[发明专利]一种低能耗异质多丝预熔-TIG增材制造方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种低能耗异质多丝预熔‑TIG增材制造方法，采用电弧增材制造系统3D打印系统进行成形制作，所述电弧增材制造系统3D打印系统中设有若干个送丝单元，各送丝单元上的焊丝采用不同的材质；在所述电弧增材制造系统3D打印系统中设置预热系统，先通过预热系统对焊丝进行预加热，用于差异化补充不同材质焊丝在相同成形电流下所需的熔化能量差值，再通过TIG焊枪进行3D打印。本发明通过精确控制预热实现不同材质焊丝的能量差异化处理，降低成形过程中的电弧电流，减少了能量消耗在提高成形速度的同时，实现了多种材料在同一个电弧下的低能耗增材制造，并获得组分均匀的非均质材料构件。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种低能耗异质多丝预熔-TIG增材制造方法。

背景技术

大扭转角的叶片类金属零件是一类典型结构件，在工程领域具有广泛的应用，因其使用工况复杂，对性能要求不断提高。在工程中不断采用非均质材料的组合制造设计，来提高结构件的性能，满足极端工况需求，但将不同材料组合成单一产品非常困难，导致传统加工方法(铸造、锻造等)的加工周期长、制造成本高等问题。

金属增材制造技术使用的高能量密度热源(激光、电弧、电子束)，可以在零件任意位置添加同质或非均质材料的精细结构，有能力对不同原材料进行组合制造。不同的结构部位采用不同类别的金属材料，在保证其具有与整体制造相当的力学性能的同时，不仅大大降低了成本(特别是昂贵材料的成本)，也充分发挥了增材制造技术在非均质构件制造策略上的优势。

目前，对于非均质大转角薄壁构件成形精准控制的研究较少，有学者提出采用混粉的方式进行同轴激光送粉成形，但激光设备的成本过高，且成形效率一直处于较低水平，且混粉后的材料几乎全部浪费。也有学者提出在电弧增材制造过程中进行双丝供给，但两种非均质金属所需的成形电流完全不同，工艺协调过程复杂。且因为电弧热量只有约30％用于熔化焊丝，导致能耗过高，能源利用率无法得到进一步的提高。目前大扭转角叶片类金属零件在TIG电弧増材制造时还存在以下两大主要难点：(1)悬垂角度大。以45°扭转的叶片类零件为例，由于每层悬垂角度太大，成形过程中熔化金属无法自我托举，发生流淌现象，使成形表面呈现不规则波动，从而无法达到预期的形状。(2)每层延成形方向的单道高度不一致(叶片中间较高而两侧较低)。随着成形层数的增加，误差的积累导致中间点形貌凸起，送丝困难，且钨极端部易与熔池接触，无法继续成形。

上述问题将给非均质大扭转角叶片类金属零件的制造带来巨大挑战，因此，亟需开发一种简单、实用、有效的成形方法，从而进一步开展非均质大扭转角叶片类金属零件TIG电弧増材制造成形控制研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决非均质零件产品的制造问题，提供一种低能耗异质多丝预熔-TIG增材制造方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低能耗异质多丝预熔-TIG增材制造方法，采用电弧增材制造系统3D打印系统进行成形制作，所述电弧增材制造系统3D打印系统中设有若干个送丝单元，各送丝单元上的焊丝采用不同的材质；在所述电弧增材制造系统3D打印系统中设置预热系统，先通过预热系统对焊丝进行预加热，用于差异化补充不同材质焊丝在相同成形电流下所需的熔化能量差值，再通过TIG焊枪进行3D打印。

进一步，利用预热系统先对焊丝进行预加热，从而减小焊丝所需的成形电流，以降低能耗。

进一步，用于制造非均质大转角薄壁构件，所述非均质大转角薄壁构件为多材料叶片类结构零件或大转角非闭合的薄壁结构零件。

进一步，所述电弧增材制造系统3D打印系统中设有两个送丝单元，包括如下步骤：

S1、非均质大转角薄壁构件三维数据处理：根据非均质大转角薄壁构件的扭转角度、长度、总高度、每层期望层高及期望层宽，对非均质大转角薄壁构件的三维数据进行切片，获取构件的层数及每层倾角信息；