本發(fā)明涉及快速成型技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置及方法。

背景技術(shù)：

增材制造(additivemanufacturing，am)誕生于20世紀(jì)80年代后期，相對于傳統(tǒng)的材料去除切削加工技術(shù)，am是一種基于離散-堆積原理、采用材料逐漸累加方式獲得實(shí)體零件的制造技術(shù)，因此也稱之為快速成型(rapidprototyping)、三維打印(3dprinting)、實(shí)體自由制造(solidfree-formfabrication)。增材制造技術(shù)對材料的總體利用率高、完全數(shù)字化控制且不受零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，制造完成的零件幾乎不用或需要少量的后期加工即可使用。因此增材制造被認(rèn)為是“改變世界的制造技術(shù)”，在航空航天制造領(lǐng)域、生物醫(yī)療領(lǐng)域和設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有不可代替的優(yōu)勢和前景。

電阻縫焊或滾焊作為一種傳統(tǒng)的焊接方法，適用于同種、異種金屬之間的連接，同時(shí)基于電阻縫焊或滾焊的應(yīng)用特性又特別適用于金屬箔片之間或金屬箔片與厚板材料之間的連接。因此電阻縫焊可以用于多層金屬箔片堆疊焊接形成塊狀實(shí)體，機(jī)械加工后實(shí)現(xiàn)特定幾何形裝零件的快速成型。

但是目前電阻縫焊或滾焊存在很大的缺陷，在焊接鋁、銅板材時(shí)，由于板材表面的雜質(zhì)、污垢、氧化層問題，造成板間飛濺、板間焊接質(zhì)量下降。其次基于電阻縫焊或滾焊方式的增材制造方法在國內(nèi)還沒有相關(guān)報(bào)道，國外發(fā)明專利(us20120061027a1)公開了一種利用雙超聲波發(fā)生器耦合焊接的系統(tǒng)，最大推挽功率可達(dá)9kw，已經(jīng)應(yīng)用于金屬箔片的超聲增材制造，但由于壓電陶瓷材料最大承受功率的限制，焊接金屬箔片的有效厚度收到了較大限制。國內(nèi)發(fā)明專利(cn201310627808.8)公開了一種輔助加熱式超聲快速成型方法，利用外加熱場預(yù)熱、軟化金屬箔片或基體材料，在超聲焊接功率受限的條件下增加了金屬箔片的可焊厚度與寬度，但快速成型過程中金屬箔片的厚度和寬度仍然受限。同時(shí)對于金屬箔片間添加碳纖維等非金屬夾層制造復(fù)合材料方面，超聲快速成型技術(shù)由于受到輸入功率的限制，其成品質(zhì)量并不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置及成型方法，以達(dá)到提供一種低成本、高效率的快速成型方法的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置，包括加工平臺和位于加工平臺上的基板，所述加工平臺上方設(shè)有即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)和電阻焊機(jī)的導(dǎo)電滾輪；所述即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)包括位于所述基板上方且相鄰設(shè)置的滾動(dòng)輪和鋼絲刷一，以及緊貼基板設(shè)置的鋼絲刷二；所述導(dǎo)電滾輪、滾動(dòng)輪、鋼絲刷一和鋼絲刷二均可在其位置處做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且其位置可根據(jù)金屬箔片堆疊的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述加工平臺可進(jìn)行平面移動(dòng)。

上述方案中，所述裝置還包括控制單元和與控制單元連接的溫度監(jiān)測單元。

上述方案中，所述加工平臺上方設(shè)有與加工平臺垂直的主控平板，所述即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)和導(dǎo)電滾輪位于主控平板上。

一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置的成型方法，包括如下步驟：

(1)即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)對加工前的基板、放置于基板上的金屬箔片進(jìn)行上下表面的清潔處理，除去污垢、氧化層；

