一種送漿式金屬部件增材制造方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種金屬部件增材制造方法及裝置，更具體地說，涉及一種送漿式金屬部件的增材制造方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)是近年來材料科學、機械科學、信息科學等多學科交叉而快速發(fā)展起來的一項新興制造技術(shù)，具有低成本、高性能、短周期、不受部件幾何形狀影響、無需模具等特點，被譽為有望產(chǎn)生“第三次工業(yè)革命”的代表性技術(shù)，是大批量制造模式向個性化制造模式發(fā)展的引領(lǐng)技術(shù)。對于金屬增材制造，目前的主要方法是依據(jù)CAD數(shù)據(jù)，利用熱源(如激光、等離子弧、電子束等)加熱金屬材料，使其熔化再凝固，通過逐層累加材料熔層制造實體零件，材料由點、線、面、體順序累積成型，實現(xiàn)自下而上構(gòu)件制造。
[0003]而金屬構(gòu)件增材制造采用的同步添加材料主要有兩種:粉末和絲材。其中，粉末材料加工成本相對較低，受材料性能影響較小；同時，易于熔化，對熱源能量密度要求低，熔池形態(tài)易于控制，加工過程穩(wěn)定，但采用粉末進行填充時有如下缺點:
[0004](I)粉末在輸運過程中以及同熱源交互作用的燒損過程容易導致粉末利用率低，僅為 20% -30%。
[0005](2)存在粉塵污染，對環(huán)境及工人身體健康造成危害。
[0006](3)送粉過程對粉末的外形和粒度要求較高，只有具有接近圓形粒度始終的粉末才能獲得較為穩(wěn)定的送粉過程，當采用納米材料時由于材料本身較高的團聚和吸附性能，粉末常常會吸附在管壁上造成送粉過程的失敗。
[0007](4)送粉量調(diào)節(jié)響應(yīng)效果差，從送分量調(diào)整到噴嘴出粉需要一定響應(yīng)時間。
[0008]相比較于粉末材料，采用絲材時，材料利用率高，可達90%以上，而且送絲調(diào)節(jié)響應(yīng)快，無粉塵污染，但其同樣存在有如下缺點:
[0009](I)采用絲材需要較高成本的絲材制造設(shè)備進行絲材拉拔。
[0010](2)塑性較差的金屬合金難以制造成絲材。
[0011](3)絲材添加時對位置適應(yīng)性差，一般僅適用于水平位置。
[0012](4)絲材金屬難于熔化，需要較高能量密度熱源，且熱源與送絲的協(xié)調(diào)性要求嚴格，易出現(xiàn)粘絲、頂絲等問題。
[0013]綜上可見，常用的送粉式和送絲式金屬增材制造技術(shù)各有優(yōu)缺點，但共同的是都無法較好地適應(yīng)實際生產(chǎn)要求。而將金屬粉末與粘結(jié)劑及有機溶劑調(diào)制為漿狀材料，作為金屬增材制造的添加材料，則可克服粉末與絲材的缺點，同時又可綜合兩者的優(yōu)點，具有材料利用率高、材料制作成本相對較低、無粉塵污染、送料過程穩(wěn)定可控且調(diào)節(jié)響應(yīng)快等特點。目前漿狀材料主要用于金屬粉末注射成形技術(shù)，但該技術(shù)是首先將料漿注入模具成形，然后對成形后的材料進行脫脂、燒結(jié)來制造金屬部件；其對注漿設(shè)備要求較高，且部件成形仍需借助模具。而將漿狀材料應(yīng)用于三維金屬部件增材制造的研宄尚未開展，也未見提出或進行相似工作的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有金屬增材制造技術(shù)存在的問題和缺陷，提供一種送漿式金屬增材制造方法及裝置。
[0015]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0016]一種送漿式金屬部件增材制造方法，包括以下步驟:
[0017](I)將金屬粉末進行球磨至粉末粒徑為10nm?100 μπι ;
[0018](2)將步驟(I)獲得的金屬粉末與粘結(jié)劑按質(zhì)量比20:1?1:1進行調(diào)和；
[0019](3)將步驟(2)調(diào)和獲得的材料與有機溶劑按質(zhì)量比10:1?1:1進行調(diào)制成漿狀材料；
