本實用新型屬于金屬增材制造領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬增材制造中兩艙室的補絲系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

金屬直接沉積增材制造技術(shù)是指在惰性氣氛或真空環(huán)境中，利用熱源熔化送進(jìn)的金屬材料，按照預(yù)先規(guī)劃的路徑層層堆積以制備金屬零件的技術(shù)。在金屬直接沉積增材制造技術(shù)中，激光或電弧增材設(shè)備為了維持惰性氣體環(huán)境，需要密閉的氣體保護(hù)艙，電子束增材設(shè)備則需要真空室。

目前，在金屬直接沉積增材制造技術(shù)中，送進(jìn)的原材料形式主要有粉末與絲材。當(dāng)使用絲材作為原材料時，絲材通常需要纏繞在卷軸上，在進(jìn)行零件加工前，儲絲卷軸會預(yù)先放入工作艙中裝配好，市場出售的纏好的卷絲重量一般較小，有2kg、5kg、10kg等，專用的卷軸可以大些，如美國Sicaky公司電子束熔絲成形的儲絲重量可以達(dá)到幾十公斤。但是，單卷絲盤重量過大具有如下缺點：首先設(shè)備內(nèi)部空間需要足夠大，不適合中小型設(shè)備；其次在裝配絲卷時由于重量太大，必須依賴助力裝置，導(dǎo)致設(shè)備較為復(fù)雜；另外，由于金屬絲材在纏繞時具有預(yù)緊力，絲盤越大，內(nèi)層絲材受到的壓力越大，容易使絲材具有波浪變形，嚴(yán)重影響成形時的穩(wěn)定性。

現(xiàn)有技術(shù)中，熔絲增材制造設(shè)備大多采用打開密閉艙門補充絲材的辦法。而該方法中，真空電子束熔絲設(shè)備開艙門補料的時間約為6小時以上，其中包含了零件冷卻、放氣、補絲、抽真空的時間；電弧或激光熔絲成形需要釋放密閉艙中的惰性氣體、補絲、重新洗氣以達(dá)到工作環(huán)境和壓力，時間約為20個小時。在進(jìn)行大型零件的加工時，零件重量達(dá)到數(shù)個至數(shù)十個絲盤重量，采用開艙門補充材料將導(dǎo)致效率底下；同時由于換絲時氣氛艙室調(diào)整的時間較長，在制造零件時溫度將降低，容易出現(xiàn)前后換絲銜接處的零件質(zhì)量問題，由此將增 加后續(xù)零件的處理難度，大大增加工作時間及成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種雙艙室換絲系統(tǒng)，該雙艙室換絲系統(tǒng)具有兩個可為送絲機艙提供金屬絲材的絲盤艙，在其中一個絲盤艙中絲盤用完之后，可更換另一個絲盤艙進(jìn)行工作，實現(xiàn)了兩艙室的換絲，提高了生產(chǎn)效率。

為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

一種雙艙室換絲系統(tǒng)，包括可存儲金屬絲材的絲盤艙，以及可為熔絲設(shè)備提供金屬絲材的送絲機艙，絲盤艙包括并列設(shè)置的兩個，分別為第一絲盤艙和第二絲盤艙，第一絲盤艙內(nèi)安裝有可更換的第一絲盤，第一絲盤上盤卷有金屬絲材；第二絲盤艙內(nèi)安裝有可更換的第二絲盤，第二絲盤上盤卷有金屬絲材；絲盤艙與送絲機艙之間設(shè)置有第一隔板，第一絲盤艙與第二絲盤艙之間設(shè)置有第二隔板，以使第一絲盤艙、第二絲盤艙、送絲機艙之間彼此形成三個獨立的腔體；其中，絲盤艙與送絲機艙之間設(shè)置有可在第一絲盤艙和第二絲盤艙之間選擇提供金屬絲材的換艙頭，換艙頭設(shè)置于第一隔板上；送絲機艙上設(shè)置有可供操作者操作換艙頭的手套窗。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，換艙頭包括對應(yīng)于第一絲盤艙或第二絲盤艙設(shè)置的第一換艙頭和對應(yīng)于第二絲盤艙或第一絲盤艙設(shè)置的第二換艙頭，其中，第一換艙頭包括向送絲機艙突出的螺座，螺座設(shè)置于第一隔板上，且螺座中部形成有通孔；螺座內(nèi)的通孔設(shè)置有導(dǎo)絲盤，導(dǎo)絲盤上設(shè)置有可固定金屬絲材的通孔；螺座突出于第一隔板的一側(cè)設(shè)置有可將導(dǎo)絲盤密封設(shè)置于螺座內(nèi)的蓋體；第二換艙頭包括與第一換艙頭結(jié)構(gòu)相同的螺座。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，蓋體與導(dǎo)絲盤之間通過緊固螺絲緊固；蓋體與螺座之間設(shè)置有密封圈。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，第一絲盤艙內(nèi)艙壁上設(shè)置有第一轉(zhuǎn)軸，第一轉(zhuǎn)軸的自由端安裝有可在重力作用下接觸第一絲盤外側(cè)面的第一速度編碼器，以實時測量第一絲盤的轉(zhuǎn)動狀態(tài)和金屬絲材剩余量；第二絲盤艙內(nèi)艙壁上 設(shè)置有第二轉(zhuǎn)軸，第二轉(zhuǎn)軸的自由端安裝有可在重力作用下接觸第二絲盤外側(cè)面的第二速度編碼器，以實時測量第二絲盤的轉(zhuǎn)動狀態(tài)和金屬絲材剩余量；第一速度編碼器和第二速度編碼器外連控制單元。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，第一絲盤艙的下端設(shè)置有第一進(jìn)氣口，第一絲盤艙的上端設(shè)置有第一回氣口；第二絲盤艙的下端設(shè)置有第二進(jìn)氣口，第二絲盤艙的上端設(shè)置有第二回氣口；送絲機艙的下端設(shè)置有送絲進(jìn)氣口，送絲機艙的上端設(shè)置有送絲回氣口；第一絲盤艙、第二絲盤艙和送絲機艙的進(jìn)氣口與回氣口形成相對獨立的氣體循環(huán)系統(tǒng)。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，第一絲盤艙上設(shè)置有可觀察第一絲盤艙內(nèi)部的第一觀察窗；第二絲盤艙上設(shè)置有可觀察第二絲盤艙內(nèi)部的第二觀察窗；送絲機艙上設(shè)置有可觀察送絲機艙內(nèi)部的送絲觀察窗。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，送絲機艙內(nèi)設(shè)置有外連熔絲設(shè)備接口的送絲機。

