電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統的製作方法
2023-05-10 16:51:01 1
電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統的製作方法
【專利摘要】本發明電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統公開了一種金屬零件快速三維成型系統。以電阻加熱物料並採用二次重熔的方法快速製造金屬零件。本發明由熔化成型系統、物料釋放系統、冷卻和防氧化劑輸送系統、大功率電源四部分組成。解決了三維零件製造系統成本高，製造的零件密度低，品質差的問題。
【專利說明】電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統【技術領域】
[0001]本發明涉及加工製造領域，具體是用於金屬零件快速三維成形的系統。
【背景技術】
[0002]隨著科學的進步「3d製造技術」得到了快速蓬勃的發展。現在的技術已經可以直接製造金屬部件，但是所生產出的部件由於密度低組織內有空隙或雜渣無法與傳統切削製造出的同樣零件相媲美。其原因是製造零件所採用的原材料為粉末狀，以(SLM)技術為例，金屬粉末經過雷射熔化後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使得鋪粉輥在鋪粉的過程中產生較大的摩擦力，不僅會損害零件的質量，嚴重時還會阻礙鋪粉輥的運動，最終導致零件成形失敗。
[0003]現在的金屬構件「3d製造技術」的金屬加熱熔化系統十分複雜龐大且效率低下效果差，有的還有一定的危險性。現今主要有三種熔化系統分別是雷射熔化系統、電子束熔化系統、等離子熔化系統。雷射熔化系統優點是溫度高，功率容易控制，缺點是十分複雜、體積大、容易損壞、效率低下(最高30%左右)功率小。電子束熔化系統優點是、功率高、效率高。缺點是工作時會產生強的X光輻射對人體有害需要非常厚重的輻射屏蔽層。等離子熔化系統的優點是系統簡單對人體無害溫度高，缺點是製造精度低。
【發明內容】
[0004]本發明所解決的技術問題在於提供一種金屬零件快速三維成形的系統，以解決上述【背景技術】中的缺點。
[0005]本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現:
電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，是利用電能由金屬物料的電阻直接將電能轉化為熱能熔化金屬物料，並採用二次重熔的方式讓金屬物料以液態擠出層疊的方式製造金屬構件。從而降低了成本和製造難度提高了構件質量。
[0006]電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統由熔化成形系統、物料釋放系統、冷卻和防氧化劑輸送系統、大功率電源四部分組成。熔化成形系統包括基座、冷卻器、成形頭、成形臺。
[0007]所述所述冷卻器包裹成形頭內部件，有多個用於冷卻氣體入口位於冷卻器表面靠近基座的位置，一個冷卻氣體噴口位於成形頭前部等低於熔池外石墨電極，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。基座連接伺服電機或步進電機由電腦控制移動到指定位置。
[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，成形頭內通氣管將防氧化保護管內的惰性冷卻氣體輸送到冷卻器中。
[0010]所述熔絲輸送器位於頭體內是兩個由電機帶動的轉輪，這對轉輪夾緊熔絲依靠摩擦力輸送熔絲到熔池中。
[0011]所述熔池位於頭體材料為高強度的耐高溫陶瓷。
[0012]所述熔池內石墨電極分別位於熔池內部，電極為長時間通電狀態，當金屬熔絲輸送到熔池時，金屬熔絲接觸熔池內的一對石墨電極電路形成通路，電能由金屬熔絲的電阻轉化為熱能，熔化金屬熔絲。
[0013]所述熔池外石墨電極位於成形頭尖部，電極為長時間通電狀態，當液態金屬通過熔池流動到熔池外石墨電極並流出時液態金屬接觸成形臺，成形臺上的工件或成形臺與熔池外石墨電極通過液態金屬形成電流通路再一次給液態金屬加熱，同時如果存在工件半成品也會再一次熔化工件半成品表面，這樣新的金屬層會與原來的金屬層更為緊密的結合在一起。
[0014]所述成形臺為表面鋪有一層石墨層的金屬板，成形臺通電，與熔池外石墨電極形成電路。
[0015]所述物料釋放系統由熔絲卷，熔絲卷電機組成。
[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，為步進電機，連接熔絲卷，根據電腦所給的脈衝電信號決定放出熔絲多少。
[0019]所述冷卻和防氧化劑輸送系統由液態惰性氣體儲存蒸發罐，氣泵，防氧化保護管和連接管道組成。
[0020]所述液態惰性氣體儲存蒸發罐為儲存液態氣體的罐體，表面有波紋增大表面積加快液氮的蒸發。
[0021]所述氣泵通過連接管道連接防氧化保護管和冷卻器。
[0022]所述防氧化保護管由管體和橡膠密封口組成，內充有惰性氣體。防氧化保護管連接成形頭和氣泵，熔絲通過防氧化保護管進入成形頭，可以防止熔絲被氧化汙染。
[0023]所述大功率電源，為兩臺降壓升流變壓器。一臺為一對熔池內石墨電極供電，一臺為熔池外石墨電極和成形臺供電。
[0024]有益效果:本發明是一種新型的三維金屬零件製造成形系統，電阻式加熱簡化了系統，降低了成本。開創性的雙熔法使製造工件時新的表面和已經成形的表面更緊密的結合在一起從而提高了產品質量。整個系統不僅大大降低了製造成本而且還提高了產品質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的結構示意圖。