[0020](4)將步驟(3)獲得的料漿置于送漿裝置中，將送漿裝置中的噴嘴及熱源通過支架安置于基板上表面，其中噴嘴中心軸線與基板表面的夾角α為50?70°，熱源中心線與基板表面的夾角β為60?90° ;熱源中心線和噴嘴中心軸線與基板表面交點的距離d為O?5_ ;通過送楽裝置的噴嘴將料楽以I?8m/min的送楽速度噴于連有熱源的基板上進行加熱熔化形成熔池；噴嘴與熱源同時移動，按設(shè)計要求在基板上完成第一道料漿層的加工；
[0021](5)將噴嘴與熱源移至預定位置，按設(shè)計要求完成第二道料漿層的加工；
[0022](6)重復步驟(5)，直至完成三維金屬部件的制造。
[0023]上述步驟(I)中所述的金屬粉末為碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁/鋁合金、銅/銅合金、鈦/鈦合金中的任一種。
[0024]上述步驟(2)中所述的粘結(jié)劑按質(zhì)量百分比含量由聚乙烯醇縮丁醛樹脂為I?20%，聚乙二醇為I?20%，余量為酒精混合而成。
[0025]上述步驟(3)中所述的有機溶劑為酒精或丙酮。
[0026]上述步驟(4)中所述的熱源可為激光或等離子弧熱源。
[0027]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的另一個技術(shù)方案是:
[0028]一種金屬部件增材制造送漿裝置，包括設(shè)有支架16的送漿泵殼體10，所述的殼體10頂部安置有活塞驅(qū)動器4，底部安置有攪拌器驅(qū)動電機7，殼體10內(nèi)上部設(shè)有與活塞驅(qū)動器4相連接的活塞5，下部設(shè)有與攪拌器驅(qū)動電機7相連接的攪拌器6以及通過導流管9的一端連通送漿泵殼體10，另一端連通噴嘴13，所述的殼體10的一側(cè)壁中部通過進漿管2連接有進漿口 I，另一側(cè)壁下部連接有延伸的放氣管11。
[0029]上述所述的進漿管2、導流管9和放氣管11上還分別設(shè)置有進漿管閥3、導流管閥8和放氣管閥12。
[0030]本發(fā)明具有的特點和有益效果:
[0031]1、本發(fā)明采用送漿式材料添加方法，有效解決了金屬增材制造時粉末材料與絲狀材料存在的問題，具有的特點和有益效果:
[0032](I)料漿利用率較粉末材料提高3倍，高達90%以上，與絲材類似。
[0033](2)料漿制作成本較絲材低，同時不受材料力學性能影響；料漿對熱源能量密度要求較低，熔池形態(tài)容易控制，不需要大功率激光、等離子弧設(shè)備，成本低。
[0034](3)料漿不易吸附管壁，對粉末尺寸要求低，可采用納米粉末材料。
[0035](4)送楽過程穩(wěn)定，調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快。
[0036](5)無粉塵污染、勞動條件好。
[0037]2、本發(fā)明的送漿裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，性能可靠，送漿精度及可控性好，具有巨大的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明的送漿式金屬部件增材制造方法流程圖，
[0039]圖2為本發(fā)明的金屬部件增材制造送漿裝置構(gòu)造示意圖，
[0040]圖中:1.進漿口，2.進漿管，3.進漿管閥，4.活塞驅(qū)動器，5.活塞，6.攪拌器，7.攪拌器驅(qū)動電機，8.導流管閥，9.導流管，10.送漿泵殼體，11.放氣管，12.放氣管閥，13.噴嘴，14.熱源，15.基板，16.支架，α.噴嘴軸線與基板平面的夾角，β.熱源軸線與基板平面的夾角，d.熱源中心線和噴嘴中心軸線與基板表面交點的距離。
【具體實施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0042]如圖1所示，為本發(fā)明的一種送漿式金屬部件增材制造方法，采用IPG光纖激光熱源，將激光焊槍與料漿噴嘴結(jié)合支架置于焊接ABB機器人手