作為本實用新型的進(jìn)一步優(yōu)化，手套窗與送絲機艙之間設(shè)置有密封手套。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果在于：

1、本實用新型的雙艙室換絲系統(tǒng)，具有兩個可為送絲機艙提供金屬絲材的絲盤艙，在其中一個絲盤艙中絲盤用完之后可更換另一個絲盤艙進(jìn)行工作，實現(xiàn)了兩艙室的換絲，提高了生產(chǎn)效率；

2、本實用新型的雙艙室換絲系統(tǒng)，其只需要隔板隔離即可，結(jié)構(gòu)簡單、成本低；

3、本實用新型的雙艙室換絲系統(tǒng)，通過從手套窗中人工更換絲盤艙，其可靠性好，操作直觀；

4、本實用新型的雙艙室換絲系統(tǒng)，均獨立設(shè)置有進(jìn)氣口和回氣口，形成獨立的氣體循環(huán)系統(tǒng)，縮短了換絲過程和換絲后的洗氣時間，減小了因換絲、洗氣時間長而帶來零件溫度降度后的可能帶來的產(chǎn)品制造質(zhì)量隱患；

5、本實用新型在換絲過程中保護(hù)氣體洗氣采用大、小循環(huán)方式，減少了氣體浪費，實現(xiàn)了節(jié)能。

附圖說明

圖1為本實用新型雙艙室換絲系統(tǒng)外部的主視圖；

圖2為本實用新型雙艙室換絲系統(tǒng)內(nèi)部的主視圖；

圖3為圖2中換艙頭的剖視圖。

以上各圖中：1、第一絲盤艙；11、第一進(jìn)氣口；12、第一回氣口；13、第一觀察窗；14、第一絲盤；15、第一速度編碼器；16、第一轉(zhuǎn)軸；2、第二絲盤艙；21、第二進(jìn)氣口；22、第二回氣口；23、第二觀察窗；24、第二絲盤；25、第二速度編碼器；26、第二轉(zhuǎn)軸；3、送絲機艙；31、送絲進(jìn)氣口；32、送絲回氣口；33、送絲觀察窗；34、手套窗；35、送絲機；4、第一隔板；5、第二隔板；6、熔絲設(shè)備接口；7、換艙頭；71、螺座；72、導(dǎo)絲盤；73、蓋體；74、緊固螺釘；75、螺釘；76、密封圈。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本實用新型進(jìn)行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進(jìn)一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實施方式中。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，本實用新型中所使用的術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖1所示的位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

