電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)公開(kāi)了一種金屬零件快速三維成型系統(tǒng)。以電阻加熱物料并采用二次重熔的方法快速制造金屬零件。本發(fā)明由熔化成型系統(tǒng)、物料釋放系統(tǒng)、冷卻和防氧化劑輸送系統(tǒng)、大功率電源四部分組成。解決了三維零件制造系統(tǒng)成本高，制造的零件密度低，品質(zhì)差的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及加工制造領(lǐng)域，具體是用于金屬零件快速三維成形的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)的進(jìn)步“3d制造技術(shù)”得到了快速蓬勃的發(fā)展?，F(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)可以直接制造金屬部件，但是所生產(chǎn)出的部件由于密度低組織內(nèi)有空隙或雜渣無(wú)法與傳統(tǒng)切削制造出的同樣零件相媲美。其原因是制造零件所采用的原材料為粉末狀，以(SLM)技術(shù)為例，金屬粉末經(jīng)過(guò)激光熔化后如果不能均勻的與前一層鋪展而是形成大量的金屬球就會(huì)使得鋪粉輥在鋪粉的過(guò)程中產(chǎn)生較大的摩擦力，不僅會(huì)損害零件的質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)阻礙鋪粉輥的運(yùn)動(dòng)，最終導(dǎo)致零件成形失敗。
[0003]現(xiàn)在的金屬構(gòu)件“3d制造技術(shù)”的金屬加熱熔化系統(tǒng)十分復(fù)雜龐大且效率低下效果差，有的還有一定的危險(xiǎn)性?，F(xiàn)今主要有三種熔化系統(tǒng)分別是激光熔化系統(tǒng)、電子束熔化系統(tǒng)、等離子熔化系統(tǒng)。激光熔化系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是溫度高，功率容易控制，缺點(diǎn)是十分復(fù)雜、體積大、容易損壞、效率低下(最高30%左右)功率小。電子束熔化系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是、功率高、效率高。缺點(diǎn)是工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的X光輻射對(duì)人體有害需要非常厚重的輻射屏蔽層。等離子熔化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單對(duì)人體無(wú)害溫度高，缺點(diǎn)是制造精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種金屬零件快速三維成形的系統(tǒng)，以解決上述【背景技術(shù)】中的缺點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，是利用電能由金屬物料的電阻直接將電能轉(zhuǎn)化為熱能熔化金屬物料，并采用二次重熔的方式讓金屬物料以液態(tài)擠出層疊的方式制造金屬構(gòu)件。從而降低了成本和制造難度提高了構(gòu)件質(zhì)量。
[0006]電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)由熔化成形系統(tǒng)、物料釋放系統(tǒng)、冷卻和防氧化劑輸送系統(tǒng)、大功率電源四部分組成。熔化成形系統(tǒng)包括基座、冷卻器、成形頭、成形臺(tái)。
[0007]所述所述冷卻器包裹成形頭內(nèi)部件，有多個(gè)用于冷卻氣體入口位于冷卻器表面靠近基座的位置，一個(gè)冷卻氣體噴口位于成形頭前部等低于熔池外石墨電極，冷卻器可以冷卻成形頭噴出的惰性冷卻氣體可以冷卻液態(tài)金屬使其快速固化，噴出的氣體可以包裹在工件半成品表面使其不被氧化形成氧化膜。
[0008]所述基座的作用是 安置成形頭和冷卻器?；B接伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)由電腦控制移動(dòng)到指定位置。
[0009]所述成形頭包括頭體、熔絲輸送器、熔池、熔池內(nèi)石墨電極、熔池外石墨電極。所述頭體固定在基座上，成形頭內(nèi)通氣管將防氧化保護(hù)管內(nèi)的惰性冷卻氣體輸送到冷卻器中。
[0010]所述熔絲輸送器位于頭體內(nèi)是兩個(gè)由電機(jī)帶動(dòng)的轉(zhuǎn)輪，這對(duì)轉(zhuǎn)輪夾緊熔絲依靠摩擦力輸送熔絲到熔池中。
[0011]所述熔池位于頭體材料為高強(qiáng)度的耐高溫陶瓷。
