[发明专利]一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统

说明书

本发明属于电弧增材制造领域，并公开了一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，包括三丝送丝机、送丝管路、电弧枪、机器人和电弧增材制造电源，三丝送丝机用于同时输送三根金属丝材至送丝管路中，送丝管路用于将三根金属丝同时导入电弧枪中，机器人用于带动电弧枪运动；电弧枪包括从上至下依次连接的三合一转换接头、枪颈主体模块和三丝导电嘴模块，三合一转换接头上端与送丝管路相连，枪颈主体模块下端还设置有散热喷嘴模块，散热喷嘴模块套装在三丝导电嘴模块外部，用于对三丝导电嘴模块进行散热；电弧增材制造电源用于使三根金属丝材形成一个共同的稳定熔滴。本发明可实现大型金属结构件的高精度、高效率的电弧增材制造。

技术领域

本发明属于电弧增材制造领域，更具体地，涉及一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统。

背景技术

电弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM)，采用电弧作为热源，熔化金属丝材逐层堆积制造出金属构件，其无需模具，加工柔性程度高，易于实现数字化制造，在高性能大型金属构件的制造中具有很大的优势。电弧增材制造是以“电弧”作为热源熔化金属丝材，形成堆积层。电弧增材制造过程中，熔池尺寸稳定可以提高电弧增材的大型金属构件的精度。但是，目前广泛使用的单电弧增材制造方法，电弧会在金属丝材上运动，特别是采用药芯丝材，电弧会沿着包覆药芯粉末钢皮运动。这是由于单丝电弧增材制造过程中，位于丝材末端的熔滴由于表面张力的作用，在不断改变形态与位置，沿着丝材的外径旋转，使电弧随着熔滴不断进行旋转，使得熔池的尺寸大小在不断改变，造成电弧增材制造构件的成形精度低。在电弧增材制造过程中，提高电弧与熔滴稳定性就可以提高电弧增材制造构件的精度。

现有技术中，为了解决电弧增材制造构件表面粗糙度高与构件整体尺寸精度较低的问题，普遍采用“增减材复合”工艺方法，使成形构件达到使用要求。“增减材复合”工艺方法首先用增材制造堆积出结构件，然后机加工去除加工余量部分，提高构件的尺寸精度。然而，为了保证“增减材复合”工艺方法制造构件时加工余量大，导致了该方法增加了构件的生产周期，降低生产效率与材料利用率，提高生产成本。并且，“增减材复合”工艺方法目前一般采用两种减材加工方法：机器人减材加工与机床减材加工。机器人减材加工的加工力矩较小，适用于加工铝合金等材料，无法高效率加工钢铁材料；机床减材加工中的机加工机床大大限制了增材制造构件的尺寸。进一步的，研究人员提出采用“激光约束电弧”的方法电弧增材制造金属构件。“激光约束电弧”工艺方法提高了电弧稳定性，进而减小了熔池的尺寸误差与堆积层尺寸误差，可以提高构件的成形精度。但是，激光约束电弧必须保证激光与电弧的相对位置与相对角度不变，适用于平面简单构件的增材制造，无法制造复杂曲面构件。并且，激光电弧复合枪头的尺寸大，结构复杂，增加了激光电弧复合枪与构件产生干涉可能性，减小了枪头的可达范围。

目前，在焊接领域有一些多丝焊接方法，例如，CN104625361A提出了一种双电弧与冷丝脉冲复合焊接的三丝焊枪及焊接系统和方法，其在两个独立的电弧之间加入一根冷丝，起到了提高焊接效率，降低热输入的作用；CN109079287A提出了一种三丝气体保护简介电弧焊方法、装置及其应用，其使用三丝焊丝连接两台电源，在三根焊丝之间形成间接电弧，实现了高效率并且具有大熔深的焊接过程。但是上述专利是针对焊接领域提出的三丝焊接方法，并不属于电弧增材制造领域，无法提高电弧增材制造构件的精度，也无法解决现有电弧增材制造技术中存在的上述问题。

因此，有必要进行研究，以获得一种全新的电弧增材制造系统及方法，以提高电弧与熔滴的稳定性，进而提高电弧增材制造构件的精度

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，其通过单次同时输送三根金属丝材，以使得三根金属丝材形成一个整体电弧，熔滴受三根金属丝材末端表面张力相互牵制作用，避免单丝电弧在增材制造过程中出现的电弧飘移与熔滴旋转现象的出现，提高了电弧、熔滴与熔池的稳定性，能实现熔池尺寸的精确控制，确保了增材制造大型金属构件的成形精度，可实现大型金属结构件的高精度、高效率的电弧增材制造。