[发明专利]一种以丝材为原材料快速制造原型的方法及其快速成型机

说明书

技术领域

本发明涉及快速原型制造的技术领域，尤其是指一种以丝材为原材料快速制造原型的方法及其快速成型机。

背景技术

快速原型制造又称为快速成形，以丝材为送进原料金属焊丝三维焊接熔覆快速成形技术是快速零件制造技术的一种，是一种逐层焊接堆积生长成形的制造方法，可以直接制造高熔点金属原型，而其它以丝材为送进原料增材快速成型方法只能制造塑料、高分子材料、低熔点金属原型(参阅《快速成形技术》，王运赣，华中理工大学出版社，1999年9月第1版，81～83页)；而金属粉末3D打印成型的速度很慢、效率很低，而且制件具有粉末冶金零件的特性，材料力学性能较低，抗冲击性能不强。向永华、吕耀辉、徐滨士、姜炜、夏丹发表在《焊接技术》2009年7月第38卷第7期第1-5页题目为：基于三维焊接熔覆的快速成形技术及其系统的发展的论文，及李超、朱胜、沈灿铎、柳建发表在《中国表面工程》2009年6月第22卷第3期第7-22页题目为：焊接快速成形技术的研究现状与发展趋势的论文，描述焊接成形时会产生较多的热量，造成制造零件的变形，特别是薄壁件、薄板件的变形很大，从而影响制造零件的精度，限制了焊接熔覆快速成形技术的应用领域。胡晓东、赵万华发表在《机械科学与技术》2005年5月第24卷第5期第540-542页题目为：等离子弧焊直接金属成形技术的工艺研究的论文，描述了将成形工作台置于水箱之中，在焊接堆积成形的同时，对制造的零件进行水冷，尽量减少零件的热变形量，但由于丝材被熔化，产生的热量很大，散热效果并不理想，同时，在水箱中操作不方便，也难以成形较大尺寸的零件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种高效、可靠、操作方便的以丝材为原材料快速制造原型的方法及其快速成型机。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种以丝材为原材料快速制造原型的方法，首先，牵引一条丝材在成型板上形成直线或曲线平面轨迹形状，同时使丝材结合在成型板上，并保持相应的形状；其次，再以该条丝材为基准进行快速成型分层叠加增材，包括以下两种情况：

1)在该条丝材上将其它丝材层层紧密叠加，形成所需构件的空间形状，并使丝材之间实现冶金结合，最终便可制造获得所需形状的构件；

2)将其它丝材与该条丝材条条并列相贴组合在一起形成板面结构，并使丝材之间实现冶金结合，保持相应的形状，然后再在该板面结构上将丝材按照所需的轨迹形状和长度层层堆积，形成所需构件的空间形状，并使丝材之间实现冶金结合，最终便可制造获得所需形状的构件。

所述丝材为具有相对平行面的矩形和方形截面的扁丝带。

所述冶金结合通过焊接或加热烧结实现。

所述丝材为金属丝材或非金属丝材。

所述所需形状的构件有容器壳体、汽车的外壳金属覆盖件、板壳类形状结构件、机械零件。

本发明所述的一种快速成型机，包括有成型板、工作台、用于驱动该工作台在X轴方向平移的X轴伺服驱动机构、用于驱动该工作台在Y轴方向平移的Y轴伺服驱动机构、用于驱动该工作台上下升降的升降驱动机构、带有压辊的送丝夹头、夹头运动伺服驱动机构、带有线轮的送丝机构、激光焊接机构、计算机图形处理系统上位机、控制系统下位机，其中，所述升降驱动机构设在工作台的下方，并通过支撑块与工作台连接，所述工作台活动安装在支撑块上，并由X轴伺服驱动机构和Y轴伺服驱动机构驱动实现X-Y轴方向的平移；所述成型板固定装于工作台上，所述送丝夹头设在该成型板的上方，其上设有供送丝机构放出来的丝材穿过的通孔，并可通过压辊实现对丝材的压贴，所述送丝夹头由夹头运动伺服驱动机构驱动实现空间三维移动；所述激光焊接机构设在成型板的上方，用于实现丝材之间和丝材与成型板之间的焊接；所述控制系统下位机通过控制线分别与X轴伺服驱动机构、Y轴伺服驱动机构、升降驱动机构、夹头运动伺服驱动机构、送丝机构、激光焊接机构一一对应相接，所述计算机图形处理系统上位机通过数据传输线与控制系统下位机连接，所述计算机图形处理系统上位机将图形处理好的数据传输给控制系统下位机，控制系统下位机生成控制程序驱动被控制机构按程序进行相应的动作。

所述控制系统下位机包括有X方向运动控制模块、Y方向运动控制模块、工作台升降控制模块、送丝夹头控制模块、送丝机构控制模块、激光头控制模块。