通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统，包括真空获得及测量装置和真空室，在真空室的侧壁安装有多个侧壁阴极靶对，其特征在于：在真空室的中心位置安装一个柱状阴极靶和旋转式支承机构，柱状阴极靶通过连接大功率弧电源、以输出大电流，柱状阴极靶的电源输入端连接PLC控制系统的输出端，通过PLC控制系统反复进行正负极输入切换改变作用在柱状阴极靶靶面的电磁场方向，使处于靶面的弧斑沿着靶面作向上螺旋运动，从一端往另一端转移，并形成弧斑在柱状阴极靶的靶面作反复螺旋转移运动，形成工件表面快速循环沉积结构，使工件表面最终快速的获得厚涂层。本实用新型专利技术具有工件表面的涂层沉积效率高等有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统，适用于等离子体在工件的表面快速沉积特厚涂层的再涂层增材制造，特别适用于复杂工件表面的快速形成高性能的厚涂层。属于等离子体再涂层增材制造

技术介绍
目前，增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除－切削加工技术，是一种“自下而上”的制造技术，其中设备的再涂层是增材制造技术的关键技术之一。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序，再涂层制造的工艺方法直接决定了工件在累加方向的精度和质量。现有技术中，由于再涂层增材制造系统结构不合理，因此，存在工件表面的涂层沉积效率低、沉积的涂层厚度薄及不均匀、复杂工件的沉积涂层效果差等缺陷。为响应国家关于增材计划的推进，面向重点领域产品开发设计和复杂结构件生产需求，以技术创新为动力，着力解决关键材料和装备自主研发等方面的基础问题，特别是在模具制造，轴承和飞机发动机叶片等航空航天及高端装备制造的重要
，该系统的研发及应用就是采用真空等离子体的方法在工件的表面快速沉积特厚涂层的再涂层增材制造新技术。
技术实现思路
：本技术目的，是为了解决现有技术的再涂层增材制造系统存在工件表面的涂层沉积效率低、沉积的涂层厚度薄及不均匀、复杂工件的沉积涂层效果差的问题，提供一种通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统。该系统具有工件表面的涂层沉积效率高、沉积的涂层厚度厚及均匀、复杂工件的沉积涂层效果好等特点。特别是在模具制造，轴承和飞机发动机叶片等航空航天和高端装备制造的重要技术领域，该系统的研发及应用就是采用真空等离子体的方法在工件的表面快速沉积特厚涂层的再涂层增材制造新技术。该技术能在复杂的零件表面快速一次性沉积，形成高效率，低成本，高性能的厚涂层，该厚涂层主要是应用在压铸模具，轴承，飞机发动机叶片，汽轮机叶片等制造领域。本技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统，包括真空获得及测量装置和真空室，真空获得及测量装置通过真空管道与真空室连通，在真空室的侧壁安装有多个侧壁阴极靶对，其结构特点在于：在真空室的中心位置安装一个柱状阴极靶和旋转式支承机构，柱状阴极靶具有大功率、大电流结构，柱状阴极靶通过连接大功率弧电源、以输出大电流，柱状阴极靶的电源输入端连接PLC控制系统的输出端，通过PLC控制系统反复进行正负极输入切换改变作用在柱状阴极靶靶面的电磁场方向，使处于靶面的弧斑沿着靶面作向上螺旋运动，从一端往另一端转移，并形成弧斑在柱状阴极靶的靶面作反复螺旋转移运动，形成工件表面快速循环沉积结构，使工件表面最终快速的获得厚涂层；侧壁阴极靶对和柱状阴极靶各连接一个弧电源，偏压电源连接在旋转式支承机构上；侧壁阴极靶对通过连接的弧电源形成阴阳配对电极，在侧壁阴极靶对与弧电源的连接处设置控制开关，通过控制开关控制配对的侧壁阴极靶通/断电，形成辅助沉积及清洗结构；通过旋转式支承机构使工件在柱状阴极靶和侧壁阴极靶对之间做公转和自转运动；构成工件表面快速沉积的增材制造系统。本技术的目的还可以通过采取如下技术方案达到：进一步地，柱状阴极靶的内部配置有多个线圈，各线圈之间绝缘并分别与弧电源连接，柱状阴极靶的靶桶内接通自来水、以冷却靶体和线圈，各线圈的电源控制端与PLC的控制输出端连接，通过PLC控制每个线圈的开/关，按顺序从一端到另一端接通或关断线圈的弧电源，直到到最后的一个线圈通完电后，再通过PLC控制所有线圈的电路输入端进行正负极输入切换，使原来的正极变为负极输入，同时以最后一个线圈为初起点，依次逆向工作，通过依次接通一个并同时关闭一个线圈的通电方式，使通电线圈所产生的磁场的南北极方向做了一个调换，改变了电磁场的方向。