[发明专利]基于旁路多丝等离子弧梯度材料增材制造装置与方法

权利要求书

1.一种基于旁路多丝等离子弧梯度材料增材制造装置，其特征在于，包括等离子弧焊枪、工件以及与电流与送丝速度协同控制系统连接的等离子弧焊接电源、第一非熔化极气体保护焊电源、第二非熔化极气体保护焊电源、第三非熔化极气体保护焊电源、第一送丝机构、第二送丝机构和第三送丝机构，其中：

所述等离子弧焊接电源、所述等离子弧焊枪的钨极与所述工件形成主回路，且所述等离子弧焊接电源能产生主弧等离子弧以熔化所述工件形成熔池；所述第一非熔化极气体保护 焊接电源、所述等离子弧焊枪的钨极和所述第一送丝机构上的第一丝材形成第一旁路回路，所述第二非熔化极气体保护 焊接电源、所述等离子弧焊枪的钨极和第二送丝机构上的第二丝材形成第二旁路回路，所述第三非熔化极气体保护 焊接电源、所述等离子弧焊枪的钨极和所述第三送丝机构上的第三丝材形成第三旁路回路；所述第一非熔化极气体保护焊接电源、所述第二非熔化极气体保护 焊接电源和所述第三非熔化极气体保护 焊接电源分别在各自回路中产生旁路电弧；

所述第一丝材与所述等离子弧焊枪的钨极之间的夹角为30°～90°，所述第二丝材与所述等离子弧焊枪的钨极之间的夹角为30°～90°，所述第三丝材与所述等离子弧焊枪的钨极之间的夹角为30°～90°，所述第一丝材、所述第二丝材与所述第三丝材三者中两两之间的夹角为30°～120°；

所述第一送丝机构、所述第二送丝机构和所述第三送丝机构均是相互独立的，各旁路回路中的送丝机构与对应的非熔化极焊接电源相互独立，均受到电流与送丝速度协同控制系统调控，实现各自独立调节。

2.根据权利要求1所述的基于旁路多丝等离子弧梯度材料增材制造装置，其特征在于，所述第一丝材、所述第二丝材和所述第三丝材的材质均为金属，所述第一丝材、所述第二丝材和所述第三丝材的材质各不相同或部分相同。

3.据权利要求1所述的基于旁路多丝等离子弧梯度材料增材制造装置，其特征在于，所述第一丝材的直径为0.8mm、1.0mm或者1.2mm，所述第二丝材的直径为0.8mm、1.0mm或者1.2mm，所述第三丝材的直径为0.8mm、1.0mm 或者1.2mm。

4.据权利要求1所述的基于旁路多丝等离子弧梯度材料增材制造装置，其特征在于，所述等离子弧焊枪的压缩喷嘴距所述工件上表面的距离为5.0～15.0mm，所述第一丝材、所述第二丝材和所述第三丝材熔化末端与所述压缩喷嘴之间的垂直距离为2.0mm～13.0mm，所述第一丝材、所述第二丝材和所述第三丝材熔化末端距主弧轴线的距离为0～1.5mm。

5.据权利要求1所述的基于旁路多丝等离子弧梯度材料增材制造装置，其特征在于，所述第一丝材能通过所述第一送丝机构引入第一导电嘴，所述第二丝材能通过所述第二送丝机构引入第二导电嘴，所述第三丝材能通过所述第三送丝机构引入第三导电嘴，所述等离子弧焊枪与所述第一导电嘴、所述第二导电嘴、所述第三导电嘴通过转接板固定连接。

6.一种基于旁路多丝等离子弧梯度材料增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：对工件表面进行熔覆前的预处理，并将预处理后的工件固定于工作台上；

步骤S2：连接权利要求1～5任一项所述的基于旁路多丝等离子弧梯度材料增材制造装置，并根据梯度功能材料成分选择第一丝材、第二丝材、第三丝材；

步骤S3：根据待加工梯度功能材料的三维模型进行分层切片，并基于机器人进行成形路径规划；根据每层熔覆层沿成形路径方向成分梯度变化计算熔覆过程中各旁路回路异质丝材熔化量的实时动态变化，制定相应的送丝速度和电流匹配变化方案，设置于电流与送丝速度协同控制装置中；

步骤S4：将等离子弧焊枪移动到熔覆层起始点，开启等离子弧焊接电源，开启维弧，待稳定后开启主弧并关闭维弧，开启第一非熔化极焊接电源、第二非熔化极焊接电源、第三非熔化极焊接电源、第一送丝机构、第二送丝机构、第三送丝机构以及电流与送丝速度协同控制装置，开始送丝并实时调整送丝速度及电流，按照规划的成形路径进行行走；

步骤S5：当等离子弧焊枪移动至熔覆层结束点，依次关闭第一送丝机构、第二送丝机构、第三送丝机构、电流与送丝速度协同控制装置、第一非熔化极气体保护焊电源、第二非熔化极气体保护焊电源、第三非熔化极气体保护焊电源、等离子弧焊接电源，再通15～30s保护气防止熔覆层氧化；

步骤S6：待熔覆层冷却40～90s后，开始熔覆下一层；

步骤S7：重复步骤S4～步骤S6，直至按要求完成梯度功能材料增材制造。