[发明专利]一种金属半熔融堆积增材制造方法及设备

权利要求书

1.一种金属半熔融堆积增材制造方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

①将要打印的工件三维模型在设计辅助软件进行分层切片，生成每层的预定轨迹并输送给控制系统(9)，控制系统(9)设定送丝速度和送丝压力以及电源(4)的供电参数；

②出丝嘴(3)定位至加工初始位置，预热工作台(7)；

③在控制系统(9)控制下，送丝模块(1)将金属丝(2)送入出丝嘴(3)，金属丝(2)从送丝模块(1)进入出丝嘴(3)；

④金属丝(2)到达引弧模块(5)附近时，电源(4)发出引弧脉冲，工作介质(10)击穿形成电弧(6)；

⑤送丝模块(1)按设定速度持续送丝，金属丝(2)经出丝嘴(3)向工作台(7)进给，在此过程中电源(4)继续保持电流输出，同时引弧模块(5)绕出丝嘴(3)以设定速度旋转，电弧(6)持续加热金属丝(2)，使得金属丝(2)表面迅速熔化而中间部分仍为固态的固、液两相特征；

⑥送丝模块(1)将外部被电弧熔化的金属丝(2)送入沉积区域，并施加一定压力，金属丝(2)冷却并与基体或工件(11)结合凝固；

⑦保持送丝-加热过程，同时控制系统(9)控制运动机构(8)沿预定轨迹运动，直至此轨迹加工完成；

⑧送丝模块(1)停止送丝，切断金属丝(2)或通过电弧(6)将金属丝(2)熔断；

⑨运动机构(8)到达下一条轨迹起点；

⑩送丝模块(1)继续工作，重复步骤⑤-⑦，直至完成所有增材打印工作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤③中，若选用的金属丝(2)自带产生保护气体的药皮，则不开启工作介质(10)的供给；若选用的金属丝(2)不带产生保护气体的药皮，则由介质管道向介质喷嘴(13)输送工作介质(10)，并由介质喷嘴(13)喷出工作介质(10)进入金属丝(2)和引弧模块(5)之间。

3.一种实施根据权利要求1或2所述金属半熔融堆积增材制造方法的设备，设备包括送丝模块(1)、出丝嘴(3)、电源(4)、引弧模块(5)、介质喷嘴(13)、运动机构(8)、控制系统(9)、工件(11)和工作台(7)，其特征在于：工件(11)设置在工作台(7)上，所述送丝模块(1)、出丝嘴(3)、引弧模块(5)、介质喷嘴(13)和运动机构(8)可调整的设置在机架上；其中运动机构(8)的上部与机架连接并在三轴自由度以上可调的运动，所述送丝模块(1)连接至所述运动机构(8)的下方，在所述送丝模块(1)的输出端设置出丝嘴(3)；所述介质喷嘴(13)和引弧模块(5)通过支撑输送组件侧面正对所述出丝嘴(3)的出丝端设置；电源(4)通过送电附件(12)与所述运动机构(8)的上端连接并向运动机构(8)、送丝模块(1)、介质喷嘴(13)和引弧模块(5)供电；所述控制系统(9)与送丝模块(1)、引弧模块(5)和运动机构(8)信号连接，并控制电弧状态及检测电源输出电流、送丝模块(1)和引弧模块(5)的相对运动。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：引弧模块(5)通过送电附件(12)与电源(4)输出端连通；不加工时，引弧模块(5)与送丝模块(1)、金属丝(2)及出丝嘴(3)断开绝缘；加工时，金属丝(2)、电弧(6)、引弧模块(5)、电源(4)及送电附件(12)共同构成电弧放电回路，并在金属丝(2)与引弧模块(5)之间产生电弧。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：所述引弧模块(5)包括导电材料制成的引弧部，用于引弧和维持电弧。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：引弧模块(5)的引弧方式包括接触引弧和击穿引弧。

7.根据权利要求3或6所述的设备，其特征在于：引弧模块(5)到金属丝(2)或出丝嘴(3)出丝端的中心的距离可调整，用以控制电弧弧长。

8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：送丝模块(1)包括内置运动单元，通过所述内置运动单元将金属丝(2)推送入出丝嘴(3)，所述内置运动单元在控制系统(9)的控制下出丝速度可调。