[发明专利]一种基于金属熔丝增材制造的靶向原位合金化装置及方法

说明书

一种基于金属熔丝增材制造的靶向原位合金化装置及方法，包括固定在机器人的同一个机械臂上的丝材滚花装置、丝粉混合装置、熔丝装置，丝材滚花装置的输出丝材进入丝粉混合装置，丝粉混合装置输出丝材进入熔丝装置，熔丝装置进行成形；丝材滚花装置针对不同直径的丝材，通过调整刀具调节器的角度来调整主副滚花刀的中心距和进给力，实现均匀滚花并控制滚花深度；丝粉混合装置包括胶粉混合罐，胶粉混合罐上部通过螺杆送料；熔丝装置的焊枪产生的热源使裹满胶粉混合液的丝材在基板上成形沉积态成形件；本发明粉末颗粒与丝材一起熔化，均匀地分布在沉积态成形件的内部，实现了金属熔丝增材制造的原位合金化，具有操作简单，成形效率高等优势。

技术领域

本发明属于金属熔丝增材制造技术领域，具体涉及一种基于金属熔丝增材制造的靶向原位合金化装置及方法。

背景技术

金属熔丝增材制造技术是以电弧、激光或电子束为热源，以金属丝材为原料，在程序控制下按照预设路径逐层逐道堆积成形三维金属构件的方法，对丝材进行靶向原位合金化处理，灵活地根据需求实现连续制造过程中成形件不同部位材料和性能的差异化布局具有重要的应用价值。

目前，实现金属熔丝增材制造原位合金化方法的现有技术主要包括：公开号为CN110004398A的专利公开了一种交替熔丝送粉的电弧增材制造原位合金化装置及方法，其将气体动力喷涂装置与电弧熔丝增材制造复合，在层间将携带粉末颗粒的高速气体射流冲击沉积层表面，实现电弧熔丝增材制造原位合金化的同时，在层间引入压应力层，也优化了电弧熔丝增材制造金属构件的组织性能。公开号为CN110629218A的专利公开了一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法，其结合冷喷涂强化工艺与电弧增材制造工艺，采用与高熵合金焊丝匹配的高熵合金粉末，实现高熵合金电弧增材制造的原位合金化，实现高熵合金的组织与成分调控。但是，以上两种复合冷喷涂的工艺需要额外的冷喷涂装置，粉末颗粒仅停留带沉积层的层间交界面，成形件层内合金化不均匀；此外，冷喷涂的粉末颗粒无法有效嵌入到成形层表面，容易造成脱落，从而影响合金化元素向成形件内准确添加。公开号为CN112605397A的专利公开了一种电弧增材制造原位合金化方法，其采用层间轧制的方法将预制粉末均匀地嵌入到成形层表面，但是该方法仍然只能在层间交界面附近添加粉末，粉末无法到沉积层内部，导致合金化不均匀。公开号为CN113695101A的专利公开了一种用于电弧增材制造的自动涂覆活性剂装置，在电弧熔丝的机械臂上复合了一个夹持机构，用来夹持带有雾化喷嘴、装有活性剂的气瓶，在增材制造过程中自动喷涂活性剂，但是活性剂无法均匀分散到成形件内部的问题仍然没有解决。

采用丝粉同步送进的装置及方法也是实现金属熔丝增材原位合金化的有效措施，其主要工艺包括丝粉同轴送进及粉末旁轴送进等方式：申请号为CN201810356248.X的专利公开了一种7000系铝合金增材制造方法及系统，同样同步粉末送进工艺实现电弧增材制造的原位合金化；但是丝粉同轴装置及同步送入工艺粉末的送进均需要气流做载体，气流会对电弧的稳定性有影响，从而影响最终成形件的质量。公开号为CN110560690A的专利公开了一种颗粒靶向增强金属基复合材料构件的电弧增材制造方法，复合了一套送粉装置，设有四个送粉通道，根据用户定义在构件的指定部位适时打开其中一个或多个通道注入一定的颗粒增强相，装置比较复杂，涉及多个耦合系统，实施起来较为困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于金属熔丝增材制造的靶向原位合金化装置及方法，粉末颗粒与丝材一起熔化，均匀地分布在沉积态成形件的内部，实现了金属熔丝增材制造的原位合金化，具有操作简单，设备成本低、成形效率高等优势。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于金属熔丝增材制造的靶向原位合金化装置，包括丝材滚花装置、丝粉混合装置、熔丝装置：丝材滚花装置和丝粉混合装置与熔丝装置固定在机器人的同一个机械臂上，丝材滚花装置的输出丝材进入丝粉混合装置，丝粉混合装置输出丝材进入熔丝装置，熔丝装置进行成形；