[发明专利]一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统与方法

权利要求书

1.一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统，其特征在于，包括由六轴机器人(1)、工作台(2)、基板(3)、焊机A(4)、焊机B(5)、送丝机B(6)、数字信号处理器(7)、送丝机A(8)、丝材A(9)、丝材B(10)、高速摄影仪(11)、显示器(12)、工控机(13)、双丝焊枪(14)、导气管(15)、气瓶(16)组成，所述方法采用双丝双电弧增材制造工艺制备功能梯度材料。

2.如权利要求1所述的功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统，其特征在于，焊机A(4)和焊机B(5)的尺寸和额定功率完全相同，焊机A(4)和焊机B(5)通过数字信号处理器(7)实现协同控制；焊机A(4)和焊机B(5)均可以输出脉冲电流，实际增材制造过程中焊机A(4)和焊机B(5)的输出电流波形是相互独立的。

3.如权利要求1所述的功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统，其特征在于，送丝机A(8)和送丝机B(6)的尺寸和最大送丝速度完全相同，送丝机A(8)和送丝机B(6)均可以兼容1.0mm、1.2mm、1.6mm直径的丝材，送丝机A(8)和送丝机B(6)的送丝速度可以实时调节，实际增材制造过程中送丝机A(8)和送丝机B(6)的送丝速度是相互独立的。

4.如权利要求1所述的功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统，其特征在于，丝材A(9)和丝材B(10)均为金属丝材，丝材A(9)和丝材B(10)的直径完全相同，丝材A(9)和丝材B(10)的直径可以是1.0mm、1.2mm、1.6mm；丝材A(9)和丝材B(10)的化学成分不同，丝材A(9)和丝材B(10)的材质可以是不锈钢、钛合金、镍基合金。

5.如权利要求1所述的功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统，其特征在于，气瓶(16)的流量可以调节，气瓶(16)的气体可以是氩气后者氦气，气瓶(16)通过导气管(15)把保护气送入双丝焊枪(14)；丝材A(9)和丝材B(10)接在一个双丝焊枪(14)上面，双丝焊枪(14)装在六轴机器人(1)的第六轴上面。

6.如权利要求1所述的功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统，其特征在于，工控机(13)、高速摄影仪(11)和显示器(12)组成在线监控系统；制造过程中高速摄影仪(12)可以拍摄金属熔滴过渡过程，并且把图像实时传递到工控机(10)，最后在显示器(9)上面显示。

7.一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造方法，其特征在于，通过不断调整两种金属丝材的送丝速度来逐渐地调控熔池内部液态金属的化学成分，从而实现功能梯度材料制备；在沉积第一层时，焊机A(4)的输出电流和送丝机A(8)的送丝速度较大，焊机B(5)的输出电流和送机B(6)的送丝速度较小，因此该层的化学成分与丝材A(9)接近；在沉积最后一层时，焊机A(4)的输出电流和送丝机A(8)的送丝速度较小，焊机B(5)的输出电流和送机B(6)的送丝速度较大，因此该层的化学成分与丝材B(10)接近；通过逐渐改变焊接电流和送丝速度，实现构件化学成分从丝材A(9)到丝材B(10)平滑过渡。

8.一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造方法，其特征在于，先对基板(3)喷砂打磨，然后用酒精清洗，使用夹具把基板(3)固定在工作台(2)上；开启六轴机器人(1)、工控机(13)、高速摄影仪(11)，然后打开气瓶(16)，开启焊机A(4)和焊机B(5)，开启送丝机A(8)和送丝机B(6)；六轴机器人(1)夹持双丝焊枪(14)逐道扫描，每层扫描完成之后更换一次工艺参数，实现构件的化学成分平滑过渡；扫描完成之后，依次关闭送丝机、焊机、气瓶。

9.一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造方法，其特征在于，六轴机器人(1)的第六轴移动速度范围为0.2～8.0m/min，焊机A(4)和焊机B(5)的输出电流为20～400A，送丝机A(8)和送丝机B(6)的送丝速度范围为0.2～8.0m/min，气瓶(16)的输出气体流量范围为15～40L/min。