无弧丝材增材制造装置及方法

技术领域

本发明涉及丝材电弧增材制造技术领域，主要是一种无弧丝材增材制造装置及方法。

背景技术

随着科技的不断发展，丝材电弧增材制造技术在航空、航天、汽车、医疗等领域的应用越来越广泛。这种技术以其高效、灵活、节能等优点，逐渐成为了制造行业中的一种重要加工方法。首先，丝材电弧增材制造技术可以实现高效的生产。通过采用高能量的电弧作为热源，可以快速熔化丝材，并在冷却过程中实现快速凝固。这种快速加工的方式使得制造效率大大提高，可以大幅度缩短生产周期。其次，丝材电弧增材制造技术具有很高的灵活性。

确实，电弧增材制造虽然具有一些优点，但也存在很多弊端。首先电弧增材制造过程中产生的烟雾和废气也会对环境和人体健康造成一定的影响。由于电弧的加热不均匀，会导致产生的烟雾中夹杂着有害物质，同时高温的电弧也可能会引起周围空气的污染。另外，电弧增材制造过程中产生的热应力也会对构件的精度和性能产生不利影响。由于电弧的加热和冷却速度较快，会导致构件内部产生热应力，从而引起构件变形或开裂等问题。

综上所述，虽然电弧增材制造具有一些优点，但也存在很多弊端。因此，需要研究一种无弧增材制造方法来弥补空缺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种无弧丝材增材制造装置及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。

一方面，本发明提供一种无弧丝材增材制造装置，包括感应加热电源、感应加热线圈、绝缘嘴和保护罩，所述保护罩内设有竖直设置的绝缘嘴，绝缘嘴内设有上下贯通的空腔，焊丝的一端与送丝系统相连，焊丝的另一端插入到空腔内，气体管道与空腔相连通，用于通入保护气；绝缘嘴的外部缠绕有感应加热线圈，感应加热线圈通过电缆与感应加热电源电连接；通过感应加热线圈将焊丝熔化形成熔滴，并过渡到绝缘嘴下方的增材产品上，使增材产品不断生长。

作为优选，所述保护罩的内壁与绝缘嘴之间形成保护腔，在保护腔内通入保护气，保护气的流向为竖直向下朝向增材产品。

作为优选，所述绝缘嘴的出口处呈圆锥面结构，用于给保护气导向。

作为优选，所述空腔呈圆柱形中空结构，焊丝另一端插入到空腔内至少三分之一的高度，焊丝与空腔轴线共线，并与空腔的内壁不接触。

作为优选，所述保护气为惰性气体，一方面保护熔化的熔滴，防止氧化，另一方面帮助熔滴快速过渡到增材产品上。

另一方面，本发明提供一种无弧丝材增材制造方法，包括如下步骤：

1、将焊丝的一端与送丝系统相连，焊丝的另一端插入到空腔内，焊丝与空腔轴线共线，并与空腔的内壁不接触；

2、将增材产品放在绝缘嘴的下方，通过气体管道向空腔通入保护气，同时向保护腔通入保护气；

3、启动感应加热电源，通过感应加热线圈对焊丝进行加热，焊丝熔化形成熔滴，并过渡到绝缘嘴下方的增材产品上，连续或间隙送丝，使增材产品不断生长。

所述感应加热线圈通过不同的电源或电参数控制焊丝熔化的速度。

本发明的有益效果为：

1、无弧增材制造方法，是在惰性气体环境中，利用加热系统将焊丝熔化，同时借助气体吹力以及熔滴重力作用，将熔滴输送至增材产品上，以此实现增材制造过程。

2、无弧增材制造方法的主要特点是其没有电弧，这使得其具有许多优点。首先，该方法耗能低，因为其不依赖于高能量的弧光来熔化金属。其次，由于没有电弧的产生，该方法产生的污染较少，使得制造过程更加环保。最后，由于其热输入量较低，该方法能够减少因热量输入而导致的变形和残余应力等问题，提高了制造的精度和稳定性。