(2)金屬箔片經(jīng)過導(dǎo)電滾輪的滾壓，在金屬箔片之間產(chǎn)生的電阻熱實(shí)現(xiàn)金屬箔片一次或者多層多次堆疊焊接，金屬箔片之間可加入碳纖維材料，形成金屬或金屬基復(fù)合材料的三維固態(tài)塊狀實(shí)體；

(3)加工平臺對三維固態(tài)塊狀實(shí)體進(jìn)行減材加工，獲得所需的幾何特征的零件。

上述方案中，金屬箔片以多層豎排不交錯(cuò)的方式連續(xù)堆積，或以多層豎排交錯(cuò)堆積的方式進(jìn)行連續(xù)堆積。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，步驟(2)中，焊接操作區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)氣體保護(hù)，所用氣體為氬氣、氦氣或者氮?dú)庵械囊环N或幾種的混合氣體。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，步驟(2)中，使用溫度監(jiān)測單元實(shí)時(shí)監(jiān)測金屬箔片的溫度。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，步驟(1)中，在對金屬箔片上表面進(jìn)行打磨清理時(shí)，鋼絲刷二在其位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由加工平臺進(jìn)行平面移動(dòng)完成其打磨；在對金屬箔片下表面進(jìn)行打磨清理時(shí)，金屬箔片穿過鋼絲刷一和滾動(dòng)輪，二者相互擠壓，由鋼絲刷一完成對金屬箔片下表面的打磨。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，步驟(2)中在金屬箔片堆疊焊接時(shí)，導(dǎo)電滾輪在其位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并對金屬箔片提供壓力，由加工平臺運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)金屬箔片完成焊接過程。

通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置及成型方法制備的零件強(qiáng)度高、致密度好，非常適用于零件快速成型的批量生產(chǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所公開的一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一所公開的金屬復(fù)合材料成型方法過程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二所公開的金屬基復(fù)合材料成型方法過程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例所公開的金屬箔片多層豎排不交錯(cuò)堆積方式示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例所公開的金屬箔片多層豎排交錯(cuò)堆積方式示意圖。

圖中，1、加工平臺；2、基板；3、金屬箔片；4、導(dǎo)電滾輪；5、滾動(dòng)輪；6、鋼絲刷一；7、鋼絲刷二；8、第一層鋁箔；9、第二層鋁箔；10、碳纖維層。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

本發(fā)明提供了一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置及成型方法，本發(fā)明利用成熟的電阻焊技術(shù)，具有較大功率，并輔助以即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)的焊前預(yù)清理，可以進(jìn)一步提高加工質(zhì)量和效率。

如圖1所示的金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置，包括加工平臺1和位于加工平臺1上的基板2，加工平臺1上方設(shè)有與加工平臺1垂直的主控平板，主控平板上設(shè)有即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)和電阻焊機(jī)的導(dǎo)電滾輪4；即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)包括位于基板2上方且相鄰設(shè)置的滾動(dòng)輪5和鋼絲刷一6，以及緊貼基板2設(shè)置的鋼絲刷二7；導(dǎo)電滾輪4、滾動(dòng)輪5、鋼絲刷一6和鋼絲刷二7均可在其位置處做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且其位置可根據(jù)金屬箔片3堆疊的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，加工平臺1可進(jìn)行平面移動(dòng)。

該裝置還包括控制單元和與控制單元連接的溫度監(jiān)測單元，圖中未顯示。

基板只作為焊接支撐材料，在加工平臺進(jìn)行焊接制得的三維實(shí)體的加工之后，基板將與該三維實(shí)體分離，而不是最終加工獲得零件的一部分。

一種金屬或金屬基復(fù)合材料快速成型裝置的成型方法，包括如下步驟：

(1)即時(shí)清理鋼絲刷機(jī)構(gòu)對加工前的基板2、放置于基板2上的金屬箔片3進(jìn)行上下表面的清潔處理，除去污垢、氧化層；在對金屬箔片3上表面進(jìn)行打磨清理時(shí)，鋼絲刷二7在其位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由加工平臺1進(jìn)行平面移動(dòng)完成其打磨；在對金屬箔片3下表面進(jìn)行打磨清理時(shí)，金屬箔片3穿過鋼絲刷一6和滾動(dòng)輪5，二者相互擠壓，由鋼絲刷一6完成對金屬箔片3下表面的打磨。

