本發(fā)明是一種用于金屬物料三維增材成型領域的成型方案和機械，具體是一種金屬物料三維增材成型的方法和其配套機械結構。

背景技術：

近年來隨著科學的進步，“三維制造技術”得到了快速蓬勃的發(fā)展,現(xiàn)在的技術已經(jīng)可以直接制造金屬部件，但是現(xiàn)有技術在熱熔工序上依然有瑕疵，其根本因素是對于已經(jīng)成型的表面再次重熔的不重視。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于以下認識：1對金屬物料的多次重熔以減少在沉積成型表面的熱影響區(qū)，2對正在成型的成型物進行加熱，減少在表面重熔時所需的能量以及降低沉積難度。

本發(fā)明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn)：1對金屬物料進行兩次熔化，一次在成型頭內(nèi)，第二次在沉積成型表面。2在成型頭上安裝非接觸式加熱裝置，如感應加熱線圈或激光器，在沉積的同時對已經(jīng)成型的表面進行再加熱。

以上方法一共有三個加熱步驟：1成型臺或成型物的加熱；2金屬物料進入成型頭時的初次加熱；3金屬物料接觸成型臺或成型物表面的再次加熱熔化。

步驟1成型臺或成型物的加熱其另一作用為，對三維成型物的熱處理，以消除上一次成型時所造成的內(nèi)應力。

所述金屬物料為金屬絲、金屬帶、金屬粉末等金屬物料以及合金材料。

以下熱熔步驟中的成型頭由數(shù)控運動模塊帶動，數(shù)控運動模塊的運動由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控代碼進行控制。

以下三種實例是在成型室內(nèi)進行的，成型時，內(nèi)部充有惰性保護氣體用于隔絕氧氣，防止三維成型物的氧化。

在進行成型的過程中真空機進行工作，通過吸氣口氣流使熔池保持形狀金屬液不四處流淌。

以下三種實例中金屬物料的送入量由數(shù)控系統(tǒng)控制。

（i）當開始進行成型工序時，金屬物料進入成型頭內(nèi)部，金屬物料會被纏繞在成型頭上的感應加熱線圈產(chǎn)生的磁場加熱熔化，當金屬物料被成型頭內(nèi)的銅管線圈加熱熔化后繼續(xù)運動穿過料管運動到成型臺時送絲輪電極與成型臺形成通路，熔化的金屬物料被再次加熱，如果成型臺上有正在制造的三維成型物，當熔化的金屬物料接觸到三維成型物上一次成型的表面時，上一次成型的表面會被再次熔化，新輸送來的金屬物料會和已經(jīng)成型的金屬物料緊密的結合為一體，在進行以上步驟時成型頭上安裝的感應加熱線圈同時會將正在成型的成型物進行再一次加熱，這樣能進一步減少金屬物料接觸成型臺或成型物表面時再次加熱熔化所需的熱量。

（ii）當開始進行成型工序時，進入成型頭內(nèi)部的金屬物料會被纏繞在成型頭上的感應加熱線圈產(chǎn)生的磁場加熱熔化，當金屬物料被成型頭內(nèi)的銅管線圈加熱熔化后繼續(xù)運動穿過料管運動到接近成型臺達到足夠近的位置時，送絲輪電極通電的金屬物料會與成型臺之間產(chǎn)生電弧，熔化的金屬物料被再次加熱滴落下來，如果成型臺上有正在制造的三維成型物，會滴落在三維成型物表面，如果沒有成型物會滴落在成型臺表面；成型物上一次成型的表面會被再次熔化或者成型臺的表面會被電弧熔化，新輸送來的金屬物料會和已經(jīng)成型的金屬物料或成型臺表面緊密的結合為一體，在進行以上步驟時成型頭上安裝的激光頭會使用激光將正在成型的成型物表面或者成型臺進行一次加熱，這樣能進一步減少金屬物料接觸成型臺或成型物時再次加熱熔化所需的熱量。

（iii）當開始進行成型工序時，金屬進入成型頭內(nèi)部，金屬物料會被纏繞在成型頭上的感應加熱線圈產(chǎn)生的磁場加熱熔化，當金屬物料被成型頭內(nèi)的銅管線圈加熱熔化后繼續(xù)運動穿過料管運動到成型臺時送絲輪電極與成型臺形成通路，熔化的金屬物料被再次加熱，如果成型臺上有正在制造的三維成型物，當熔化的金屬物料接觸到三維成型物上一次成型的表面時，上一次成型的表面會被再次熔化，新輸送來的金屬物料會和已經(jīng)成型的金屬物料緊密的結合為一體，在進行以上步驟時成型頭上安裝的等離子裝置會使用等離子炬將正在成型的成型物進行一次加熱，這樣能進一步減少金屬物料接觸成型臺或成型物表面時再次加熱熔化所需的熱量。

