[发明专利]一种基于层流热等离子体射流的零部件直接成型制造方法

说明书

技术领域

本发明属于零部件加工制造技术领域，特别涉及一种基于层流热等离子体射流的零部件直接成型制造方法。

背景技术

程控快速成型技术是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆积的方式来构造物体的技术，被广泛用于模型制造，后逐渐用于一些产品的直接制造，主要有光固化成型、材料喷射、粘接剂喷射、熔融沉积制造、选择性激光烧结、片层压、定向能量沉积等成型工艺。近些年，程控快速成型技术已经取得了显著进展，但仍然存在制作的零件精度及表面质量不能满足工程直接使用要求、产品机械强度不高、激光烧结精度不高、高功率的激光器价格昂贵等不足。热等离子体射流在发生器出口附近的最高温度可超过104K，能流密度可达108W/m2,用于材料表面加工，具有很高的工艺速率，相比于激光、电子束等其它高能束流加工，具有设备简单和能量利用率高的特点。层流等离子体射流具有射流脉动小、与周围气体掺混少、射流长度可随产生参数的改变而大幅度变化、工作噪音低、可重复性好等优点。这些特性为层流等离子体射流材料表面加工新工艺的探讨提供了可能性。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于层流热等离子体射流的零部件直接成型制造方法，解决现有的程控快速成型技术存在表秒精度不高、机械强度不够、经济效益低等问题，进一步提高零部件直接加工成型的精度、强度、工艺水平。

本发明的技术方案是：一种基于层流热等离子体射流的零部件直接成型制造方法，主要包括下列步骤：

A.使用零件要求的组分的特制无添加剂高纯度丝材或带材作为逐层增层制造零部件的原材料；

B.将原材料固定于可调材料给进机构；

C.按照程控系统设定的程序产生所需条件的层流热等离子体射流；

D.将程控系统、材料送给系统、保护气、冷却气系统、层流等离子体射流发生器工况调节系统关联，使原材料从可调材料给进机构按照预定的速度、角度、位置供入层流热等离子体射流中心进行熔化；

E.在熔化的同时，向熔化区域加入预定量的保护气和冷却气，使熔化后的原材料堆积凝固于多维程控零部件增层成型台上预定位置；

F.按照预定的零部件形状及零部件各部位的组织和性能要求，控制零部件各部位局部材料种类、熔化状况和冷却条件，一次成型出复杂结构及满足同一构件各部位组织和性能要求不同的零部件。

更进一步地，所述步骤A中原材料可以是单根同组分材料，也可是单根随着长度位置变组分的材料，亦可是多根组分逐渐过渡或完全不同种类的材料。

更进一步地，所述步骤B中可调材料给进机构为多组，固定于同一中心开孔的材料给进机构平台，每组均可单独定位和控制送给速度，能送给丝材也能送给带材。

更进一步地，所述步骤B中材料给进机构平台与层流热等离子体发生器支架连接，平台开孔中心与等离子体射流中心线同心。

更进一步地，所述步骤E所述的零件增层成型台为多维程控移动及转动平台，装有定向保护气及冷却气系统。

本发明利用层流等离子体射流的极高温熔化特制复合丝材或带材，实现了复杂组织结构和性能的零部件一次成型，具有成型材料选择范围广、避免添加粘接剂、材料利用率高、成型速度快、成型后的零部件均匀性好、层间结合紧密强度高、设备简单成本低等特点，大大提高了零部件直接成型的质量、精度、强度和效率。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明实际应用示意图。

具体实施方式

实施例1：参见图1、图2，一种基于层流热等离子体射流的零部件直接成型制造方法，主要包括下列步骤：

A.使用零件要求的组分的特制无添加剂高纯度丝材或带材作为逐层增层制造零部件的原材料，原材料可以是单根同组分材料，也可是单根随着长度位置变组分的材料，亦可是多根组分逐渐过渡或完全不同种类的材料；

B.将原材料固定于可调材料给进机构，可调材料给进机构为多组，固定于同一中心开孔的材料给进机构平台，每组均可单独定位和控制送给速度，能送给丝材也能送给带材；

C.按照程控系统设定的程序产生所需条件的层流热等离子体射流；

D.将程控系统、材料送给系统、保护气、冷却气系统、层流等离子体射流发生器工况调节系统关联，使原材料从可调材料给进机构按照预定的速度、角度、位置供入层流热等离子体射流中心进行熔化；

E.在熔化的同时，向熔化区域加入预定量的保护气和冷却气，使熔化后的原材料堆积凝固于多维程控零部件增层成型台上预定位置；