[0012]所述熔池內(nèi)石墨電極分別位于熔池內(nèi)部，電極為長(zhǎng)時(shí)間通電狀態(tài)，當(dāng)金屬熔絲輸送到熔池時(shí)，金屬熔絲接觸熔池內(nèi)的一對(duì)石墨電極電路形成通路，電能由金屬熔絲的電阻轉(zhuǎn)化為熱能，熔化金屬熔絲。
[0013]所述熔池外石墨電極位于成形頭尖部，電極為長(zhǎng)時(shí)間通電狀態(tài)，當(dāng)液態(tài)金屬通過(guò)熔池流動(dòng)到熔池外石墨電極并流出時(shí)液態(tài)金屬接觸成形臺(tái)，成形臺(tái)上的工件或成形臺(tái)與熔池外石墨電極通過(guò)液態(tài)金屬形成電流通路再一次給液態(tài)金屬加熱，同時(shí)如果存在工件半成品也會(huì)再一次熔化工件半成品表面，這樣新的金屬層會(huì)與原來(lái)的金屬層更為緊密的結(jié)合在一起。
[0014]所述成形臺(tái)為表面鋪有一層石墨層的金屬板，成形臺(tái)通電，與熔池外石墨電極形成電路。
[0015]所述物料釋放系統(tǒng)由熔絲卷，熔絲卷電機(jī)組成。
[0016]所述熔絲卷為線軸狀，纏繞著金屬熔絲。
[0017]所述熔絲為金屬物料。
[0018]所述熔絲卷電機(jī)，為步進(jìn)電機(jī)，連接熔絲卷，根據(jù)電腦所給的脈沖電信號(hào)決定放出熔絲多少。
[0019]所述冷卻和防氧化劑輸送系統(tǒng)由液態(tài)惰性氣體儲(chǔ)存蒸發(fā)罐，氣泵，防氧化保護(hù)管和連接管道組成。
[0020]所述液態(tài)惰性氣體儲(chǔ)存蒸發(fā)罐為儲(chǔ)存液態(tài)氣體的罐體，表面有波紋增大表面積加快液氮的蒸發(fā)。
[0021]所述氣泵通過(guò)連接管道連接防氧化保護(hù)管和冷卻器。
[0022]所述防氧化保護(hù)管由管體和橡膠密封口組成，內(nèi)充有惰性氣體。防氧化保護(hù)管連接成形頭和氣泵，熔絲通過(guò)防氧化保護(hù)管進(jìn)入成形頭，可以防止熔絲被氧化污染。
[0023]所述大功率電源，為兩臺(tái)降壓升流變壓器。一臺(tái)為一對(duì)熔池內(nèi)石墨電極供電，一臺(tái)為熔池外石墨電極和成形臺(tái)供電。
[0024]有益效果:本發(fā)明是一種新型的三維金屬零件制造成形系統(tǒng)，電阻式加熱簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，降低了成本。開(kāi)創(chuàng)性的雙熔法使制造工件時(shí)新的表面和已經(jīng)成形的表面更緊密的結(jié)合在一起從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。整個(gè)系統(tǒng)不僅大大降低了制造成本而且還提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的成形頭結(jié)構(gòu)和冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中:基座I成形頭2冷卻器3成形臺(tái)4熔池外石墨電極5防氧化保護(hù)管6熔絲7熔絲卷電機(jī)8熔絲卷9氣泵10液態(tài)惰性氣體儲(chǔ)存蒸發(fā)罐11熔池內(nèi)石墨電極供電電源12熔池外石墨電極供電電源13橡膠密封口 14熔池內(nèi)石墨電極15成形頭內(nèi)通氣管16熔絲輸送器17冷卻用惰性氣體入口 18熔絲入口 19冷卻氣體噴口 20?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0029]參見(jiàn)圖1一2電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)由物料釋放系統(tǒng)，熔化成形系統(tǒng)，冷卻和防氧化劑輸送系統(tǒng)，大功率電源四部分組成。物料釋放系統(tǒng)包括熔絲卷9熔絲卷電機(jī)8，當(dāng)成形頭2被移動(dòng)到指定位置時(shí)熔絲卷電機(jī)8啟動(dòng)從熔絲卷9放出熔絲7。冷卻和防氧化系統(tǒng)由防氧化保護(hù)管6氣泵10液態(tài)惰性氣體儲(chǔ)存蒸發(fā)罐11組成，熔絲放出后通過(guò)橡膠密封口 14進(jìn)入防氧化保護(hù)管6，防氧化保護(hù)管6可以使用冷卻用惰性氣體冷卻和保護(hù)熔絲7，防止熔絲7在使用之前被成形頭2所傳導(dǎo)出的熱量影響而氧化。氣泵10可以將液態(tài)惰性氣體儲(chǔ)存蒸發(fā)罐11中的冷卻用惰性氣體輸送到冷卻器3和防氧化保護(hù)管6中熔化成形系統(tǒng)包括基座，冷卻器3，成形頭2，成形臺(tái)4。所述冷卻器3是包裹在成形頭2外面的金屬殼體殼體,靠近基座I的位置外有多個(gè)冷卻用惰性氣體入口 18 —個(gè)冷卻氣體噴口 20位于成形頭前部等高于成形頭2。