參見圖1和圖2，分別是本實用新型中雙艙室換絲系統(tǒng)的外部主視圖和內(nèi)部主視圖。如圖所示，本實用新型的雙艙室換絲系統(tǒng)，包括可存儲金屬絲材的絲盤艙，以及可為熔絲設(shè)備提供金屬絲材的送絲機艙3，絲盤艙包括并列設(shè)置的兩個，分別為第一絲盤艙1和第二絲盤艙2，其中圖中顯示的該并列設(shè)置為上下豎直并列豎直，但實際上對其方向并不限定。送絲機艙3內(nèi)設(shè)置有外連熔絲設(shè)備接口的送絲機35；第一絲盤艙1內(nèi)安裝有可更換的第一絲盤14，第一絲盤14 上盤卷有金屬絲材；第二絲盤艙2內(nèi)安裝有可更換的第二絲盤24，第二絲盤24上盤卷有金屬絲材；絲盤艙與送絲機艙3之間設(shè)置有第一隔板4，第一絲盤艙1與第二絲盤艙2之間設(shè)置有第二隔板5，以使第一絲盤艙1、第二絲盤艙2、送絲機艙3之間彼此形成三個獨立的腔體；其中，絲盤艙與送絲機艙3之間設(shè)置有可在第一絲盤艙1和第二絲盤艙2之間選擇提供金屬絲材的換艙頭7，換艙頭7設(shè)置于第一隔板4上；送絲機艙3上設(shè)置有可供操作者操作換艙頭的手套窗34。

參見圖3，是本實用新型中換艙頭的剖視圖。如圖3所示，換艙頭7包括對應(yīng)于第一絲盤艙1或第二絲盤艙2設(shè)置的第一換艙頭和對應(yīng)于第二絲盤艙2或第一絲盤艙1設(shè)置的第二換艙頭，其中，第一換艙頭1包括向送絲機艙突出的螺座71，螺座71設(shè)置于第一隔板4上，且螺座71中部形成有通孔，螺座71突出于第一隔板的凸起外側(cè)面設(shè)置有螺紋；螺座71內(nèi)的通孔設(shè)置有導(dǎo)絲盤72，導(dǎo)絲盤72上設(shè)置有可固定金屬絲材的螺釘75；螺座71突出于第一隔板4的一側(cè)設(shè)置有可將導(dǎo)絲盤72密封設(shè)置于螺座71內(nèi)的蓋體73；第二換艙頭包括與第一換艙頭結(jié)構(gòu)相同的螺座71。需要說明的是，本實用新型中，當(dāng)處于工作狀態(tài)時，其中一個絲盤艙上的螺座為密封狀態(tài)，則另一個即為開通狀態(tài)，即不需要蓋體等的密封，以使處于工作狀態(tài)的絲盤艙中的金屬絲材可通過通孔送入至送絲機艙內(nèi)部。

上述中，蓋體73與導(dǎo)絲盤72之間通過緊固螺絲74緊固；蓋體73與螺座71之間設(shè)置有密封圈。

繼續(xù)參見圖2，第一絲盤艙1內(nèi)艙壁上設(shè)置有第一轉(zhuǎn)軸16，第一轉(zhuǎn)軸16的自由端安裝有可在重力作用下接觸第一絲盤14外側(cè)面的第一速度編碼器15，以實時測量第一絲盤的轉(zhuǎn)動狀態(tài)和金屬絲材剩余量；第二絲盤艙2內(nèi)艙壁上設(shè)置有第二轉(zhuǎn)軸26，第二轉(zhuǎn)軸26的自由端安裝有可在重力作用下接觸第二絲盤24外側(cè)面的第二速度編碼器25，以實時測量第二絲盤的轉(zhuǎn)動狀態(tài)和金屬絲材剩余量；第一速度編碼器15和第二速度編碼器25外連控制單元。

進(jìn)一步參見圖1，三個艙室對外均設(shè)有相對獨立的對外洗氣接口，可以通 過自己的洗氣口完成各自艙室的保護(hù)氣體和含氧空氣的置換；當(dāng)艙室的氣體置換完成后，三個艙室的進(jìn)氣口將停止供氣，各艙室將通過設(shè)置在艙室間送絲通道形成一個整體，并通過熔絲設(shè)備電纜內(nèi)的送絲管與艙室連成一個大的氣體循環(huán)系統(tǒng)。為保證設(shè)備工作艙室的氣氛組成，兩艙室自動補絲系統(tǒng)中氣體密封艙室采用微正壓方式實現(xiàn)保護(hù)氣體循環(huán)。具體的，第一絲盤艙1的下端設(shè)置有第一進(jìn)氣口11，第一絲盤艙1的上端設(shè)置有第一回氣口12；第二絲盤艙2的下端設(shè)置有第二進(jìn)氣口21，第二絲盤艙的上端設(shè)置有第二回氣口22；送絲機艙的下端設(shè)置有送絲進(jìn)氣口31，送絲機艙的上端設(shè)置有送絲回氣口32；第一絲盤艙1、第二絲盤艙2和送絲機艙3的進(jìn)氣口與回氣口形成氣體循環(huán)系統(tǒng)。