进一步地，在真空管道上设有节流阀，在真空室的侧壁设有真空规管和放气阀，柱形阴极靶外接有柱形阴极靶冷却水装置和柱形阴极靶弧电源输入装置；旋转式支承机构设置在真空室的内腔底部，旋转式支承机构具有工件放置结构和自转、公转结构；真空室为等边八角形，具有八个矩形面，其中一个矩形面通过真空管道连接真空获得系统及其测量装置，另外七个矩形面开有矩形口、用于连接矩形法兰，在其中四个面或六个面的矩形法兰上各安装有阴极靶，所述阴极靶外接有阴极靶弧电源输入装置、冷却水进出装置，在阴极靶的周围设有电磁场，形成二对或三对侧壁阴极靶对；与真空管道相对的形法兰上安装有一个观察窗、用于观察真空室内的状况。进一步地，在真空室的其中四个面的矩形法兰上各安装有阴极靶，所述阴极靶外接有阴极靶弧电源输入装置、冷却水进出装置，在阴极靶的周围设有电磁场，形成二对侧壁阴极靶对；在与观察窗相邻的两个矩形面的内侧各安装有发热管、以在工件镀膜前加热；真空获得系统及其测量装置、节流阀、放气阀、柱形阴极靶、柱形阴极靶弧电源输入装置、柱形阴极靶冷却水装置、旋转式支承机构、阴极靶、阴极靶弧电源输入装置、冷却水进出装置和电磁场控制输入端各连接一个电控制柜的控制信号输出端，和计算机集成系统构成了自动控制结构。进一步地，在真空获得及测量装置与真空室的连接处设有百叶窗；真空室中设有真空室炉门，在真空室与真空室炉门的连接处设有炉门密封条，观察窗设置在真空室炉门上。进一步地，旋转式支承机构包括行星轮护罩、行星轮机构、传动输入机构、传动输入减速机和变频电机，变频电机的动力输出端通过传动输入减速机连接传动输入机构的动力输入端，传动输入机构的动力输出端连接行星轮机构的动力输入端，星轮机构上设有工作转盘，构成旋转式支承机构，行星轮护罩罩住星轮机构；在传动输入机构处设有偏压电源输入装置。进一步地，圆形靶发生装置设置在靶桶内，即通过靶桶将圆形靶发生装置封罩起来、形成封闭结构。进一步地，在传动输入机构安装有一个编码器，以测定工件的转速和产品定位。进一步地，在电控柜的输入端连接计算机控制柜，构成LPC控制结构。本技术具有如下突出的有益效果：1、本技术由于具有工件表面快速循环沉积结构、使工件表面最终快速的获得厚涂层，以及具有辅助沉积及清洗结构；因此能够解决现有技术的再涂层增材制造系统存在工件表面的涂层沉积效率低、沉积的涂层厚度薄及不均匀、复杂工件的沉积涂层效果差的问题，具有工件表面的涂层沉积效率高、沉积的涂层厚度厚及均匀、复杂工件的沉积涂层效果好等有益效果。2、本技术侧壁的阴极靶作为离子清洗的方式，提高离化率，使产品的表面清洁干净和带有强活性，增加了产品膜层的附着力，膜层与产品基体表面的结合力增加，减少了脱膜的几率，提高了产品的质量，使产品的使用寿命提高了3-5倍，同时也可以作为沉积时的辅助手段，用来辅助沉积，增大了涂层膜层的种类和增加扩展了沉积的方法。3、本技术采用中间柱形阴极靶作为产品膜层沉积增材的发生源，外接大功率的弧电源，能大功率大电流输出，弧源电流可达300～1000A，常用弧源电流大于700A，并可长时间工作，连续工作时间大于24小时，沉积速率＞15μm/h，一次沉积厚度可大于80μm,该方法极大的提高了膜层的沉积效率，而在柱形阴极靶内的电磁场引导弧斑在靶的表面上下移动，使每次经过产品表面的弧斑工作时间是相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统，包括真空获得及测量装置(1)和真空室(10)，真空获得及测量装置(1)通过真空管道(2)与真空室(10)连通，在真空室(10)的侧壁安装有多个侧壁阴极靶对，其特征在于：在真空室(10)的中心位置安装一个柱状阴极靶(4)和旋转式支承机构(3)，柱状阴极靶(4)具有大功率、大电流结构，柱状阴极靶(4)通过连接大功率弧电源、以输出大电流，柱状阴极靶(4)的电源输入端连接PLC控制系统的输出端，通过PLC控制系统反复进行正负极输入切换改变作用在柱状阴极靶(4)靶面的电磁场方向，使处于靶面的弧斑沿着靶面作向上螺旋运动，从一端往另一端转移，并形成弧斑在柱状阴极靶(4)的靶面作反复螺旋转移运动，形成工件表面快速循环沉积结构，使工件表面最终快速的获得厚涂层；侧壁阴极靶对和柱状阴极靶4各连接一个弧电源，偏压电源连接在旋转式支承机构(3)上；侧壁阴极靶对通过连接的弧电源形成阴阳配对电极，在侧壁阴极靶对与弧电源的连接处设置控制开关，通过控制开关控制配对的侧壁阴极靶通/断电，形成辅助沉积及清洗结构；通过旋转式支承机构(3)使工件在柱状阴极靶(4)和侧壁阴极靶对之间做公转和自转运动；构成工件表面快速沉积的增材制造系统。...

