[发明专利]一种金属丝材快速增材制造设备及其制造方法

说明书

本发明公开了一种金属丝材快速增材制造设备及其制造方法，该设备包括成型控制系统、工作台控制系统、气体循环系统和在线监控系统。利用电磁感应加热技术对相同材料或者不同材料的金属丝材进行熔融然后在低氧环境下快速成型，极大的提高了工作效率，解决了原材料利用率低、成型速度慢、设备昂贵和对成型环境敏感等缺点。同时本发明实现了多种金属材料的混合快速增材制造，也为梯度功能材料的制造提供了一种新的工艺方法。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体地涉及一种基于电磁感应加热的金属丝材快速增材制造设备及其制造方法。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)属于一种以材料叠加制造为基本特征的非传统加工方法，是近年来得到迅速发展的高端数字化快速制造技术。该技术基于“离散、堆积”的基本原理，通过将粉末、液态、丝状等离散材料逐层叠加，从简单的二维元素到复杂的三维实体以一种“生长”的制造思想来实现零件的加工制作，且在整个加工流程中不需要为其专门设计传统加工工艺中所需的复杂加工工序。增材制造技术最大的技术特点是可以快速而精确地制造出具有复杂结构和曲面的零件，生产周期明显缩短，尤其适合于单件小批量产品的快速自由制造。

目前，这项技术在航空航天、生物医疗、珠宝、鞋类和教育等领域都有广泛的应用。作为一项具有前沿性、先导性的新兴制造方法，增材制造技术正在改变传统生产制造行业的技术形态，随着进一步的技术提升，其市场化应用就会越来越普及，应用前景愈加广阔。

金属增材制造技术按照所用材料形态不同可分为送粉式增材制造和送丝式增材制造两种方法。送粉式增材制造技术的主要优点是尺寸精度良好，成型工件的组织结构致密、均匀，其缺点是制造过程中能量利用率不高，存在大量能量浪费，金属粉末的利用率极低(20％-30％)，且收集困难，易于造成环境粉尘污染。送丝增材制造分激光送丝增材制造、电子束丝增材制造以及弧焊送丝增材制造。激光以及电子束送丝增材技术所配套的设备昂贵，运行和维护成本高，相比于其他两种增材制造技术，电弧增材制造技术具有高成形效率、低成本等优点，但电弧增材制造也存在很多局限性，如零件的成形精度低，组织性能差等。

因此，综上所述的这些原因在很大程度上限制了金属增材制造技术的应用和推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种金属丝材快速增材制造设备及其制造方法，利用电磁感应加热技术对同种或不同种金属丝材进行快速加热至熔融，熔融的金属液滴汇合在一起经过充分搅拌后在低氧环境下经喷嘴挤出后快速成型。该方法极大的提高了工作效率，解决了原材料利用率低、成型速度慢、设备昂贵和对成型环境敏感等缺点，从源头消除了对环境污染的可能性，实现了绿色制造。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种金属丝材快速增材制造设备，包括：

一成型控制系统，所述成型控制系统生成磁场以加热金属丝材，所述成型控制系统包括一工业控制器和一工控机；

一工作台控制系统，所述工作台控制系统联动所述成型控制系统，所述工作台控制系统包括一四轴联动工作台，所述四轴联动工作台连接所述工业控制器，以进一步操作金属丝材；

一气体循环系统，所述气体循环系统形成一气体循环，对所述成型控制系统和所述工作台控制系统进行充气和降温；和

一在线监控系统，所述在线监控系统通信连接所述成型控制系统，所述在线监控系统包括一工业相机和一传感器组件，所述传感器组件连接所述工业控制器，所述工业相机连接所述工控机。