一种利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形装置及方法

摘要

本发明公开了一种利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形装置及方法，包括基板、喷头、3D位移平台及金属丝，基板固定于3D位移平台上，金属丝的上端插入于喷头底部的喷嘴内，且金属丝的上端固定于所述喷嘴的内侧面，金属丝的下端悬空，且金属丝的下端与基板之间的夹角为90-95°，喷头及金属丝均位于所述基板的上方。本发明能够有效的降低使零件的产生应力应变变形，保证成形零件的精度。

说明书

技术领域

本发明属于精密成形领域，涉及一种金属涂覆形成装置及方法，具 体涉及一种利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形装置及方法。

背景技术

金属涂覆是一种新型的成形技术，涉及到光、机、电、材料、检测 与控制等多学科的高技术，是传统制造方法不能完成的一种全新加工制 造技术，是国家重点支持和推动的一项高技术。目前，国内外很多科研 院所，如国内清华大学、华中科技大学以及美国MicroFab商业公司、加 拿大多伦多大学等，对于金属涂覆成形技术的研究主要集中在金属涂覆 机理、驱动方式选择和金属涂覆过程的热状态分析等方面，而对于用这 种方法进行涂覆成形的研究较少。

零件的精度、原材料的性能和加工效率是制约涂覆成形工艺及其应 用的三个重要因素。一直以来成形精度和成形效率始终是一对矛盾的， 提高成形效率势必要降低成形精度，提高成形精度势必要降低成形效率。 在金属涂覆成形过程中，因为必须把复杂的三维加工转化为一系列简单 二维成形的叠加，所以，成形产品精度主要取决于二维X-Y平面上的加 工精度和高度Z方向上的一系列叠加精度。从金属涂覆成形的系统本身 考虑，完全能够把X，Y，Z三个方向的运动位置精度控制在较高的水平， 所以，从理论上考虑能够取得高精度的原型。但是，影响成形产品最终 精度的因素不只是有涂覆成形装置本身的精度，还有其它的因素，并且 这些因素更加的不易控制。金属涂覆成形是一个涉及机械设计制造、CAD 软件、数控、材料、成形工艺参数和产品后处理等因素的集成制造系统， 每一环节均可能造成一些误差的产生，这就会严重影响熔覆成形零件的 精度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用金属 丝导引熔融金属涂覆的成形装置及方法，该装置及方法能够有效的降低 使零件的产生应力应变变形，保证成形零件的精度。

为达到上述目的，本发明所述的利用金属丝导引熔融金属涂覆的成 形装置包括基板、喷头、3D位移平台及金属丝，基板固定于3D位移平 台上，金属丝的上端插入于喷头底部的喷嘴内，且金属丝的上端固定于 所述喷嘴的内侧面，金属丝的下端悬空，且金属丝的下端与基板之间的 夹角为90-95°，喷头及金属丝均位于所述基板的上方。

所述金属丝为钨丝。

本发明所述的利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形方法包括以下步 骤

1)先将熔融金属输送到喷头中，由于金属的热毛细作用，熔融金属 流经喷头的喷嘴时在金属丝导引下流动，根据所需零件的层厚H调节金 属丝与基板的距离，并根据所需零件的层宽B调节金属丝与基板的夹角 或者涂覆速度；

2)熔融金属在金属丝导引下穿过喷头的喷嘴掉落到基板上，在金属 丝与基板之间形成均匀的涂覆层，同时通过3D位移平台移动基板，使 金属丝在移动的基板表面沿预设轨迹运动，从而在基板的表面形成所需 零件的胚体，经冷却后分离所述基板及胚体；

3)将步骤2)得到的胚体进行打磨及抛光，得所需零件。

所述基板的材料与所需零件的材料不同。

熔融金属在金属丝的导引下从喷头的喷嘴中排出，再在金属丝与基 板之间形成均匀的涂覆层。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形装置及方法在对 所需零件进行加工的过程中，根据所需零件的层厚H调节金属丝与基板 的距离，并根据所需零件的层宽B调节金属丝与基板的夹角或者涂覆速 度，涂覆时，由于热毛细作用，金属丝对熔融金属进行导引，从而有效 的提高零件的加工精度，加快零件成形速率，并且有效的提高产品的品 质，本方法加工灵活性高，产品质量稳定，热影响区小，工件热变形小， 后续加工量小，有效地提高了微机械成形的精度和效率，有效地提高了 微机械零件的批量生产的可能性，降低了加工成本，不需要昂贵设备， 具有制件表面精度高，成形效率高等优点，有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1为喷头喷嘴、2为基板、3为金属丝、4为胚体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形装置 包括基板2、喷头1、3D位移平台及金属丝3，基板2固定于3D位移平 台上，金属丝3的上端插入于喷头1底部的喷嘴内，且金属丝3的上端 固定于所述喷嘴的内侧面，金属丝3的下端悬空，且金属丝3的下端与 基板2之间的夹角为90-95°，喷头1及金属丝3均位于所述基板2的 上方；金属丝3为钨丝。

本发明所述的利用金属丝导引熔融金属涂覆的成形方法包括以下步 骤

1)先将熔融金属输送到喷头1中，由于金属的热毛细作用，熔融金 属流经喷头的喷嘴时在金属丝导引下流动，根据所需零件的层厚H调节 金属丝3与基板2的距离，并根据所需零件的层宽B调节金属丝3与基 板2的夹角或者涂覆速度；

2)熔融金属在金属丝3导引下穿过喷头1的喷嘴掉落到基板2上， 在金属丝3与基板2之间形成均匀的涂覆层，同时通过3D位移平台移 动基板2，使金属丝3在移动的基板2表面沿预设轨迹运动，从而在基 板2的表面形成所需零件的胚体4，经冷却后分离所述基板2及胚体4；

3)将步骤2)得到的胚体4进行打磨及抛光，得所需零件。

所述基板2的材料与所需零件的材料不同。

熔融金属在金属丝3的导引下从喷头1的喷嘴中排出，再在金属丝 3与基板2之间形成均匀的涂覆层。

本发明从金属涂覆工艺方面考虑来提高成形零件的精度并且提高成 形效率，具体来说，本发明利用金属丝3导引熔融金属4涂覆成形方法， 利用金属材料的表面张力，利用喷头1把金属进行熔化，由金属丝3导 引，通过调节金属丝3的安装角度以及移动速度等参数，来约束沉积时 金属零件的层宽B，金属丝3和基板2之间的缝隙用来约束零件的层厚 H，基板2能够在X、Y、Z三个方向上移动，在压力P的作用下，导引 熔融金属通过金属丝3涂覆在基板2上，形成一层均匀的涂覆层，其涂 覆层宽度B由金属丝3的安装角度以及移动速度的决定，由于熔融金属 由于表面张力、粘附力以及重力作用，在金属丝3涂覆时不会断裂，涂 覆层厚度H由金属丝3与基板2之间的缝隙决定，通过基板2在X、Y、 Z三个方向上移动，成形出所需零件。本发明成形精度高，重复性好， 装置结构简单，可加快金属涂覆成形速率，产品质量优良，有利于提高 零件精度和成形效率，不需要大量的工装，只需要控制成形工艺就可以 达到。

在金属涂覆过程中，通过调节金属丝3安装角度以及移动速度的参 数，可以改变熔融金属成形时的宽度B，以此类推，可以根据成形零件 的尺寸精度，设置不同的金属丝3倾斜度以及移动速度的参数，金属丝 3和基板2之间的缝隙用来约束零件的层厚H，利用基板2能够在X、Y、 Z三个方向上移动，从零件一层一层进行填充，直至所需零件成形完毕。