氛相互独立且密封,两个舱体能够独立的进行抽
真空或洗气,使得送丝装置在多次更换焊丝的时候,无需破坏增材制造处于舱体的气氛,进
而影响增材制造出的产品的质量;该装置有效解决了在不破坏气氛保护的情况下,进行焊
丝的更换及解决送丝不畅?#20219;?#39064;,?#26723;土司?#27982;成本;本发明更换焊丝和增材制造的灵活性
强,操作性强,有效提高了旁轴送丝过程中的送丝效率及自动化程度;同?#22791;?#35013;置在送丝的
终?#36865;?#36807;送丝管和送丝嘴进行送丝,为一种直管送丝的方式,?#38498;?#19997;有校直功能,有效的将
焊丝精准的送至熔池中心位置,有效避免了熔化过程中熔滴的飞溅及金属的损失;焊丝经
热源熔化后,与基材结合,形成堆积层,堆积层成型稳定、无氧化。


进一步的,本发明中的送丝装置包括送丝盘和送丝机,送丝机能够控制送丝速度,
送丝盘用于存储焊丝。


进一步的,本发明中的送丝机受控于送丝机控制器,便于送丝机的启停和送丝速
度的设定。


进一步的,过渡舱采用抽真空或惰性气体置换,用于预防过渡舱中空气进入气氛
室中。


进一步的,送丝嘴在热源输出端的正下方,使得从送丝嘴输出的焊丝在热源输出
端的正下方,用于增材制造。


进一步的,过渡舱和气氛室的连接处设置有连通阀,使得送丝机送出的焊丝通过
送丝软管经此连通阀进入气氛室内部。


进一步的,送丝支架的上端设置有套管套装在热源的上部,使得送丝支架能够沿
着热源上下移动;送丝支架的下?#36865;?#36807;轴孔配合连接有送丝管,使得送丝管的轴线和水平
方向的夹角能够调节。


本发明还公开了一种用于增材制造的自动送丝装置的使用方法,该装置将送丝装
置和增材制造设置在两个独立的舱体内,其内部气氛相互独立且密封,使得在无需破坏气
氛室内气氛的情况下,通过重?#24202;?#39588;2和步骤3,连续多次对原材料进行更换,简化了增材制
造中的焊丝更换流程,缩短了更换周期。


【附图说明】


图1为本发明的装置结构示意图;


其中:1-过渡舱;2-送丝盘;3-焊丝;4-送丝机;5-送丝软管;6-送丝支架;7-送丝
管;8-送丝嘴;9-热源;10-气氛室;11-第一气氛净化装置;12-送丝机控制器;13-连通阀;
14-气氛室密封口;15-基板;16-热源输出端;17-第二气氛净化装置。


【具体实施方式】


下面结合附图对本发明做进一步详?#35813;?#36848;:


参见图1,本发明公开了一种用于增材制造的自动送丝装置及其使用方法;该装置
包括过渡舱1、送丝盘2、焊丝3、送丝机4、送丝软管5、送丝支架6、送丝管7、送丝嘴8、热源9、
气氛室10、第一气氛净化装置11、送丝机控制器12、连通阀13、气氛室密封口14、基板15、热
源输出端16和第二气氛净化装置17。


过渡舱1固定于气氛室10的外侧,过渡舱1的顶部固定设置有第一气氛净化装置11
和送丝机控制器12,过渡舱1的侧壁上设置有舱门,便于送丝盘2的更换,第一气氛净化装置
11设置有气体管道连通至过渡舱1的内部,第一气氛净化装置11能够对过渡舱1抽真空或进
行保护气体的输入,进而对过渡舱1的内的气体进行置换,保护气体为氩气或氦气,第一气
氛净化装置11设置在过渡舱1的顶部,便于空气的抽取和气体的置换;过渡舱1内?#24247;?#31471;固
定有送丝盘2,送丝盘2上缠绕有焊丝3,过渡舱1内?#24247;?#31471;在送丝盘2的前方(此处的前方为
沿送丝方向)固定有送丝机4,送丝机4内的送丝?#31181;?#38388;夹装有焊丝3;送丝机控制器12和送
丝机4连通,送丝机控制器12用于启停送丝机4,同时能够设定送丝机4的送丝速度,送丝速
?#20219;?.5~5m/min;送丝过程中,过渡舱1内的氧含量要求50ppm,当过渡舱1内为真空状态
时,过渡舱1内的压力要求为10
-2~10
-1MPa?#24359;?br>

过渡舱1和气氛室10的接触壁上开设有气氛室密封口14和连通阀13,送丝软管5的
一端穿过气氛室密封口14与送丝机4连通,另一端和过渡舱1内的送丝管7连接;连通阀13关
闭时能够隔离过渡舱1和气氛室10,开启时能够使过渡舱1和气氛室10处于连通状态;过渡
舱1的侧壁上设置有舱门,便于装置的查看和检修;气氛室10内设置有热源9和送丝支架6,
热源9的下端固定设置有热源输出端16,用于输出能够融化焊丝3的热源,如激光、电弧或电
子束等;送丝支架6的上端固定设置在热源9上部的侧面,送丝支架6的下?#36865;?#36807;轴孔连接设
置有送丝管7,送丝管7的后方和送丝软管5连接,送丝管7的前端连接有送丝嘴8,送丝嘴8位
于热源输出端16的下后,使得从送丝嘴8输出的焊丝3能够在热源输出端16的正下方,送丝
嘴8的轴线和水平方向的夹角为α,α的范围为0°~60°;送丝支架6的上端设置有套管套装在
热源9的上部,使得送丝支架6能够沿着热源9上下移动,送丝管7通过轴孔连接设置在送丝
支架6的下端,使得送丝管7和基板15形成的角度能够调整;气氛室10的外部设置有第二气
氛净化装置17,第二气氛净化装置17设置有气体管道连通至气氛室10的内部,第二气氛净
化装置17能够对气氛室10进行保护气体的输入,进而对气氛室10内的气体进行置换,保护
气体为氩气或氦气,第二气氛净化装置17为能够大量提供氩气或氦气的气体净化装置;热
源9输出热源,送丝支架6距离热源9的高度由热源9上部侧面的定位销控制,送丝管7和热源
9相对固定,整体运动由机器人或机床控制。


