[发明专利]一种铝合金电弧辅助涂覆增材制造系统及方法

说明书

本发明公开了一种铝合金电弧辅助涂覆增材制造系统及方法，坩埚固定于封闭手套箱上，三维移动平台、基板及电弧热源均位于封闭手套箱内，基板位于三维移动平台上，涂覆头的上端与坩埚的底部出口相连通，涂覆头的下端插入于封闭手套箱内且正对基板，电弧热源固定于封闭手套箱的顶部且正对基板，坩埚的外壁上缠绕有感应线圈，感应线圈与电源相连接，坩埚的顶部开口处设有坩埚盖，第一供气系统与封闭手套箱相连通，第二供气系统与坩埚相连通，控制器的输出端与电源的控制端相连接，第一供气系统及第二供气系统与控制器相连接，该系统及方法能够通过3D打印制备质量较好的铝合金工件，并且制备成本低，效率高。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种铝合金电弧辅助涂覆增材制造系统及方法。

背景技术

增材制造(additive manufacturing，AM)技术是近年来由制造技术、信息技术和新材料技术融合而成一种新型的制造技术，由于其特殊的成型方式和广阔的应用前景，被誉为有望产生“第三次工业革命”的代表性技术。该技术不需要传统加工的刀具、夹具及多道加工程序，具有柔性好、成形速度快以及成形与零件复杂程度无关的优点，由于其工艺的特殊性，增材制造可以实现制造短程化，并且推动大批量制造模式向个性化制造模式转变。

不同的金属3D打印增材制造技术有各自不同的特点和分类方法，按照成形材料不同沉积状态，金属件的成型工艺主要有：选择性激光烧结(Selected Laser Sintering，SLS)技术，选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术，激光熔敷沉积(LaserCladding Deposition，LCD)技术，三维打印(3D Printing，3DP)技术，电子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)技术，三维微焊接(3D Micro Welding，3DMW)成形技术，金属熔滴沉积技术(MMSDD)。其中选择性激光烧结技术，选区激光熔化技术和激光熔敷沉积技术都采用了高功率激光器，虽然其成形精度较高，但是其设备开发成本高昂，成形精度如果需要进一步提高，就必须突破原材料粉末直径的限制，当粉末直径小于30um时，难以用常规的研磨方法制备，而放电爆炸法、化学还原法等工艺制备的粉体材料成本较高，且这些微小活性材料粉体在运输和储存过程中极易发生氧化反应甚至爆炸，存在着很大的风险；活性粉体材料对激光反射率可达40％～90％，能源利用率较低。因此，采用激光—粉体沉积金属制件的方法还有待完善。其中电子束熔融虽然能量密度大、功率大，成形效率高，但是其成形件精度低，尺寸有限。三维打印技术，三维微焊接技术以及三维打印技术虽然设备成本低，但是其成形零件的强度和精度难以满足工业应用。

铝合工件有密度小、比强度高、耐腐蚀性好、成本低等一系列优点，在兵器工业、核工业、航空、汽车、航天及船舶都有十分广泛的应用前景，因此铝合金技术被列为国防科技重点发展的基础技术。同时铝合金在工业上的使用仅次于钢，在航天航空领域铝合金的应用达到了80％。

虽然铝合金在国民经济中应用范围广，但是目前铝合金在增材制造技术中的研究很少。首先铝合金在空气中极易氧化，其氧化产物三氧化二铝熔点非常高(约20500C)，在金属3D打印中会导致层间结合出现缝隙，其次铝合金在金属增材制造中极易产生气孔，产生气孔的原因主要是是氢，由于液态铝可以溶解大量的氢气，而固态铝几乎不溶解氢，在凝固过程中氢来不及逸出，就会在成形件中产生气孔，从而导致铝合金工件的质量较差，第三，铝合金对激光的反射率较高，对激光能量的吸收率很低，导致铝合金在以激光作为热源的金属增材制造技术中研究遇到极大阻碍，从而不能通过3D打印来制备出质量较好的铝合金工件。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种铝合金电弧辅助涂覆增材制造系统及方法，该系统及方法能够通过3D打印制备质量较好的铝合金工件，并且制备成本低，效率高。

为达到上述目的，本发明所述的铝合金电弧辅助涂覆增材制造系统包括封闭手套箱、三维移动平台、基板、坩埚、涂覆头、电弧热源、电源、第一供气系统、第二供气系统及控制器；