【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，具体地，涉及一种多丝等离子束增材制造装备及调控方法。
技术介绍
1、等离子束熔丝技术是一种增材制造技术，采用等离子弧作为热源，使用金属丝作为原料。通过软件对零件进行层分析，生成成形路径。在金属基板上，这一路径控制一个移动的熔池，其中外部供给的金属丝被熔化形成金属熔滴，并持续地送入熔池中。通过沿成形路径逐点、逐道、逐层地累积金属材料，该技术能够实现零件的快速、高效且高性能的成形。该制造方法在航空航天领域制造发动机组件、燃气轮机叶片等高温、高压环境下的零件和造船与海洋工程领域用于大型结构件的制造和修复具有重要作用。在目前工业应用中，等离子束熔丝增材制造的送丝机构难以在打印过程中实现各向同性，且出丝条数较少，导致成形零件的力学性能不一、差，成形零件效率低，因此改善送丝机构刻不容缓，从而提升加工的可靠性和效益。
2、金属丝增材制造打印机的传统送丝机构主要由安装座、架设于安装座上的摩擦传送轮及与摩擦传送轮呈纵向并列设置的压轮组成。这种送丝机构的设计中，压轮与摩擦传送轮之间存在一定的间隙，形成了挤料通道。这种设计虽然简单，但存在局限性，即送丝时的接触面较小，导致松丝不够稳定，从而可能影响打印的质量和效率，且在打印过程中位置比较固定，导致打印可靠性不高，效果不理想。
3、旁轴送丝是一种电弧堆焊送丝的常用方法，其优点包括高材料合成自由度、结构简洁以及可靠性强。此方法通过保持前送丝状态，避免了电弧堆焊过程中的“扎丝”问题和成型效率低下的情况，从而提升了构件的电弧增材制造的工艺性能。然而，在设计复杂零
4、同轴送丝是一种金属丝增材制造和电弧堆焊等增材制造技术中常用的送丝方式。是一种焊丝居中，电弧中空或侧旁的送丝方式。在这种方法中，金属丝材料被直接沿着工作头的中心轴线送入熔池，与热源(如激光或电弧)同轴对准。其优点是方向独立性，设计的自由度和复杂结构的打印能力；同轴送丝减少了因送丝角度不当造成的扰动和熔池不稳定性，有助于实现更平滑的打印表面和更一致的材料沉积。但同轴送丝系统通常比其他送丝系统更复杂，需要精确的机械和光学组件来保证同轴对准，这可能导致设备成本增加；某些同轴送丝系统可能对使用的材料类型和形态有特定要求，比如对丝材的直径和柔韧性有限制，这可能影响材料的选择和应用范围；在某些情况下，由于热源和送丝机构非常接近，热源可能对送丝机构产生热干扰，需采取措施进行隔热保护。
5、另外，在等离子束熔丝增材制造技术里，打印过程中的路径规划局限性以及整套设备的控制和监测是一处难点，要实现设备之间按一定的逻辑运转控制，需要大量的软件编程进行实现，监测需要一些工业相机来实现。金属增材制造中，特别是在采用等离子束熔化或激光熔化等丝材熔化技术时，成分缺失可能会导致多种缺点和问题，例如金属的力学性能(如强度、韧性和硬度)，这些性能高度依赖于其微观结构和合金元素的分布。成分缺失可能导致合金的微观结构发生变化，进而引起力学性能的降低。这些问题不仅影响打印出的零件的力学性能，还可能影响其化学性质和整体效能。因此，为了确保金属增材制造件的质量和性能，对原材料的成分精准控制是至关重要的环节。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多丝等离子束增材制造装备及调控方法。
2、根据本专利技术提供的一种多丝等离子束增材制造装备，包括：等离子束熔丝单元、万向旋转送丝单元以及闭环检测调控单元；
3、所述等离子束熔丝单元作为热源，对位于所述万向旋转送丝单元中的丝材进行加热；
4、所述万向旋转送丝单元包括多路送丝模块，所述多路送丝模块的送丝方向可调节设置；
5、所述闭环检测调控单元检测所述多路送丝模块中每个送丝通路的工作情况和已成型材料的成分，根据检测情况反馈调节每个送丝通路的送丝速率。
6、优选地，所述万向旋转送丝单元还包括丝材加热模块，所述丝材加热模块对万向旋转送丝单元中的丝材进行预热，经过预热后的丝材被所述等离子束熔丝单元进行加热。
7、优选地，还包括六自由度机械臂，所述万向旋转送丝单元安装设置在所述六自由度机械臂上；
8、所述多路送丝模块包括旋转盘和多个送丝头，多个送丝头镶嵌设置在所述旋转盘上的卡槽中，所述送丝头绕卡槽旋转进行调整角度。
9、优选地，所述闭环检测调控单元包括数字控制模块和实时监测模块，所述数字控制模块提供焊头工作时的工艺路径，并调节所述万向旋转送丝单元的送丝速度和送丝角度；
10、所述实时监测模块实时监测工艺路径和加工速度、监测所述万向旋转送丝单元的工作状态以及监测已成型材料的成分，并将监测数据反馈至所述数字控制模块。
11、优选地，所述实时监测模块包括高速相机、红外摄像机和光谱仪；
12、所述高速相机实时监测打印成形路径和打印速度，所述红外摄像机监测焊头和熔池的温度，根据实时上传的图像和熔池的温度来判断焊接工作路径和熔池温度是否正常，所述光谱仪用于检测成分的缺失。
13、优选地，还包括plc逻辑控制器，所述plc逻辑控制器接收红外摄像机、高速相机、光谱仪以及输入装置的信号，根据预加载的程序对输入数据进行逻辑处理，并生成输出决策，所述plc逻辑控制器将处理结果发送到输出设备。
14、根据本专利技术提供的一种多丝等离子束增材制造装备的调控方法，包括：
15、步骤s1：在作业开始前，令所述六轴机械臂进行不出丝的模拟打印，校验打印路径；
16、步骤s2：开始加工时，调整丝材与焊头的位置保持在2-4mm，并调整送丝机构与焊头的角度；
17、步骤s3：在打印过程中，送丝头在预设定路径下始终保持前送丝方向，同时万向旋转送丝单元的丝材加热模块对丝材进行加热。