[0026]圖2為本發明的成形頭結構和冷卻器結構示意圖。
[0027]圖中:基座I成形頭2冷卻器3成形臺4熔池外石墨電極5防氧化保護管6熔絲7熔絲卷電機8熔絲卷9氣泵10液態惰性氣體儲存蒸發罐11熔池內石墨電極供電電源12熔池外石墨電極供電電源13橡膠密封口 14熔池內石墨電極15成形頭內通氣管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。【具體實施方式】
[0028]為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0029]參見圖1一2電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統由物料釋放系統，熔化成形系統，冷卻和防氧化劑輸送系統，大功率電源四部分組成。物料釋放系統包括熔絲卷9熔絲卷電機8，當成形頭2被移動到指定位置時熔絲卷電機8啟動從熔絲卷9放出熔絲7。冷卻和防氧化系統由防氧化保護管6氣泵10液態惰性氣體儲存蒸發罐11組成，熔絲放出後通過橡膠密封口 14進入防氧化保護管6，防氧化保護管6可以使用冷卻用惰性氣體冷卻和保護熔絲7，防止熔絲7在使用之前被成形頭2所傳導出的熱量影響而氧化。氣泵10可以將液態惰性氣體儲存蒸發罐11中的冷卻用惰性氣體輸送到冷卻器3和防氧化保護管6中熔化成形系統包括基座，冷卻器3，成形頭2，成形臺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的位置外有多個冷卻用惰性氣體入口 18 —個冷卻氣體噴口 20位於成形頭前部等高於成形頭2。成形頭20包括熔絲輸送器17熔池內石墨電極15，熔池外石墨電極5所述頭體固定在基座I上，內有幾對成形頭內通氣管16，將防氧化保護管內的惰性冷卻氣體輸送到冷卻器3中，熔絲輸送器17位於頭體內是兩個由電機帶動的轉輪，一對轉輪依夾緊熔絲依靠摩擦力輸送熔絲到熔池中。熔池內石墨電極15是位於成形頭內部的一對電極當熔絲7接觸到兩個電極時熔絲就會被熔化。熔池外石墨電極5是成形頭外的一個電極，熔池外石墨電極5與成形臺4形成一個電路。當熔絲被熔池內石墨電極15熔化後通過熔池外石墨電極5流到成形臺4時熔池外石墨電極5與成形臺4形成通路，熔化的金屬被再次加熱，如果成形臺上有正在製造的工件，當熔化的金屬接觸工件的上一次成形的表面時，上一次成形的表面會被再次熔化，新的金屬物料會和已經成形的金屬物料緊密的結合為一體。大功率電源12和13是兩臺交流降壓升流變壓器，可以承受較大的工作電流。
[0030]本發明在製造工件時熔絲進入熔池內電極被熔化然後從熔池外電極流出到成形臺再一次被加熱，如果成形臺上有正在製造的工件，當熔化的金屬接觸工件的上一次成形的表面時，上一次成形的表面會被再次熔化，新金屬料會和已經成形的金屬料緊密的結合為一體。冷卻器噴出的惰性冷卻氣體可以冷卻和保護正在製造的工件同時可以在正在製造成形的部位形成一個外部冷卻內部加熱的良好結晶環境使新鋪設的金屬層和上一次鋪設的金屬層很好的結合在一起。
[0031]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造系統由熔化成形系統，物料釋放系統，冷卻和防氧化劑輸送系統，大功率電源構成，所述熔化成型系統包括基座，冷卻器，成型頭，成型臺，所述冷卻和防氧化劑輸送系統由液態惰性氣體儲存蒸發罐，氣泵，防氧化保護管和連接管道組成。
2.根據權利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，所述成型頭內有用於熔化加熱的電極。
3.根據權利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，成型頭外有一個電極與成型臺形成一個電路。
4.根據權利要求1或3所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，成型臺通電。
5.根據權利要求1或3所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，成型臺與成型頭外的電極可以熔化加熱金屬。
6.根據權利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，所述成型頭內有通氣管道。
7.根據權利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，所述冷卻和防氧化劑輸送系統和熔化成型系統的冷卻器使用液態低溫惰性氣體經過氣化做為冷卻劑。
8.根據權利要求1所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，所述冷卻和防氧化劑輸送系統設有防氧化保護管，可以保護熔絲不會因為過熱而快速氧化。
9.根據權利要求1或8所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，防氧化保護管有橡膠密封口，既可以讓熔絲通過有保證防氧化保護管內的氣體不外洩。
10.根據權利要求1或8所述的電阻式雙熔層疊三維金屬構件製造成形系統，其特徵在於，熔絲通過防氧化保護管進入熔化成形系統。
【文檔編號】B22F3/115GK104001918SQ201410233113
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】趙晴堂 申請人:趙晴堂