[发明专利]基于辊压和电弧的层状复合材料增材制造装置及方法

说明书

基于辊压和电弧的层状复合材料增材制造装置及方法，装置包括铺粉模块、连接支架、驱动气缸、焊枪、焊枪绝缘套、焊枪安装座和焊枪并紧螺杆。铺粉模块包括送粉接头、滑块、间隙调节构件、压辊和连接座；连接支架包括横板、竖板和滑轨。铺粉模块与驱动气缸连接，铺粉模块的滑块与连接支架的滑轨滑动配合；驱动气缸固定于连接支架；焊枪由焊枪并紧螺杆设于焊枪安装座内，焊枪安装座固定于连接支架上，拧动螺钉使得焊枪安装座在条形焊枪安装孔内移动以调节焊枪与铺粉模块之间的距离。本发明通过控制焊枪与铺粉模块之间的距离以及压辊颗粒的比例制造金属基复合材料零件，工艺简单，设备和材料成本低，提高了生产效率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及颗粒增强金属基复合材料和增材制造技术领域，特别是一种基于辊压和电弧的层状复合材料增材制造装置及采用该装置制造层状复合材料的方法。

背景技术

复合材料是将不同性质的材料组分优化组合而成的材料，一直以来都是新材料研发的热点领域。颗粒增强金属基复合材料是将硬质陶瓷相颗粒弥散分布至金属基体中而形成的复合材料，具有较高的比强度、比刚度、耐磨性、尺寸稳定性以及其他特殊功能特性等。一般情况下，复合材料制备过程中要求颗粒在金属基体中均匀分布，以保证材料的优越的力学和物理性能。然而，新型仿生结构复合材料中的颗粒分布却设计为特定构型，例如层状、网状、环状等结构，这些结构使它们具有优越的力学和物理性能，并且远远超过组成物质简单组合时所具有的性能。例如贝壳是由胶原蛋白层和碳酸钙层交替堆叠组成的多层材料，而贝壳的韧性比组成它的碳酸钙层高三个数量级。层状构型的金属基复合材料是当前复合材料研究的热点之一。

目前，层状构型金属基复合材料的制备方法主要有热轧制法、粉末冶金法、激光粉末烧结等。然而上述制备方法仍然面临一些问题：（1）模具要求高，制造零件的设备复杂，设备及其维护成本高，工艺复杂等；（2）生产工艺中粉末床中剩余的混合粉末不方便回收；（3）堆焊效率低，不适用于制造中大型零件。因此，亟需开发层状金属基复合材料的新型低成本增材制造技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种基于辊压和电弧的层状复合材料增材制造装置及采用该装置制造层状复合材料的方法，实现层状金属基复合材料的低成本增材制造。

本发明的技术方案是：基于辊压和电弧的层状复合材料增材制造装置，包括铺粉模块、连接支架、驱动气缸、焊枪、焊枪绝缘套、焊枪安装座和焊枪并紧螺杆。

所述铺粉模块包括箱体、箱盖、送粉接头、箱体固定架、滑块、间隙调节构件、压辊、压辊轴、石墨压块和连接座。

所述箱体为中空结构，箱体上部设有石墨压块安装板、下部设有间隙调节构件安装腔、与间隙调节构件安装腔对应的箱体上设有螺纹孔，石墨压块安装板上设有四个用来安装石墨压块的螺纹孔。

所述箱体固定架下部设有两个相对的轴套和两个相对的箱体固定孔，上部的侧壁上设有四个滑块固定孔，顶部设有多个伸缩杆连接孔。

所述间隙调节构件包括刮块、刮块固定板和调节螺杆。刮块上设有用来安装调节螺杆的圆孔，调节螺杆的末端设有转动盘，另一端上设有并紧螺母，调节螺杆上的转动盘安装在刮块上的圆孔内，并通过螺杆和刮块固定板将调节螺杆固定在刮块上，调节螺杆能够在刮块的圆孔内转动。

所述压辊轴中间设有压辊轴中空腔，连接座中间设有与压辊轴中空腔直径相同且同轴的连接座中空腔。