以上三種實例加熱時成型頭會噴出氣體對正在成型的部位進行冷卻，使熔化的金屬物料不會四處流淌。

以上三個加熱過程中，加熱所需的能量大小由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)所使用的金屬物料的特性控制。

實例（i）中，對成型物加熱的感應加熱線圈可以用成型頭上加熱金屬物料的感應加熱線圈變形延伸得到，也可以在成型頭上加裝第二個感應加熱線圈。

在本文中所涉及的加熱方法只作為實例并不是限定方法，如有符合本專利精神的變形和改進也屬于本專利的保護范圍。

本文中所述的數(shù)控代碼可以由計算機生成，可以利用“計算機輔助設計模型”或“CAD模型”生成，其具體是虛擬的三維圖像。

所述成型頭是用于進行金屬物料熱熔成型以及沉積的部件。

所述成型臺是固定在數(shù)控運動系統(tǒng)上用于支撐三維成型物成型的平臺，也用于給三維成型物導通電流。

所述金屬物料為金屬絲、金屬帶、金屬粉末等金屬物料以及合金材料，是3D打印的耗材。

所述一次熔化線圈是安裝在成型頭上對運動到在成型頭內(nèi)部的金屬物料進行加熱熔化的部件，由感應加熱機提供能量。

所述二次熔化線圈是固定在成型頭上的盤狀線圈用與對三維成型物進行再次加熱，由感應加熱機提供能量。

送絲輪電極是一種使用電機帶動的金屬輪連接電阻焊焊機或電弧焊機，作用是給金屬物料通電以及輸送金屬物料。

所述熔滴是金屬物料在被電弧熔化時產(chǎn)生的金屬液滴。

所述熔池時在三維成型物表面形成的液態(tài)金屬熔池。

所述料管時一種耐高溫材料制作而成的管道用于通過金屬絲。

所述真空機時一種真空氣泵，用于產(chǎn)生負壓，通過管道和吸氣口連接，工作時產(chǎn)生的負壓通過管道和吸氣口能使金屬液滴不四處流淌。

所述感應加熱機用于給一次和二次熔化線圈提供高頻交變電流，一次和二次熔化線圈能加熱金屬使之熔化。

所述光纖激光器用于產(chǎn)生激光，通過光纖和鏡頭加熱三維成型物。

所述電阻焊焊機用于加熱金屬物料，一個電極通過送絲輪電極連接金屬物料另一個電極連接成型臺，當金屬物料接觸成型臺或和成型臺連接的三維成型物時電流能將接觸的那個點的金屬物料和三維成型物的表面熔化。

所述電弧焊焊機用于加熱金屬物料，一個電極通過送絲輪電極連接金屬物料另一個電極連接成型臺，當金屬物料料管運動到接近成型臺達到足夠近的位置時，金屬物料和成型臺或成型臺上的三維成型物之間的氣體被電壓擊穿產(chǎn)生電弧，金屬物料和成型臺或成型臺上的三維成型物的表面都被熔化，成型臺或成型臺上的三維成型物的表面形成熔池，金屬物料熔化產(chǎn)生熔滴，滴落在熔池中就可以完成沉積。

所述等離子電源和等離子噴口產(chǎn)生的等離子炬用于加熱三維成型物。

附圖說明

圖1為實例（i）的結構圖。

圖2為實例（ii）的結構圖。

圖3為實例（iii）的結構圖。

圖中：成型頭1、成型臺2、金屬物料3、一次熔化線圈4、二次熔化線圈5、送絲輪電極6、三維成型物7、熔滴8、熔池9、料管10、真空機11、管道12、感應加熱機13、光纖激光器14、電阻焊焊機15、電弧焊機16、光纖17、激光鏡頭18、吸氣口19、等離子加熱電源20、等離子噴口21。

