[发明专利]一种丝-粉-气-电弧同轴的3D打印方法

说明书

本发明涉及一种丝‑粉‑气‑电弧同轴的3D打印方法。该方法通过丝‑粉‑气‑电弧同轴的3D打印装置实现，该装置包括气体保护焊枪和同轴气粉传送装置，气体保护焊枪为熔化极。同轴气粉传送装置，包括送粉装置、送气装置和同轴螺旋气粉罩。该同轴气粉传送装置为多通道结构，且各通道均配有送粉调速器和送气流量计。利用本装置进行3D打印的方法，可实现对添粉速率实时调控，适用于常规金属制品、梯度材料以及复合材料的增材制造，且所获制品成分均匀，产品加工短、后续加工量少。

技术领域

本发明属于电弧加工技术领域，特别是一种丝-粉-气-电弧同轴的3D打印装置及其方法，可实现丝-粉-气-电弧同轴添加功能，适用于金属材料的焊接、表面改性、修复、增材制造等。

背景技术

电弧送丝增材制造技术(Wire+Arc Additive Manufacture-WAAM)是利用电弧堆焊原理将金属丝材熔化，在计算机的控制下直接制造全密度三维金属零件的工艺方法。与铸造技术和机械加工方法等传统方法相比，电弧送丝增材制造技术的工序简化、材料利用率提高、生产成本降低、机械加工难度低，同时可以控制零件中的宏观缺陷以及成分偏析，后续加工工序简化，适用于新型产品快速研制以及批量生产。

查找现有的电弧送丝增材制造技术的相关技术，电弧增材制造一般包括：同轴或旁轴送丝电弧3D打印和送粉等离子弧3D打印，而没有丝粉同轴添加。通过单一的送丝方式实现电弧增材制造，其生产的产品的成分受丝材成分的限制，即产品成分不可设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丝-粉-气-电弧同轴的3D打印装置及其方法，具备送丝-添粉-加气保-热源四项同步同轴进行的功能，适用于金属材料的焊接、修复、表面处理和增材制造等。

实现本发明目的的技术方案为：

一种丝-粉-气-电弧同轴的3D打印装置，包括：

一熔化极气体保护焊枪；

一气粉同轴传送装置，其内设有与非熔化极气体保护焊枪同轴的螺旋气粉罩，螺旋气粉罩内开有与熔化极气体保护焊枪紧固连接的螺纹；

气粉同轴传送装置内、螺旋气粉罩外设有与螺旋气粉罩外壁相切的n个送粉送气通道，分别为第一送气送粉通道与第二送气送粉通道；

所述的第一送气送粉通道分别开有第一送气口与第一送粉口；第n送气送粉通道分别开有n个送气口与n个送粉口；

所述的螺旋气粉罩的内壁开有螺旋气粉槽。

如上所述的气粉传送装置有n条气粉传送通道，n一般取2～8，且各通道沿螺旋气粉罩圆周方向上均匀分布；

如上所述的螺旋气粉槽为变螺线-变螺距-变截面结构，螺旋气粉槽包括n螺旋槽、大截面单螺旋槽、小截面单螺旋槽，槽为半圆槽；螺旋气粉槽顶端靠近气粉通道入口处为n螺旋结构的n螺旋槽，槽直径为4mm～7mm，且所述的n螺旋结构为n+1圈；

所述的n个气粉通道连通分别处于两相邻的n螺旋槽处；

与所述的n螺旋槽相连的为大截面单螺旋槽，槽直径为7mm～12mm；与大截面单螺旋槽相连的为小截面单螺旋槽，槽直径为4mm～7mm。

如上所述的螺旋气粉槽从顶部到低部，其螺纹升角逐渐趋于平角，螺旋气粉槽螺纹升角为0°～60°；螺旋气粉槽在螺旋气粉罩出口的螺纹升角为0°～5°。

如上所述的一种丝-粉-气-电弧同轴的3D打印装置，其特征在于，所述的螺旋气粉罩采用耐热材料SiC陶瓷制造。

如上所述的送粉口和送气口上均分别装有送粉调速器和气体流量计。

如上所述的螺旋气粉罩的气粉出口呈缩颈状，且缩颈面的延长线指向电弧中心。