[发明专利]一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统

说明书

本发明属于等离子电弧增材制造技术领域，涉及一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，包括丝粉结合等离子电弧模块、温度采集模块、高速摄像监控模块、工艺参数数字化模块和外置气体单元；温度采集模块用于实时监测堆积成形过程中已成形部分的温度；高速摄像监控模块用于采集堆积成形过程中等离子电弧、熔滴以及已成形部分的形貌图像信息，工艺参数数字化模块用于获取所述温度采集模块、高速摄像监控模块的测量信息，并实时的对堆积成形工艺参数进行负反馈调节。本发明能够实时监控与调控电弧、精确控制成形构件的化学成分，可实现钛合金、不锈钢、高温镍基合金等大尺寸、复杂金属梯度结构件的形性一体化成形。

技术领域

本发明属于等离子电弧增材制造技术领域，涉及一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统。

背景技术

电弧增材制造作为近年来发展最为迅速的零件制造技术，其利用钨极或者丝材与已成形部分形成电弧熔化金属丝材，通过分层切片、层层堆积实现金属构件的直接成形，与传统的制造技术相比，具有成形效率高、材料利用率高、可成形任意复杂金属构件的优势，被广泛应用于航空航天、船舶以及石油化工等领域中关键构件的成形。

现有技术中等离子电弧增材制造装备系统存在以下的缺陷与不足：首先，堆积大尺寸构件时，热输入量的增加以及热积累现象，极易造成成形构件成形精度的下降，如何平衡热输入量与成形效率时当前亟待解决的问题之一；其次，现阶段大部分堆积成形构件成形质量调控一般是在完成堆积后，即依据成形质量在来调整参数，难以实现实时调控；再次，现阶段等离子增材制造合金化以涂覆材料或者更换丝材为主，涂覆材料的均匀性难以保证，更换丝材的流程以及成本较高，且特殊元素的合金化难以实现。现阶段的等离子电弧增材制造技术难以实现大尺寸、复杂金属梯度结构件的形性一体化成形。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，该装备系统融合有丝粉结合等离子电弧模块、温度采集模块、高速摄像监控模块、工艺参数数字化模块，能够实时监控与调控电弧、精确控制成形构件的化学成分，可实现钛合金、不锈钢、高温镍基合金等大尺寸、复杂金属梯度结构件的形性一体化成形。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种等离子电弧增材制造形性一体化成形装备系统，其特殊之处在于，包括：

丝粉结合等离子电弧模块、温度采集模块、高速摄像监控模块、工艺参数数字化模块和外置气体单元；

所述丝粉结合等离子电弧模块包括三轴运动机构、丝粉结合等离子电弧枪体、送丝单元、送粉单元、等离子电弧电源单元、水冷单元；

三轴运动机构带动丝粉结合等离子电弧枪体实现X、Y、Z三轴方向移动，

丝粉结合等离子电弧枪体包括由内到外包括钨极、水冷喷嘴、夹层和保护罩；

所述夹层内设有送粉通道，送粉通道与送粉单元连接，水冷喷嘴通过管路与水冷单元连接；等离子电弧电源单元，用于提供形成等离子电弧的电源；

所述温度采集模块用于实时监测堆积成形过程中已成形部分的温度；

所述高速摄像监控模块用于采集堆积成形过程中等离子电弧、熔滴以及已成形部分的形貌图像信息，

所述工艺参数数字化模块用于获取所述温度采集模块、所述高速摄像监控模块的测量信息，并实时的对堆积成形工艺参数进行负反馈调节。

进一步地，上述外置气体单元包括外置气体保护罩和保护气储存装置，保护气储存装置用于对外置气体保护罩提供保护气，外置气体保护罩位于丝粉结合等离子电弧枪体附近。

进一步地，上述温度采集模块包括热成像仪、热成像采集与分析软件，热成像的最高采集温度为2000℃。

进一步地，上述高速摄像监控模块包括高速摄像相机、光纤激光器以及高速摄像采集软件；