[发明专利]一种强制拘束型电弧金属增材制造装置

说明书

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种强制拘束型电弧增材制造装置，该装置包括壳体、铜盖、熔化极电极和非熔化极电极，所述熔化极电极和非熔化极电极下方设置有陶瓷喷嘴，且熔化极电极的焊丝延长线和非熔化极电极底部均位于喷嘴内；采用这种结构的装置，通过焊丝与钨极之间起弧，电源接在焊丝与钨极之间，然后通过不同形状的陶瓷喷嘴的机械压缩及热压缩对产生的MIG电弧进行拘束，使发散的电弧拘束形成竖直向下喷射的类等离子体，与现有技术相比可有效避免增材制造过程中逐层堆积产生的过大热输入及热积累带来的不良后果。

技术领域

本发明属于增材制造工程领域，具体涉及一种强制拘束型电弧增材制造装置。

背景技术

目前国内外增材制造技术主要包括粉末或丝状材料高能束烧结、熔化成型，丝材挤出热熔成型，液态树脂光固化成型，液体喷印成型，片/板/块粘接或焊接成型等五种形式。

金属是增材制造最为广阔的市场。目前对金属材料进行增材制造通常采用的现有方法有：直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化烧结(EBM)、选择性激光熔化成型(SLM)、选择性激光烧结(SLS)以及尚未成熟的基于熔焊方法的金属增材制造。但在用现有技术对金属材料打印时，仅支持十多种金属进行加工，如特定的几种铝硅合金、钛合金、镍合金和不锈钢，且需要预先制成专用的金属粉末；打印出的金属制品致密度低，最高能达到铸件的98％，远低于锻造件的力学性能；打印制品表面精度差，需要后续处理；而且通过激光或是电子束进行增材制造，生产效率极低，但成本却很高，若是通过基于熔焊方法的增材制造，效率虽然变高了，也不用制成金属粉末，但打印时由于焊接过程产生的熔滴较大从而导致打印出来的制品精度极差，并且多层打印时焊接过程的热输入太大，导致严重的残余应力及变形甚至是熔塌现象。目前金属材料打印产品极少能作为零部件直接组装应用。

因此如何提高金属材料打印产品的品质成为现有技术亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的诸多不足，本发明提供了一种强制拘束型电弧增材制造装置，该装置包括壳体、铜盖、熔化极电极和非熔化极电极，所述熔化极电极和非熔化极电极下方设置有陶瓷喷嘴，且熔化极电极的焊丝延长线和非熔化极电极底部均位于喷嘴内；采用这种结构的装置，通过焊丝与钨极之间起弧，电源接在焊丝与钨极之间，然后通过不同形状的陶瓷喷嘴的机械压缩及热压缩对产生的MIG电弧进行拘束，使发散的电弧拘束形成竖直向下喷射的类等离子体，与现有技术相比可有效避免增材制造过程中逐层堆积产生的过大热输入及热积累带来的不良后果。

在本发明之前，发明人曾经提交过一篇申请一种熔融金属增材制造装置及打印方法。该在先申请与本身的技术方案类似，但是其中所采用的喷嘴仅是作为一个可储存一定量液态金属的中间装置，陶瓷喷嘴不与电弧作用，通过该中间装置使液态金属可控的流到基板，焊枪按照既定的轨迹运动从而完成增材制造过程。但是发明人经过进一步实践后发现，采用这种结束在进行增材制造过程中，液态熔滴在流下的过程中温度下降极快，容易形成未熔合等缺陷，需要对中间的陶瓷喷嘴安置持续加热的部件，导致设备结构复杂，另外陶瓷喷嘴的作用单一，难以起到更好的辅助作用；而这也是本发明产生的原因。

本发明的具体技术方案如下：

一种强制拘束型电弧金属增材制造装置，包括壳体、铜盖、熔化极电极和非熔化极电极，铜盖上端与壳体的中间连接件相连，壳体内部有空腔，熔化极电极和非熔化极电极设置在壳体空腔内，且贯穿中间连接件和铜盖，所述铜盖底部连接有喷嘴，且熔化极电极的焊丝延长线和非熔化极电极底部均位于喷嘴内；