[发明专利]基于金属丝的增材制造系统和方法

说明书

基于金属丝的增材制造系统包括可在馈送方向上移动的基座。当基座沿馈送方向移动时，多个焊接激光器在空间上固定。当基座沿馈送方向移动时，多个切割激光器在空间上固定。当基座沿馈送方向移动时，多个送丝构件各自将多根金属丝中的单根金属丝馈送入基座。多个焊接激光器中的每一个被激励以熔合多根金属丝中的平行相邻的金属丝，并且每一个切割激光器被激励以切割熔丝之一以完成多个金属丝层中的一个。

引言

本公开涉及增材制造机器和工艺。

目前，晶格结构金属部件的增材制造可以使用粉末金属的激光烧结来进行，该技术局部地熔化粉末金属并且将金属熔合到基材或较低水平的先前熔融的金属。然后施加新的粉末金属层并重复激光烧结过程。以这种方式，多个金属增材层在连续的步骤中被激光熔凝，直到达到最终的部件厚度或深度。多个部件可以同时制造，并且这些部件可以具有复杂的几何形状。

目前的激光烧结工艺的缺点包括粉末金属的无用焊接、粉末金属在不需要焊接的区域的过量涂覆、导致未使用的粉末金属的浪费，或需要回收工艺来收集、精炼和再使用粉末金属。在每个焊接步骤之间的粉末金属安装程序，以及在可以应用下一层之前所需的前一层焊接材料的任何清洁或平滑处理，同样使得该工艺进展缓慢。激光还必须直接接触正在制造的部件的整个表面区域以熔化粉末金属，并且该工艺也因此在速度上受到焊接激光器的运动速度的限制。

因此，尽管目前的激光烧结增材制造工艺实现了其预期的目的，但仍需要用于金属或塑料部件的增材制造的新的和改进的系统和方法。

发明内容

根据本公开的各个方面，基于金属丝的增材制造系统包括：可在馈送方向上移动的基座；至少一个焊接激光器；以及至少第一和第二切割激光器。至少第一送丝构件在当基座在馈送方向上移动时将第一金属丝馈送到基座上。至少第二送丝构件在当基座在馈送方向上移动时将第二金属丝馈送到基座上并平行于第一金属丝。至少一个焊接激光器被激励以将第一金属丝熔合到第二金属丝，第一切割激光器被激励以切割第一金属丝并且第二切割激光器被激励以切割第二金属丝以完成金属丝层。

在本公开的另一方面，在将第一金属丝和第二金属丝熔合在一起以完成金属丝层并且每个被切割之后，基座被降低并且旋转大约90度以将其定位成接收来自第一送丝构件和第二送丝构件的下一金属丝，以在现有金属丝层上方形成下一个金属丝层。

在本公开的另一方面，来自第一送丝构件的下一根金属丝和来自第二送丝构件的下一根金属丝被定向为与第一金属丝和第二金属丝垂直。

在本公开的另一方面，导线器可滑动地接收每一根第一金属丝和第二金属丝，并被定向为将第一金属丝和第二金属丝引向至少一个焊接激光器。

在本公开的另一方面，当该基座在该馈送方向上移动时，该导线器在空间上固定。

在本公开的另一方面，多个柔性下压指从导线器延伸出来，用于引导第一金属丝和第二金属丝朝向基座偏置。

在本公开的另一方面，当基座在馈送方向上移动时，至少一个焊接激光器以及至少第一和第二切割激光器在空间上固定。

在本公开的另一方面，第一反射镜将来自至少一个焊接激光器的激光焊接束重定向到第一金属丝和第二金属丝；并且第二反射镜将来自至少第一和第二切割激光器中的每个的激光切割束重定向到第一金属丝或第二金属丝中的一个。

在本公开的另一方面，第一金属丝和第二金属丝中的每一根限定具有相对的角面的梯形形状，第一金属丝的角面和第二金属丝的角面面向彼此，用以限定第一金属丝和该第二金属丝间的交点，从而允许使用至少一个焊接激光器在交点处形成角焊缝。

在本公开的另一方面，导线器具有多个孔，每个孔限定梯形形状并且尺寸设计成可滑动地接收第一金属丝或第二金属丝中的一个。多个孔中的每个都与在导线器中形成的狭槽连通，并且被定向成将第一金属丝和第二金属丝中的一个引导向至少一个焊接激光器。