另外，繼續(xù)參見圖1，第一絲盤艙1上設(shè)置有可觀察第一絲盤艙內(nèi)部的第一觀察窗13；第二絲盤艙1上設(shè)置有可觀察第二絲盤艙內(nèi)部的第二觀察窗23；送絲機艙3上設(shè)置有可觀察送絲機艙內(nèi)部的送絲觀察窗33。

另外，本實用新型中雙艙室換絲系統(tǒng)中，手套窗34與送絲機艙3之間設(shè)置有密封手套。

為了進(jìn)一步說明本實用新型的實用性，下面結(jié)合本實用新型的工作過程進(jìn)一步說明如下：

打開艙室門，將裝有絲材的絲盤裝在第一絲盤艙和第二絲盤艙；首先將使用的絲盤上的金屬絲材通過螺座拽入到送絲機艙，并將金屬絲材裝入送絲機中，同時檢查并擰緊蓋體，確保待機絲盤艙與送絲機艙完全隔離。在送絲機艙放入斷線工具后關(guān)閉送絲機艙和首先使用的絲盤艙室門；

將待用絲盤艙的金屬絲材拽出一段，并將其固定在導(dǎo)絲盤上的螺釘上，然后關(guān)上艙門；

啟動氣體循環(huán)及凈化系統(tǒng)，使各密封艙室穩(wěn)定達(dá)到設(shè)定的氧含量及壓力范圍，壓力稍高于1個大氣壓(1atm)，在啟動氣體循環(huán)時，首先使用的絲盤艙隨大循環(huán)系統(tǒng)洗氣，待機絲盤艙啟用的是小循環(huán)系統(tǒng)洗氣；

開始熔絲沉積，直到一個絲盤的金屬絲材將要用完時停止(絲盤用絲的殘存量是以速度編碼器檢測實現(xiàn)的，當(dāng)工作絲盤艙的絲盤速度為零時，表示絲盤 的絲材已用完)，并反向倒回熔絲設(shè)備內(nèi)的殘余焊絲；

擰開待機絲盤艙用于隔離的蓋體，將待機絲盤艙的金屬絲材拽入到送絲機艙，用送絲機艙內(nèi)的工具從導(dǎo)絲盤上取下并修整金屬絲材的端部，將金屬絲材裝入送絲機中，然后將用于密封的蓋體擰緊在另一絲盤艙的螺座上。

啟動金屬絲材裝入熔絲設(shè)備。

打開用完金屬絲材的絲盤艙門，此時其艙內(nèi)仍為惰性氣體氛圍，由于內(nèi)部壓力設(shè)定高于1atm，惰性氣體從送絲管路中向大氣逸出。取出空絲盤及殘余焊絲，裝入新的絲材絲盤，將速度編碼器放置在絲盤輪緣上，然后拽出一段絲材將其固定在導(dǎo)絲盤上；

關(guān)閉已換絲盤的艙門，啟動該絲盤艙保護(hù)氣體洗氣系統(tǒng)，以小循環(huán)方式對該絲盤艙洗氣；這時控制單元將打開該艙的氣體進(jìn)出口閥門，進(jìn)行氣體循環(huán)，直到該艙內(nèi)壓力及氧含量再次穩(wěn)定達(dá)到設(shè)定值為止；艙室洗氣完成后系統(tǒng)自動關(guān)閉艙室小循環(huán)轉(zhuǎn)而以系統(tǒng)氣體大循環(huán)來維持艙室氣氛；

完成絲盤更換，繼續(xù)進(jìn)行增材成形。

需要說明的是，以每個單獨的艙室獨自完成保護(hù)氣體的循環(huán)稱為小循環(huán)換氣；相對小循環(huán)換氣的大循環(huán)換氣，大循環(huán)換氣是在各艙室完成換氣后，在設(shè)備主艙室、送絲機艙、工作絲盤艙、熔絲設(shè)備送絲管及相關(guān)管道等組成的保護(hù)氣體循環(huán)系統(tǒng)，大循環(huán)換氣主要是針對所有密封工作艙室的保護(hù)氣體的補氣、凈化和冷卻，為保證設(shè)備工作艙室的氣氛組成，設(shè)備氣體密封艙室采用微正壓方式實現(xiàn)保護(hù)氣體循環(huán)。

同時，本系統(tǒng)作為熔絲直接沉積增材系統(tǒng)的一部分，其工作必須與系統(tǒng)有效連接才能更好的工作。在熔絲直接沉積增材制造設(shè)備中，熔絲設(shè)備能源輸出頭以及運動機構(gòu)置于工作艙中；儲絲卷軸以及送絲機置于其它密封艙中；連接送絲機和熔絲設(shè)備的有保護(hù)氣管、送絲管及其中的金屬絲、電纜，工作艙與送絲艙相鄰，保護(hù)氣管、送絲管及電纜在經(jīng)過各個艙室間的艙壁處采取了密封處理。