【技术特征摘要】
1.通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统，包括真空获得及测量装置(1)和真空室(10)，真空获得及测量装置(1)通过真空管道(2)与真空室(10)连通，在真空室(10)的侧壁安装有多个侧壁阴极靶对，其特征在于：在真空室(10)的中心位置安装一个柱状阴极靶(4)和旋转式支承机构(3)，柱状阴极靶(4)具有大功率、大电流结构，柱状阴极靶(4)通过连接大功率弧电源、以输出大电流，柱状阴极靶(4)的电源输入端连接PLC控制系统的输出端，通过PLC控制系统反复进行正负极输入切换改变作用在柱状阴极靶(4)靶面的电磁场方向，使处于靶面的弧斑沿着靶面作向上螺旋运动，从一端往另一端转移，并形成弧斑在柱状阴极靶(4)的靶面作反复螺旋转移运动，形成工件表面快速循环沉积结构，使工件表面最终快速的获得厚涂层；侧壁阴极靶对和柱状阴极靶4各连接一个弧电源，偏压电源连接在旋转式支承机构(3)上；侧壁阴极靶对通过连接的弧电源形成阴阳配对电极，在侧壁阴极靶对与弧电源的连接处设置控制开关，通过控制开关控制配对的侧壁阴极靶通/断电，形成辅助沉积及清洗结构；通过旋转式支承机构(3)使工件在柱状阴极靶(4)和侧壁阴极靶对之间做公转和自转运动；构成工件表面快速沉积的增材制造系统。2.根据权利要求1所述的通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统，其特征在于：柱状阴极靶(4)的内部配置有多个线圈，各线圈之间绝缘并分别与弧电源连接，柱状阴极靶(4)的靶桶内接通自来水、以冷却靶体和线圈，各线圈的电源控制端与PLC的控制输出端连接，通过PLC控制每个线圈的开/关，按顺序从一端到另一端接通或关断线圈的弧电源，直到到最后的一个线圈通完电后，再通过PLC控制所有线圈的电路输入端进行正负极输入切换，使原来的正极变为负极输入，同时以最后一个线圈为初起点，依次逆向工作，通过依次接通一个并同时关闭一个线圈的通电方式，使通电线圈所产生的磁场的南北极方向做了一个调换，改变了电磁场的方向。3.根据权利要求1或2所述的通过真空等离子体在工件表面快速沉积的增材制造系统，其特征在于：在真空管道(2)上设有节流阀(3-1)，在真空室(10)的侧壁设有真空规管(5)和放气阀(6)，柱形阴极靶(4)外接有柱形阴极靶冷却水装置(7)和柱形阴极靶弧电源输入装置(8)；旋转式支承机构(3)设置在真空室(10)的内腔底部，旋转式支承机构(3)具有工件放置结构和自转、公转结构；真空室(10)为等边八角形，具有八个矩形面，其中一个矩形面通过真空管道(2)连接真空获得系统及其测量装置(1)，另外七个矩形面开有矩形口、用于连接矩形法兰，在其中四个面或六个面的矩形法兰上各安装有阴极靶(23)，所述阴极靶(23)外接有...

【专利技术属性】
技术研发人员：董小虹，王桂茂，区名结，
申请(专利权)人：广东世创金属科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44