3、无弧增材制造方法不仅具有较低的能耗和污染，还具有较高的生产效率。由于其使用的是高频脉冲电源，能够快速地熔化和凝固金属，使得制造过程更加快速和高效。此外，该方法还能够实现高精度的制造，并且能够适应各种不同的材料和制造需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标记说明：感应加热电源1，电缆2，气体管道3，焊丝4，感应加热线圈5，绝缘嘴6，空腔6-1，熔滴7，增材产品8，保护罩9，保护腔9-1。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍：

如图1所示，一种无弧丝材增材制造装置，包括感应加热电源1、电缆2、气体管道3、焊丝4、感应加热线圈5、绝缘嘴6、熔滴7、增材产品8和保护罩9，其中，

感应加热电源1：该设备是用于提供能量的，为焊丝的熔化提供所需热能。

电缆2：连接感应加热线圈5和感应加热电源1；

气体管道3：是向绝缘嘴内通入气体的通道，一端连接气瓶等气体源头，另一端连接绝缘嘴，在增材制造过程中，向绝缘嘴输入气体。该气体一般为惰性气体，一方面可以保护熔化的熔滴，防止氧化，另一方面帮助熔滴快速过渡到增材产品上。

焊丝4：是增材制造过程中所使用的消耗性金属材料，通过感应加热系统将其熔化，形成熔滴，并过渡到增材产品上，使增材产品不断生长。焊丝的一端与送丝系统相连，通常采用送丝轮方式自动输送焊丝，送丝可以是连续的，也可以是间歇的；焊丝4的另一端插入到空腔6-1内，

保护罩9：所述保护罩9内设有竖直设置的绝缘嘴6，保护罩内通保护气体(可以单独供气，可以和气体管道3共用气源)，可以保护熔滴和增材产品，另外有冷却绝缘嘴和加热线圈的功能。

感应加热线圈5：是产生热量的装置，也是焊丝熔化的能量来源，可以通过不同的电源或电参数控制焊丝熔化的速度。

绝缘嘴6：绝缘嘴是由高温绝缘材料，例如高温陶瓷等，制成的焊丝和熔滴导向装置。绝缘嘴6内设有上下贯通的空腔6-1，该装置内部通焊丝和保护气体，外部则缠绕着感应加热线圈。作为优选，所述绝缘嘴6的出口处呈圆锥面结构，用于给保护气导向。所述空腔6-1呈圆柱形中空结构，焊丝4另一端插入到空腔6-1内至少三分之一的高度，焊丝4与空腔6-1轴线共线，并与空腔6-1的内壁不接触。所述保护罩9的内壁与绝缘嘴6之间形成保护腔9-1，在保护腔9-1内通入保护气，保护气的流向为竖直向下朝向增材产品8。所述保护气为惰性气体，一方面保护熔化的熔滴7，防止氧化，另一方面帮助熔滴7快速过渡到增材产品上。气体管道3与空腔6-1相连通，用于通入保护气；绝缘嘴6的外部缠绕有感应加热线圈5，感应加热线圈5通过电缆2与感应加热电源1电连接；通过感应加热线圈5将焊丝4熔化形成熔滴7，并过渡到绝缘嘴6下方的增材产品8上，使增材产品8不断生长。

本发明同时提供一种无弧丝材增材制造方法，包括如下步骤：

1、将焊丝4的一端与送丝系统相连，焊丝4的另一端插入到空腔6-1内，焊丝4与空腔6-1轴线共线，并与空腔6-1的内壁不接触；

2、将增材产品8放在绝缘嘴6的下方，通过气体管道3向空腔6-1通入保护气，同时向保护腔9-1通入保护气；

3、启动感应加热电源1，通过感应加热线圈5对焊丝4进行加热，焊丝4熔化形成熔滴7，并过渡到绝缘嘴6下方的增材产品8上，连续或间隙送丝，使增材产品8不断生长。

所述感应加热线圈5通过不同的电源或电参数控制焊丝熔化的速度。

总之，无弧增材制造方法是一种具有很大潜力的制造方法，其优点包括耗能低、污染少、热输入量低、生产效率高等。随着技术的不断发展和完善，相信该方法将在未来的制造领域中发挥越来越重要的作用。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。