18、优选地，所述步骤s1中，当所述高速相机检测到路径发生变化时，将错误信号传递至plc逻辑控制器，所述plc逻辑控制器检测到错误路径后，发送数字信号到数字数控系统进行调整。
19、优选地，在打印过程中，当所述红外摄像机检测焊头处的温度发生变化时，将信号反馈到plc逻辑控制器，当所述plc逻辑控制器检测到温度变化过大时，发送信号至数字控制系统并执行机器调节功率。
20、优选地，在打印过程中，当所述光谱仪检测到成型材料成分发生变化时，将信号发送至plc逻辑控制器，所述plc逻辑控制器向成分异常的送丝头发送命令，调节送丝速率。
21、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
22、1、本专利技术通过万向旋转送丝机构空间上可以实现送丝机构与焊头前进方向一致，且送丝方向始终为前送丝，送丝角度灵活调整，这样能够保证成形零件的高质量，良好的力学性能，且力学性能为各向同性。万向旋转送丝机构的丝材加热模块可以在焊接之前进行预热，以减少热裂纹和等离子束能量负载，提高成形的效率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，包括：等离子束熔丝单元(8)、万向旋转送丝单元(5)以及闭环检测调控单元；
2.根据权利要求1所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，所述万向旋转送丝单元(5)还包括丝材加热模块(7)，所述丝材加热模块(7)对万向旋转送丝单元(5)中的丝材进行预热，经过预热后的丝材被所述等离子束熔丝单元(8)进行加热。
3.根据权利要求1所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，还包括六自由度机械臂(2)，所述万向旋转送丝单元(5)安装设置在所述六自由度机械臂(2)上；
4.根据权利要求1所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，所述闭环检测调控单元包括数字控制模块(1)和实时监测模块，所述数字控制模块(1)提供焊头工作时的工艺路径，并调节所述万向旋转送丝单元(5)的送丝速度和送丝角度；
5.根据权利要求4所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，所述实时监测模块包括高速相机(9)、红外摄像机(10)和光谱仪(4)；
6.根据权利要求1所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，还
7.一种多丝等离子束增材制造装备的调控方法，基于权利要求1-6任一项所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的多丝等离子束增材制造装备的调控方法，其特征在于，所述步骤S1中，当所述高速相机(9)检测到路径发生变化时，将错误信号传递至PLC逻辑控制器(3)，所述PLC逻辑控制器(3)检测到错误路径后，发送数字信号到数字数控系统进行调整。
9.根据权利要求7所述的多丝等离子束增材制造装备的调控方法，其特征在于，在打印过程中，当所述红外摄像机(10)检测焊头处的温度发生变化时，将信号反馈到PLC逻辑控制器(3)，当所述PLC逻辑控制器(3)检测到温度变化过大时，发送信号至数字控制系统并执行机器调节功率。
10.根据权利要求7所述的多丝等离子束增材制造装备的调控方法，其特征在于，在打印过程中，当所述光谱仪(4)检测到成型材料成分发生变化时，将信号发送至PLC逻辑控制器(3)，所述PLC逻辑控制器(3)向成分异常的送丝头(6)发送命令，调节送丝速率。
...【技术特征摘要】
1.一种多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，包括：等离子束熔丝单元(8)、万向旋转送丝单元(5)以及闭环检测调控单元；
2.根据权利要求1所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，所述万向旋转送丝单元(5)还包括丝材加热模块(7)，所述丝材加热模块(7)对万向旋转送丝单元(5)中的丝材进行预热，经过预热后的丝材被所述等离子束熔丝单元(8)进行加热。
3.根据权利要求1所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，还包括六自由度机械臂(2)，所述万向旋转送丝单元(5)安装设置在所述六自由度机械臂(2)上；
4.根据权利要求1所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，所述闭环检测调控单元包括数字控制模块(1)和实时监测模块，所述数字控制模块(1)提供焊头工作时的工艺路径，并调节所述万向旋转送丝单元(5)的送丝速度和送丝角度；
5.根据权利要求4所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，所述实时监测模块包括高速相机(9)、红外摄像机(10)和光谱仪(4)；
6.根据权利要求1所述的多丝等离子束增材制造装备，其特征在于，还包括plc逻辑控制器(3)，所述plc逻辑控制器(3)接收红外摄像机(10)、高速相机(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王洪泽，余振森，吴一，唐梓珏，王茂松，任芃源，王浩伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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