[发明专利]一种增材制造送丝过程的间接电阻加热装置

说明书

本发明公开了一种增材制造送丝过程的间接电阻加热装置，属于电热部件技术领域。外壳套管组件下端连接螺栓螺母紧固组件，固定在底座上；所述外壳套管组件通过紧定螺钉固定间接电阻热丝组件，通过活节螺栓调整其送丝方向；所述间接电阻热丝组件端部设有送丝嘴接头，该送丝嘴接头与送丝嘴连接；所述间接电阻热丝组件接通220V标准电压，通过烙铁芯电热丝的电流热效应产生热量，通过导热管后对增材制造的送丝过程中的细金属丝进行预热；送丝软管接头固定连接在所述外壳套管组件上，所述送丝软管接头通过紧定螺钉连接并紧固送丝软管。该装置结构简单、操作方便、效果良好。

技术领域

本发明具体涉及一种增材制造送丝过程的间接电阻加热装置，属于电热部件技术领域。

背景技术

增材制造技术，又称为3D打印技术，是通过CAD设计数据将材料逐层堆积的方法直接制造出实体零件的一种先进技术。增材制造技术可以完成许多传统加工难以完成的复杂结构零部件的制造，并且大幅度地减少了加工工序，缩短了工期。目前已被广泛地应用于新品开发以及小批量复杂零件的生产。

增材制造技术按照沉积所用材料不同主要分为送粉式增材制造以及送丝式增材制造两种方法。相比于送粉式，送丝式增材制造具有材料利用率高、成型件致密度高的优点，不会造成粉末污染问题，并且成本较低，具有良好的工业发展前景。目前，送丝增材制造技术主要应用于成形尺寸精度高、表面质量好、性能优良以及具有复杂形状的功能部件和一些贵重金属部件的生产。同时，由于送丝式增材制造还存在一些缺点，主要表现为：制件质量缺陷、成本过高、效率太低，这也成为了限制其推广与应用的主要原因。因此，为了送丝式增材制造的进一步的推广和应用，必须开发新的相关工艺。

在诸多关于送丝式增材制造的优化工艺中，对送丝过程进行加热是一种效果良好、应用广泛的方法。对送丝过程进行加热，可以提高金属丝材的熔化效率，使沉积效率大幅度提高；提高不同方向上丝材向熔池过渡的稳定性，实现拐角、十字交叉等特殊位置沉积时丝材的稳定熔化与熔池的顺畅移动；有助于减少未熔合缺陷，减少增材部件的残余应力和变形，提高部件的质量和成形的准确度。目前，常用的丝材加热方式有直接电阻加热、高频感应加热和电弧加热。

其中，直接电阻加热由于设备简单，可控性强，是对送丝过程进行加热最常采用的方法：将热丝电源的两极分别接在金属丝材和工件上，利用电流流过丝材所产生的电阻热来加热丝材。现设金属丝材的伸出长度为L，丝材的横截面积为S，丝材的材料电阻率为ρ，加热电流为I，则在丝材上产生的电阻热功率为P：

P＝(I²ρL)/S

从公式可以看出，当丝材的直径很大、材料的电阻率很低的时候，直接电阻加热的功率将达不到丝材加热的预热温度。因此，此方法只适用于大电阻率、较细丝材加热的情形，对铜和铝丝材的加热效率非常低。

高频感应加热借助高频交变的磁场，在丝材上形成高密度的涡流，由于电流的集中，产生的集肤效应会产生大量的热量，利用这个原理对送丝过程进行加热。高频感应加热的加热速度快，热丝效率高，低耗环保；通过对高频输出电流的控制可以精确地控制预热温度；适用于各种金属材质的焊丝，特别是低电阻率焊丝的加热。但是，长时间接触高频对操作者的身体健康不利，高频感应加热的设备也比较昂贵，不利于成本控制。

电弧加热根据电弧产生的位置可以分为三种方式：电弧不直接燃烧于焊丝上，仅仅依靠热传导加热焊丝；或者将焊丝作为电弧的一极，不管是焊丝以电弧的阳极还是阴极参与电弧燃烧反应，都会产生更多的热量，加热效率大大增强。这种方法的热丝效率很高，设备简单、成本低，既可以加热低电阻率材料、也可以加热不能产生集肤效应的材料，适用性更广。但是，电弧引弧部分会产生弧光，可对操作者的皮肤造成伤害。

综上所述，对送丝过程进行加热所常用的三种方法都可以优化增材制造的成形效果，但也有着适用范围受限、成本较高、对操作者身体健康不利等缺点。为了在保证操作安全性、经济性、适用性的前提下，优化送丝式增材制造过程，亟需研究一种新的对增材制造的送丝过程进行加热的装置。