[发明专利]利用层流状态的直流等离子体炬进行金属部件快速成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速成形与制造技术，尤其涉及一种利用层流状态的直流等离子体炬进行金属部件快速成形方法。

背景技术

随着快速成形技术的发展，快速成形的对象也从非金属材料扩展到金属材料。在这方面工作中，基于激光、电子束和等离子体束的三种能量束的直接成形制造方法尤其引人注意，代表着先进制造技术的发展方向。由直流电弧放电产生的等离子体束直接成形制造方法，能量利用效率高、成形速率快，冶金质量好，且具有堆积致密、材料适应范围广，成本低等优势，尤其适合复杂形状、高熔点金属及合金部件的快速成形。

现有技术中，常规的等离子体快速成形多利用直流转移弧放电，需要将成形部件作为其中的一个电极，很难实现高精度的快速成形，尤其是高熔点的金属及合金部件的制造。另外在金属部件的制造过程中，由于高温加热及冷却都是在大气环境中进行，容易发生氧化，从而影响了成形的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种质量好、精度高的利用层流状态的直流等离子体炬进行金属部件快速成形方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的利用层流状态的直流等离子体炬进行金属部件快速成形方法，包括等离子体炬系统、进料系统和部件移动系统；

所述等离子体炬系统包括电源、等离子体炬和炬移动装置、保护气体和保护气罩；

所述进料系统为线材进料装置或环形送粉器；

所述部件移动系统包括三维移动平台、控制器、伺服电机和电脑；

所述等离子体炬采用直流非转移弧放电的层流状态的等离子体为能量束。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的利用层流状态的直流等离子体炬进行金属部件快速成形方法，由于采用直流非转移弧放电的层流状态的等离子体为能量束，等离子体束准直、能量集中，具有温度高、温度梯度小、高温区长、噪音小等特点，能够大大提高成形的精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的利用层流状态的直流等离子体炬进行金属部件快速成形方法的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中直流电弧在典型放电条件下所产生的层流等离子体束照片。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的利用层流状态的直流等离子体炬进行金属部件快速成形方法，其较佳的具体实施方式是：

包括等离子体炬系统、进料系统和部件移动系统；

所述等离子体炬系统包括电源、等离子体炬和炬移动装置、保护气体和保护气罩；

所述进料系统为线材进料装置或环形送粉器；

所述部件移动系统包括三维移动平台、控制器、伺服电机和电脑；

所述等离子体炬采用直流非转移弧放电的层流状态的等离子体为能量束。

所述保护气罩与所述等离子体炬固定在一起。

所述线材进料装置对合金金属丝进料，所述环形送粉器对混合金属粉体进料。

所述线材进料装置设有多路进丝机构。

工作气体为氩气，当所述等离子体的放电电流在40-100A时，氩气流速为100-400L/h；当所述等离子体的放电电流在100-200A时，氩气流速为400-800L/h。

如图2所示，本发明利用层流模式的直流等离子体炬进行金属及合金材料的3D打印，能够实现金属及合金材料的高精度的3D打印，并能够有效地解决3D打印过程中的氧化问题。

与转移弧相比，非转移的直流炬不需要用成形部件作为电极，这样使得其直接成形制造更具有灵活性，可以在绝缘的材料上直接成形，不受基底电导率的影响，不会引起弧区的变化，从而能够长时间的稳定运行。非转移的直流炬分为湍流和层流两种工作模式。在层流模式下，等离子体束准直、能量集中，具有温度高，温度梯度小，高温区长，噪音小等特点，能够大大提高成形的精度。因此层流状态的等离子体炬是一样理想的3D打印能量源。

本发明采用直流非转移弧放电的层流状态的等离子体为能量束。这种层流状态的等离子体放电，气体流量和工作电流是二个重要的运行参数，相对于湍流状态，层流的气体流量小。在本发明中，工作气体为氩气，当所述等离子体的放电电流在40-100A时，氩气流速为100-400L/h；当所述等离子体的放电电流在100-200A时，氩气流速为400-800L/h。形成的层流状态的等离子体，束流准直，长度可调，噪声小，可实现高精度、高沉积速率的复杂形状的三维制造。