具體實施方式

以下將通過實例實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。不應將這些實施例解釋為本發(fā)明想法的一般范圍，上述本發(fā)明的想法為將金屬物料的熔化拆分為三個步驟或三個部位：1.對已成型的三維成型物進行再一次的加熱，2.成型頭內(nèi)初熔，3.成型物表面的熔融沉積。其具體思路還可以描述為將一次熔化拆分為多次熔化加熱直至金屬物料完全融合，將已成型物加熱，使三維增材成型工序中最關鍵的三維成型物的表面熔化融合的難度減小，其另一作用為對三維成型物的熱處理，以消除上一次成型時所造成的內(nèi)應力，這個原理還可以描述為：在三維增材成型的過程中引入三個加熱過程兩個加熱工序，1金屬物料進入成型頭時的初次加熱，2金屬物料接觸成型臺或成型物表面的再次加熱熔化，為金屬物料逐步升溫熱熔的工序；2金屬物料接觸成型臺或成型物表面的再次加熱熔化，3成型臺或成型物的加熱為金屬物料與成型表面的熱熔合的工序。其中還包括在進行成型的過程中使用真空裝置產(chǎn)生吸力，氣流的吸力使熔池保持形狀金屬液不四處流淌。

以下熱熔步驟中的成型頭1由數(shù)控運動模塊帶動，當開始進行成型工序時成型頭1會被數(shù)控運動模塊移動到準確位置然后開始以下熱熔工序，數(shù)控運動模塊的運動由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控代碼進行控制。

以下三個實例中，在進行成型的過程時，真空機11進行工作，通過吸氣口19吸氣，氣流使熔池保持形狀金屬液不四處流淌，真空機11通過管道12連接吸氣口19。

（i）實例的實施方式。

一次熔化線圈4和二次熔化線圈5是由感應加熱機13提供能量，

當開始進行成型工序時，進入成型頭11內(nèi)部的金屬物料3會被纏繞在成型頭11上的一次熔化線圈4產(chǎn)生的磁場加熱熔化，當金屬物料3被成型頭11內(nèi)的一次熔化線圈4加熱熔化后繼續(xù)運動穿過料管10運動到成型臺2時送絲輪電極6通過金屬物料3與成型臺2形成通路，熔化的金屬物料3被電阻焊焊機15的電流再次加熱，如果成型臺2上有正在制造的三維成型物7，當熔化的金屬物料3接觸到三維成型物7上一次成型的表面時，上一次成型的表面會被再次熔化形成熔池9，新輸送來的金屬物料3會和已經(jīng)成型的金屬物料3緊密的結合為一體，在進行以上步驟時成型頭11上安裝的二次熔化線圈4同時會將正在成型的三維成型物7進行再一次加熱，這樣能進一步減少金屬物料3接觸成型臺2或三維成型物7表面時再次加熱熔化所需的熱量。

（ii）實例的實施方式。

當開始進行成型工序時，進入成型頭11內(nèi)部的金屬物料3會被纏繞在成型頭11上的一次熔化線圈4產(chǎn)生的磁場加熱熔化，當金屬物料3被成型頭11內(nèi)的一次熔化線圈4加熱熔化后繼續(xù)運動穿過料管10運動到接近成型臺2達到足夠近的位置時，送絲輪電極6通電的金屬物料3會與成型臺2之間產(chǎn)生電弧，熔化的金屬物料3被再次加熱形成熔滴8，滴落下來，如果成型臺2上有正在制造的三維成型物7，會滴落在三維成型物7表面，如果沒有三維成型物7會滴落在成型臺2表面；三維成型物7上一次成型的表面會被再次熔化或者成型臺2的表面會被電弧熔化形成熔池9，新輸送來的金屬物料3會和已經(jīng)成型的金屬物料3或成型臺2表面緊密的結合為一體，在進行以上步驟時成型頭11上安裝的激光鏡頭18會使用激光將正在成型的三維成型物7表面或者成型臺2進行一次加熱，這樣能進一步減少金屬物料3接觸成型臺2或三維成型物7時再次加熱熔化所需的熱量。

（iii）實例的實施方式。

當開始進行成型工序時，進入成型頭11內(nèi)部的金屬物料3會被纏繞在成型頭11上的一次熔化線圈4產(chǎn)生的磁場加熱熔化，當金屬物料3被成型頭11內(nèi)的一次熔化線圈4加熱熔化后繼續(xù)運動穿過料管10運動到成型臺2時送絲輪電極6與成型臺2形成通路，熔化的金屬物料3被再次加熱，如果成型臺2上有正在制造的三維成型物7，當熔化的金屬物料3接觸到三維成型物7上一次成型的表面時，上一次成型的表面會被再次熔化形成熔池9，新輸送來的金屬物料3會和已經(jīng)成型的金屬物料3緊密的結合為一體，在進行以上步驟時成型頭11上安裝的等離子裝置等離子噴口21會使用等離子炬將正在成型的三維成型物7進行一次加熱，這樣能進一步減少金屬物料3接觸成型臺2或三維成型物7表面時再次加熱熔化所需的熱量。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理及主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。