(2)金屬箔片3經(jīng)過導(dǎo)電滾輪4的滾壓，在金屬箔片3之間產(chǎn)生的電阻熱實(shí)現(xiàn)金屬箔片3一次或者多層多次堆疊焊接，金屬箔片3之間可加入碳纖維材料，形成金屬或金屬基復(fù)合材料的三維固態(tài)塊狀實(shí)體；焊接操作區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)氣體保護(hù)，所用氣體為氬氣、氦氣或者氮?dú)庵械囊环N或幾種的混合氣體；使用溫度監(jiān)測單元實(shí)時(shí)監(jiān)測金屬箔片3的溫度；在金屬箔片3堆疊焊接時(shí)，導(dǎo)電滾輪4在其位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并對金屬箔片3提供壓力，由加工平臺1運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)金屬箔片3完成焊接過程。

(3)加工平臺1對三維固態(tài)塊狀實(shí)體進(jìn)行減材加工，獲得所需的幾何特征的零件。

實(shí)施例一：

使用0.8mm的鋁箔采用本發(fā)明的方法和裝置進(jìn)行快速成型，如圖2所示，首先利用鋼絲刷二7將基板2進(jìn)行清理打磨，然后將第一層鋁箔8穿過鋼絲刷一6和滾動(dòng)輪5，進(jìn)行下表面的打磨清理；然后將其固定在加工平臺1上裝配好，隨后將第二層鋁箔9放置在第一層箔片鋁箔8上并穿過鋼絲刷一6和滾動(dòng)輪5，在即時(shí)打磨清理機(jī)構(gòu)的作用下兩層鋁箔接觸面被清理和打磨，污垢、雜質(zhì)和氧化層被去除；隨后通過導(dǎo)電滾輪4并施加一定的壓力在第二層鋁箔9上進(jìn)行電阻焊接，使兩層鋁箔快速連接在一起，該層焊接完成后，再按照以上步驟進(jìn)行下一層鋁箔的焊接。焊接完成后，加工平臺1對三維固態(tài)塊狀實(shí)體進(jìn)行減材加工，獲得所需的幾何特征的零件。

實(shí)施例二：

使用0.2mm的鋁箔和碳纖維采用本發(fā)明的方法和裝置進(jìn)行復(fù)合版材料的快速成型，如圖3所示，首先利用鋼絲刷二7將基板2進(jìn)行清理打磨，然后將第一層鋁箔8穿過鋼絲刷一6和滾動(dòng)輪5，進(jìn)行下表面的打磨清理；然后將其固定在加工平臺1上裝配好并利用鋼絲刷二7對其上表面進(jìn)行清理打磨，然后將碳纖維層10均勻放置在第一層鋁箔8表面，隨后放置第二層鋁箔9在碳纖維層10上并穿過鋼絲刷一6和滾動(dòng)輪5，在即時(shí)打磨清理機(jī)構(gòu)的作用下第二層鋁箔9和碳纖維層10的接觸面被清理和打磨，污垢、雜質(zhì)和氧化層被去除；隨后通過導(dǎo)電滾輪4并施加一定的壓力在第二層鋁箔9上進(jìn)行電阻焊接，使中間夾層碳纖維層10的兩層鋁箔快速連接在一起，該層焊接完成后，再按照以上步驟進(jìn)行下一層的焊接，最終形成鋁合金碳纖維復(fù)合材料。焊接完成后，加工平臺1對三維固態(tài)塊狀實(shí)體進(jìn)行減材加工，獲得所需的幾何特征的零件。

如圖4和圖5所示，金屬箔片3以多層豎排不交錯(cuò)的方式連續(xù)堆積，或以多層豎排交錯(cuò)堆積的方式進(jìn)行連續(xù)堆積。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。