送丝机4带动焊丝3从送丝盘13上脱离,经过送丝机4中送丝轮的传送进入送丝软
管5内,经过送丝软管5进入送丝管7,从送丝嘴8中输出。


第一气氛净化装置11能够为真空泵或装载有氩气或氦气的气体装置,如氦气瓶、
氩气?#24247;齲坏?#20108;气氛净化装置17为气体净化装置,用于向气氛室10或整个装置提供氩气或
氦气。


该装置有以下三种使用方法,无论是哪种使用方式,使用前,在气氛室10填充气氛
前,送丝盘2与送丝机4固定在过渡舱1内?#24247;?#38754;,送丝支架6固定在热源9侧面,将送丝软管5
与送丝管7的后端连接,送丝管7的前端与送丝嘴8连接,并将送丝嘴8固定在热源输出端16
下端,自动送出的焊丝3位于热源中心位置。


使用方法1:


步骤1,通过第二气氛净化装置17向气氛室10内通入氩气,使得气氛室10内部氧含
量小于50ppm,关闭过渡舱1的舱门,同时紧闭连通阀13;过渡舱1通过第一气氛净化装置11
进行抽真空,将压力抽至10
-2~10
-1MPa;


步骤2,在送丝机控制器12中设定送丝速度v=2m/min,该送丝机控制器12将焊丝3
按设定速度精确地、连续不断的从送丝盘2中抽取,进入送丝机4,穿过送丝软管5和送丝管
7,最终通过送丝嘴8送入至热源输出端16正下方位置;


步骤3,送丝盘2中焊丝3用完更换新的焊丝3时,紧闭连通阀13,使得气氛室10内气
氛无需破坏,通过第一气氛净化装置11将过渡舱1中压力调至常压,打开过渡舱1的舱门,更
换新的焊丝3并将焊丝3引入送丝机4,然后关闭过渡舱1的舱门,通过第一气氛净化装置11
将过渡舱1内压力抽至10
-2~10
-1MPa;


步骤4,重?#24202;?#39588;2,直至送丝舱中焊丝3用尽,下次更换焊丝3时重?#24202;?#39588;3即可;至
增材制造打印件结束。


使用方法2:


步骤1,关闭过渡舱1的舱门,同时紧闭连通阀13;过渡舱1通过第一气氛净化装置
11进行洗气,将过渡舱1内的氧含量净化?#21015;?#20110;50ppm,洗气气体为氩气或氦气;


步骤2,在送丝机控制器12中设定送丝速?#20219;獀=0.5m/min,该送丝机控制器12将
焊丝3按设定速度精确地、连续不断的从送丝盘2中抽取,进入送丝机4,穿过送丝软管5和送
丝管7,最终通过送丝嘴8送入至热源输出端16正下方位置;


步骤3,送丝盘2中焊丝3用完更换新的焊丝3时,紧闭连通阀13,使得气氛室10内气
氛无需破坏,将过渡舱1中压力调至常压,打开过渡舱1的舱门,更换新的焊丝3并将焊丝3引
入送丝机4,然后关闭过渡舱1的舱门,过渡舱1通过第一气氛净化装置11进行洗气,过渡舱1
中氧含量降至50ppm,洗气气体为氩气或氦气;


步骤4,重?#24202;?#39588;2,直至送丝舱中焊丝3用尽,下次更换焊丝3时重?#24202;?#39588;3即可;至
增材制造打印件结束。


使用方法3:


步骤1,关闭过渡舱1的舱门,密封气氛10,打开连通阀13;通过第二气氛净化装置
17同时对气氛室10对过渡舱1进行洗气,使得过渡舱1和气氛室10中氧含量降?#21015;?#20110;50ppm,
洗气气体为氩气或氦气;


步骤2,在送丝机控制器12中设定送丝速?#20219;?m/min,该送丝机控制器12将焊丝3
按设定速度精确地、连续不断的从送丝盘2中抽取,进入送丝机4,穿过送丝软管5和送丝管
7,最终通过送丝嘴8送入至热源输出端16正下方位置;


步骤3,送丝盘2中焊丝3用完更换新的焊丝3时,紧闭连通阀13,使得气氛室10内气
氛无需破坏,将过渡舱1中压力调至常压,打开过渡舱1的舱门,更换新的焊丝3并将焊丝3引
入送丝机4,然后关闭过渡舱1的舱门,此时,气氛室10中的气体压力高于过渡舱1中的大气
压,过渡舱1采用气氛室10管路连通的气氛室10气体洗气,直至过渡舱1中氧含量降至50ppm
为止;


步骤4,重?#24202;?#39588;2,直至送丝舱中焊丝3用尽,下次更换焊丝3时重?#24202;?#39588;3即可;至
增材制造打印件结束。


以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精
神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。


关于本文
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