成形頭20包括熔絲輸送器17熔池內(nèi)石墨電極15，熔池外石墨電極5所述頭體固定在基座I上，內(nèi)有幾對(duì)成形頭內(nèi)通氣管16，將防氧化保護(hù)管內(nèi)的惰性冷卻氣體輸送到冷卻器3中，熔絲輸送器17位于頭體內(nèi)是兩個(gè)由電機(jī)帶動(dòng)的轉(zhuǎn)輪，一對(duì)轉(zhuǎn)輪依夾緊熔絲依靠摩擦力輸送熔絲到熔池中。熔池內(nèi)石墨電極15是位于成形頭內(nèi)部的一對(duì)電極當(dāng)熔絲7接觸到兩個(gè)電極時(shí)熔絲就會(huì)被熔化。熔池外石墨電極5是成形頭外的一個(gè)電極，熔池外石墨電極5與成形臺(tái)4形成一個(gè)電路。當(dāng)熔絲被熔池內(nèi)石墨電極15熔化后通過(guò)熔池外石墨電極5流到成形臺(tái)4時(shí)熔池外石墨電極5與成形臺(tái)4形成通路，熔化的金屬被再次加熱，如果成形臺(tái)上有正在制造的工件，當(dāng)熔化的金屬接觸工件的上一次成形的表面時(shí)，上一次成形的表面會(huì)被再次熔化，新的金屬物料會(huì)和已經(jīng)成形的金屬物料緊密的結(jié)合為一體。大功率電源12和13是兩臺(tái)交流降壓升流變壓器，可以承受較大的工作電流。
[0030]本發(fā)明在制造工件時(shí)熔絲進(jìn)入熔池內(nèi)電極被熔化然后從熔池外電極流出到成形臺(tái)再一次被加熱，如果成形臺(tái)上有正在制造的工件，當(dāng)熔化的金屬接觸工件的上一次成形的表面時(shí)，上一次成形的表面會(huì)被再次熔化，新金屬料會(huì)和已經(jīng)成形的金屬料緊密的結(jié)合為一體。冷卻器噴出的惰性冷卻氣體可以冷卻和保護(hù)正在制造的工件同時(shí)可以在正在制造成形的部位形成一個(gè)外部冷卻內(nèi)部加熱的良好結(jié)晶環(huán)境使新鋪設(shè)的金屬層和上一次鋪設(shè)的金屬層很好的結(jié)合在一起。
[0031]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造系統(tǒng)由熔化成形系統(tǒng)，物料釋放系統(tǒng)，冷卻和防氧化劑輸送系統(tǒng)，大功率電源構(gòu)成，所述熔化成型系統(tǒng)包括基座，冷卻器，成型頭，成型臺(tái)，所述冷卻和防氧化劑輸送系統(tǒng)由液態(tài)惰性氣體儲(chǔ)存蒸發(fā)罐，氣泵，防氧化保護(hù)管和連接管道組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，所述成型頭內(nèi)有用于熔化加熱的電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，成型頭外有一個(gè)電極與成型臺(tái)形成一個(gè)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，成型臺(tái)通電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，成型臺(tái)與成型頭外的電極可以熔化加熱金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，所述成型頭內(nèi)有通氣管道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻和防氧化劑輸送系統(tǒng)和熔化成型系統(tǒng)的冷卻器使用液態(tài)低溫惰性氣體經(jīng)過(guò)氣化做為冷卻劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻和防氧化劑輸送系統(tǒng)設(shè)有防氧化保護(hù)管，可以保護(hù)熔絲不會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而快速氧化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，防氧化保護(hù)管有橡膠密封口，既可以讓熔絲通過(guò)有保證防氧化保護(hù)管內(nèi)的氣體不外泄。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構(gòu)件制造成形系統(tǒng)，其特征在于，熔絲通過(guò)防氧化保護(hù)管進(jìn)入熔化成形系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B22F3/115GK104001918SQ201410233113
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】趙晴堂 申請(qǐng)人:趙晴堂