[发明专利]一种电弧熔丝增材制造用温度检测与自清洁冷却装置

说明书

本发明涉及一种电弧熔丝增材制造用温度检测与自清洁冷却装置，包括打印装置、打印焊接系统、机床移动系统、焊枪头、非接触式红外测温仪、冷却系统、自清洁系统、中央控制系统；本发明结构简单，测温位置准确，能够实现等电弧弧增材制造的堆敷层层间温度的准确检测和控制，实现闭环控制，提高电弧增材制造的成形尺寸精度和质量，并考虑到对测温装置的保护和清理，保证了测温装置的测量精度或稳定性，提高打印效率的同时确保设备长期连续的运行，此外也考虑到对打印件打印层温度的控制，考虑到热传导方式降温方式的弊端利用冷却系统进行快速冷却以确保大型结构件打印过程的持续进行，从而使打印间歇冷却时间大大缩短，打印效率大大提高。

技术领域

本发明涉及电弧熔丝增材制造技术领域，尤其涉及一种电弧熔丝增材制造用温度检测与自清洁冷却装置。

背景技术

电弧熔丝增材制造技术是基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动，采用材料逐层累加的方法制造实体零件的快速成形技术。该成形方法是将产品数字化设计、制造、分析高度一体化，不仅能够显著缩短研发周期和研发成本，而且越是结构复杂、原材料附加值高的产品，其快速高效成形的优势越显著。熔丝增材制造技术可采用多种电弧焊接技术(如MIG、MAG、TIG、CMT)中一种作为基础技术进行零部件的增材打印，其特点就是瞬间热输入量大、温度高、工艺稳定，便于金属材料的快速打印。

因电弧熔丝增材制造技术的瞬间热输入高、温度高，易导致由各堆敷层温度、热输入、散热等条件的不同而引起零件组织性能、质量不均匀的问题。另外，高热量、高温度也容易导致成形过程中零件出现变形、堆敷层高不稳定等现象，从而这些直接影响零件的成形精度。因此，电弧增材制造技术在打印件控形控性方面的关键就是控制好打印层间的温度，确保打印层温度满足不同材质测量的最低焊接条件，而控制打印层温度的关键则是对层间温度的精确测量和控制。此外，焊接过程中会产生大量焊接烟尘、金属微滴、氧化物粉尘等有害污染物，这些污染物会溅射覆盖到设备、基体、打印体的表面，不仅影响打印焊接质量，还影响设备运行的稳定性，也影响到测量原件的精度，从而降低设备打印效率，增加运行成本。

在众多温度检测手段中，非接触式红外温度传感技术既可以保证采集信息的准确性又不会对成型件本身造成破坏，是实现层间温度检测的最好方法。目前在增材制造技术领域中对红外测温和控制的相关技术开始增多，专利《一种主动控制电弧增材制造层间温度的装置》(申请号:201710177806.1)公开了层间温度的一种检测和控制装置，用红外测温和感应加热方式进行温度测量和控制，整个装置复杂而测量空间范围有限，只能进行三维移动，对于大型复杂结构(如需5轴移动)部件测温就无法进行。此外感应加热功能多余，对于电弧焊接而言打印过程中打印层温度一般都远远高于焊接所限制的最高温度，都需要对打印层进行快速冷却以便提高打印速率，对于在过冷表面上打印头层可以通过调整焊接工艺来保证焊接质量。专利《用于丝材等离子弧增材制造的红外温度检测装置及方法》(申请号:201610365423.2)公开了一种用于丝材等离子弧增材制造的红外温度检测装置及其检测方法，该装置能够实现等离子弧增材制造的堆敷层层间温度的检测和控制，实现闭环控制，提高电弧增材制造的成形尺寸精度和质量。但是其没有考虑到对红外测温装置的保护和清理，电弧增材制造过程中不可避免存在钢液飞溅状况，在施加焊接气体时，飞溅钢液的程度更加强烈，飞溅的钢液会溅射到红外测温装置的测试窗口，从而污染温度检测装置，同时大量的热辐射长期炙烤红外测温装置，这些都会影响的红外测温装置的策略精度或损害测温装置，降低打印效率的同时不利于电弧熔丝增材制造设备长期温度的运行。此外该装置也没有考虑对打印层温度进行快速冷却以确保增材制造过程的持续进行，每层打印完成后部件的温度非常高，采用热传导方式降温效果随热传导距离增加而显著降低，如专利《用于金属增材制造过程温度控制的装置》(申请号:201711459891.7)采用降低打印基地的温度来降低打印件的温度，从而使打印间歇冷却时间大大加长，打印效率大大降低。而专利《一种用于增材制造的温度控制装置》(申请号:201810805708.2)虽然采用测温、降温、升温装置，其结构复杂，且都集中于焊枪附近，同时没有除尘装置，极易受到溅射金属污染损坏，因此会影响到打印效率和设备使用寿命。