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一種増材制造的熔池控制方法與流程

文檔序號:12550878閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:在電弧三維増材成型技術(WAAM)、熱熔堆積成型技術(FDM)等在成型過程中金屬材料為液態(tài)流動的增材制造工藝或方法中引入對熔池進行約束的流程以減小表面粗糙度和層紋,其關鍵在于使用其他材料在熔池邊緣搭建一個可以限制金屬液流動的外框或輪廓,利用液體本身的表面張力和對其他材料的斥力,約束液態(tài)金屬的流動,在進行金屬材料的成型時成型臺上安裝的震動模塊會對熔池進行震動使液態(tài)金屬在被輪廓約束的區(qū)域內可以均勻鋪開,這種方法特別適合在増材成型步驟時為液態(tài)的金屬材料以及其他成型時為液態(tài)的材料, 其“打印成型”的成型物可以是任何用途的三維零件,具體原理如下;

一、將一個三維成型物的成型分成兩個形狀相關但功能不同的兩個部分進行不同原理的成型,切片時將一個三維模型分成內外輪廓模型和內實體模型,用以進行同一個成型物的増材成型;

二、在金屬材料三維増材成型時利用一個上表面開放垂直面封閉的輪廓對金屬液的垂直流淌進行控制,將一個三維模型分成內外輪廓模型和內實體模型,分別用不同的材料不同的成型頭進行成型,使用一種方便后期去除的材料先進行一層的內外輪廓模型的成型以及固化形成一個垂直的封閉面,然后進行內實體模型的成型,利用輪廓所形成的封閉面以及金屬液體與外輪廓材料的排斥效應約束液態(tài)熔融的金屬液的不受控流動,成型頭可以安裝在同一個滑車、效應器上也可以安裝在兩個完全獨立的滑車、效應器上,在進行內實體成型時會有震動裝置進行工作,以使熔池內的金屬液在輪廓約束范圍內均勻流淌;

三、在完成三維成型物的成型后將內外輪廓材料去除保留內實體;

其核心工藝具體還可以描述為以下流程:

[i]在進行増材制造時,系統(tǒng)先進行該切片層的輪廓成型,具體是使用一種能耐受當前極端環(huán)境又不會與內實體材料融合的材料進行輪廓的成型和固化,輪廓包括內輪廓和外輪廓;

[ii]當[i]工序完成后在輪廓圍出的范圍內按照代碼進行該層內實體的増材成型,利用封閉輪廓約束被電弧或者其他加熱手段熔化的金屬的自由流淌;

[iii]順序的重復進行以上兩個工序直到物體完成成型,最后將輪廓材料完全去除得到三維成型物;

在成型的過程中對于復雜的形狀,【i】工序還可以對懸空的部位進行一定的支撐使其可以被正確的成型;

在進行內外輪廓成型和內輪廓成型時使用兩個或兩個以上的成型物的制造,成型頭可以聯(lián)動也可以交替運動。

2.一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:在進行切片層的成型時先進行這一層輪廓的成型,使用輪廓對成型時熔化的材料的流動進行約束,使其不向其他已經(jīng)成型部位流淌,保證了其垂直表面的表面光潔度,內外輪廓的作用不止在于支撐三維成型物,還在于對內實體制造時的材料進行排斥和約束,進行輪廓成型的材料不與內實體材料融合或影響內實體材料的成型效果,而且能承受內部材料進行成型時的極端環(huán)境,在完成成型后可以方便的去除,輪廓成型的技術和材料可以與內實體成型的技術和材料不同;

【i】工序成型的外輪廓,其意義在于在真正的三維成型物成型前在周圍制造一個可以約束熔融的液態(tài)金屬流淌的輪廓,這個輪廓的作用為:

1、利用金屬液體的表面張力和對不同材料產(chǎn)生的斥力控制熔池中金屬液體的流動;

2、利用外輪廓包覆內實體垂直表面,對三維成型物進行保溫,使其成型過程中各個部分的溫度不會有太大的變化;

3、利用外輪廓包覆內實體的垂直表面,減少內實體的開放面或暴露的面積,以減少在制造過程中內實體表面發(fā)生氧化的概率;

4、利用外輪廓包覆內實體的垂直表面,使其在制造時可以得到一定的支撐,以使其在制造時不會出現(xiàn)液態(tài)的內實體制造材料不受控流動;

5、對于懸空的部位進行支撐使其可以順利成型。

3.一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:使用了一種熔池的控制技術,當熔融的液態(tài)金屬填充在輪廓范圍內進行成型時使用震動促使液態(tài)金屬在輪廓的約束范圍內可以均勻鋪開。

4.根據(jù)權利要求2所述,一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于: 由于外輪廓的用途和內實體的用途不一樣,所以在成型時采用不同的増材制造成型方式和増材制造技術。

5.根據(jù)權利要求2所述,一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:

[i]在進行増材制造時,系統(tǒng)先進行該切片層的輪廓成型,具體是使用一種能承受成型時的極端環(huán)境又不會與內實體材料融合的材料進行輪廓的成型和固化,輪廓包括內輪廓和外輪廓;

[ii]當[i]工序完成后在輪廓圍出的范圍內按照代碼進行該層內實體的増材成型,利用封閉輪廓約束被電弧、激光、電子束或者其他加熱手段熔化的金屬的自由流淌,在進行內實體制造時安裝的震動器的工作使金屬液的填充更均勻,當【ii】工序完成時如果需要繼續(xù)成型那么再進行【i】工序,如果成型物不需要繼續(xù)成型則進行【iii】工序,

【iii】 工序將【i】工序成型的材料完全去除,得到目標三維成型物。

6.根據(jù)權利要求1所述,一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:在進行成型時采用兩種或兩種以上的成型方法以及不同的材料進行連續(xù)性的階段性的成型,直到指定成型物完全成型。

7.根據(jù)權利要求6所述,一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:使用兩個或兩個以上的成型頭進行制造,成型頭可以聯(lián)動也可以交替運動,同時完成一個或者分別完成不同的物體。

8.根據(jù)權利要求1所述,一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:所使用的増材成型材料為金屬絲、金屬粉末也可以是已經(jīng)被預熱熔化的金屬液,金屬成分可以是合金也可以是單一金屬。

9.根據(jù)權利要求6所述,一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:金屬成型物制造時所使用的熱源可以是單一熱源也可以是多段加熱多種熱源。

10.根據(jù)權利要求2所述,一種增材制造的熔池控制方法,其特征在于:【i】工序成型的外輪廓,其作用在于;

1、利用金屬液體的表面張力和對不同材料產(chǎn)生的斥力控制熔池中金屬液體的流動;

2、利用外輪廓包覆內實體垂直表面,對三維成型物進行保溫,使其成型過程中各個部分的溫度不會有太大的變化;

3、利用外輪廓包覆內實體的垂直表面,減少內實體的開放面或暴露的面積,以減少在制造過程中內實體表面發(fā)生氧化的概率;

4、利用外輪廓包覆內實體的垂直表面,使其在制造時可以得到一定的支撐,以使其在制造時不會出現(xiàn)液態(tài)的內實體制造材料從內實體的垂直面向下流淌;

5、對于懸空的部位進行支撐使其可以順利成型。

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