[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

说明书

本发明公开了一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统与方法，所述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、工作台、基板、焊机、送丝机、数字信号处理器、丝材、高速摄影仪、显示器、工控机、双丝焊枪、导气管、气瓶组成。所述功能梯度材料双丝双电弧增材制造方法，通过实时调整两种金属丝材的送丝速度来精确调控熔池内部液态金属的化学成分，每层扫描完成之后更换一次工艺参数，从而实现构件化学成分的平滑过渡。所述系统和方法可以实现从毫米级别到米级别的零件制造，具有效率高和成本低等优势，易于实现自动化控制。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统与方法。

背景技术

功能梯度材料通过连续地改变材料的化学成分从而导致材料的结构和性能逐渐变化，通常应用于压强、温度和腐蚀性等工作环境随位置变化的极端工况，诸如航空航天、核电和海洋工程等领域。功能梯度材料的常见制备工艺包括粉末冶金、等离子喷涂和增材制造，其中增材制造是被认为生产功能梯度材料最有前景方法之一。目前常见的功能梯度材料增材制造工艺有激光直接能量沉积和选区激光熔化。这两种制备工艺都采用金属粉末做原材料，沉积效率相对较低，制造周期较长，制造成本也相对较高，因此不适宜制造大型功能梯度材料构件。

针对目前功能梯度材料制造成本较高和周期较长等问题，本发明提出一种功能梯度材料双丝双电弧高效增材制造新型系统和方法。该方法采用两个电弧做热源，采用两种不同化学成分的金属丝做原材料不断熔化并且过渡到熔池。该方法通过不断调整两种金属丝的送丝速度来逐渐地调控熔池内部液态金属的化学成分，从而实现构件化学成分的平滑过渡。功能梯度材料双丝双电弧增材制造，与激光直接能量沉积和选区激光熔化相比，该方法具有效率高和成本低等优势；与双丝单电弧增材制造相比，该工艺具有熔滴过渡可控和成形精确等优势。

发明内容

本发明提供一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造系统与方法，目的在于克服现有技术存在的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

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、工作台、基板、焊机、送丝机、数字信号处理器、丝材、高速摄影仪、显示器、工控机、双丝焊枪、导气管、气瓶组成，所述方法采用双丝双电弧增材制造制备功能梯度材料。其中，工控机、高速摄影仪和显示器组成在线监控系统。制造过程中高速摄影仪可以拍摄金属熔滴过渡图片，并且把图像实时传递到工控机，最后在显示器上面显示。

本发明中，两台焊机尺寸和额定功率完全相同，两台焊机通过数字信号处理器实现协同控制，两台焊机均可以输出脉冲电流，实际增材制造过程中两台焊机的输出电流波形是相互独立的。

本发明中，两台送丝机的尺寸和最大送丝速度完全相同，两台送丝机均可以兼容1.0mm、1.2mm、1.6mm直径的丝材，两台送丝机的送丝速度可以线性调节，实际增材制造过程中两台送丝机的送丝速度是相互独立的。

本发明中，两种焊丝为金属丝材，两种焊丝的直径完全相同，两种焊丝的直径可以是1.0mm、1.2mm、1.6mm。两种焊丝的化学成分不同，可以是不锈钢、钛合金、镍基合金。

本发明中，气瓶的流量可以调节，气瓶的气体可以是氩气后者氦气，气瓶通过导气管把保护气送入双丝焊枪。两种焊丝接在一个双丝焊枪上，双丝焊枪装在六轴机器人上。

一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造方法，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。