【技术实现步骤摘要】
本申请涉及增材制造，尤其是涉及一种高通量材料增材加工方法及设备。
技术介绍
1、在材料科学领域，高通量材料制备对于快速筛选和开发新材料具有重要意义。传统的材料制备方法往往耗时较长且效率较低，难以满足高通量制备的需求。随着增材制造技术的发展，其在材料制备方面展现出了独特的优势，但现有的增材制造工艺在制备高通量材料时仍存在一些局限性，例如传统的增材制造技术通常依赖单一的能量源，对于不同种类的材料和不同的成型需求，单一的能量源在某些情况下无法达到最佳的材料热处理效果。而且粉末从激光旁轴输送熔池区域，粉料的均匀分布和熔化效率难以得到保证，使得成型材料存在方向异性的问题。同时不同粉料对激光的吸收率差异较大，可能导致能量利用不充分，增加加工时间并降低效率。
技术实现思路
1、为了提高高通量材料的制备效率、灵活性和成型质量，本申请提供一种高通量材料增材加工方法及设备。
2、本申请提供的一种高通量材料增材加工方法采用如下的技术方案：
3、一种高通量材料增材加工方法，包括以下步骤：
4、向增材区域送丝，为丝材提供能量；
5、将多道激光围绕丝材射入熔池区域，多道激光聚合在熔池内；
6、粉料呈多路输送，每路粉料均围绕着一道激光同轴输送。
7、通过采用上述技术方案，丝材通电的电源可以是热丝电源，也可以是熔丝电源，在采用多激光加工工艺制备高通量材料时，热丝电源可以对丝材进行预热。而采用电弧激光复合工艺制备高通量材料时，通过电弧与多道激光
8、在每个送粉喷嘴输送不同单一粉料的情况下，电弧作用可以增强熔池搅拌，促进粉料在熔池内的均匀分布，并通过细化晶粒改善材料的组织结构，减少方向性差异，提高沉积质量；粉末围绕激光均匀输送，与传统的单侧送粉方式相比，这种分布方式能让更多粉料直接接触到高温区域，充分吸收激光能量，提高熔化效率和材料利用率；
9、每个送粉喷嘴的送粉量可独立调节，支持制造变组分梯度材料，满足不同材料性能要求的多样化需求，提高增材制造的灵活性和适应性。
10、可选的，在引入电弧前，往当前增材区域输送内层保护气，并且往增材区域周围输送外层保护气，控制外层保护气从沉积头移动方向后方的进行喷射。
11、通过采用上述技术方案，内层保护气主要作用于当前增材区域，通过对熔池区域的气氛保护，确保熔池稳定、纯净，避免空气中的氧气或水分进入熔池，从而减少材料的氧化反应，显著提高沉积质量与材料性能，保证增材过程中材料的纯度；
12、外层保护气则作用于增材区域周围，特别是对刚增材完成的区域进行保护。由于增材后的区域温度仍然较高，氧化的风险较大，因此外层保护气可以有效避免材料氧化，保证增材过程中没有过度的氧化反应，保持增材区域的理想化学环境。此外，外层保护气还能加速增材完成后区域的冷却，避免过热导致材料性能降低；
13、同时，外层保护气还可以起到降低增材层间温度的作用，减少热梯度，防止层间过热引起的过度晶粒长大。通过降低增材区域的温度波动，外层保护气有助于晶粒的细化，进而提高材料的强度和耐久性，为增材制造过程中的成品提供更优质的结构性能。
14、可选的，预设激光参数、电弧参数、保护气参数、送粉参数和送丝参数；
15、在沉积过程中，实时监测熔池状态，获取熔池信息，根据设备情况，系统自动对激光参数、电弧参数、保护气参数、送粉参数和送丝参数进行修正。
16、通过采用上述技术方案，通过实时监测熔池状态并根据熔池信息对激光参数、电弧参数、保护气参数、送粉参数和送丝参数进行动态修正，系统能够自动适应实际加工中的变化。这种实时调整确保了熔池的稳定性和材料沉积过程的均匀性，并根据实际情况对工艺参数进行修正，能够有效控制材料的微观结构进而提高了加工精度。尤其是在复杂的增材过程中，不同的材料和不同的加工环境可能导致熔池状态的波动，这种自适应调整可以有效应对这些波动，减少人为操作误差，确保最终成品的高质量，以及保证了高通量材料制备的可重复性和可靠性；
17、激光和电弧的能量输入、粉料和丝材的送入量，以及保护气的流量都直接影响增材过程中能量的利用效率。通过根据实时熔池信息自动调整这些参数，系统能够精确控制能量输入，避免不必要的能源浪费。
18、可选的，激光参数的设置和修正的方法为：
19、根据材料的种类和目标性能，预设激光参数值；
20、在沉积过程中，根据公式其中p为激光功率，m为单位时间内熔化的材料质量，cp为材料的比热容，△t为材料从室温到熔点的温度变化，lf为材料的熔化潜热，t为激光作用时间，η为激光能量利用率，结合工艺因素来调整激光作用时间，再对激光功率进行修正。
21、通过采用上述技术方案，根据经验预设激光加工功率，在进行高通量材料的制造过程中，激光作用时间取决于多个因素，如材料类型、加工区域、工艺参数和零件的几何形状等，系统再根据调整的激光作用时间来重新修正激光功率。通过同步调整激光功率和作用时间，可以有效提高激光能量的利用率，精确控制熔池温度和熔化过程，减少加工过程中的变形与残余应力，提高材料的质量和性能。
22、可选的，在使用复合激光进行沉积时，根据不同波长激光在材料中的吸收特性，根据公式：和p1：p2：p3...pn＝α(λ1)×η1：α(λ2)×η2：α(λ3)×η3...α(λn)×ηn，对每个激光的功率参数进行调整分配，其中a和n为与材料相关的常数，λ为波长，η为激光能量利用率，p为激光功率。
23、通过采用上述技术方案，在多波长激光复合工艺中，不同波长激光的功率分配还需考虑各波长在材料中的吸收特性，以上方法可以对调整好的激光功率再次进行微调修正，以达到最佳的能量耦合效果，进一步提升沉积质量。
24、可选的，电弧参数的设置和修正的方法为：
25、根据材料的种类和目标性能，预设电弧电流和送丝速度参数值，即可得出电弧电压和电弧功率的预设参数值；
26、在沉积过程中，根据公式qarc＝μvs(cwire(tm-t0)+lmelt)对电弧功率进行调整，其中，qarc为电弧的热输入，μ为电弧效率，vs为送丝速度，lmelt为丝材的熔化潜热，cwire为丝材比热容，tm为丝材熔点，t0为室温。
27、通过采用上述技术方案，根据经验预设激光加工功率，在进行高通量材料的制造过程中，特别是变组分梯度材料中，丝材的成分占比也会有变化，因此根据送丝速度的改变，同时检测的室温变化(通常可忽略)，系统也及时对电弧功率进行修正。可以适应材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高通量材料增材加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：在引入电弧前，往当前增材区域输送内层保护气，并且往增材区域周围输送外层保护气，控制外层保护气从沉积头移动方向后方的进行喷射。
3.根据权利要求2所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：预设激光参数、电弧参数、保护气参数、送粉参数和送丝参数；
4.根据权利要求3所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：激光参数的设置和修正的方法为：
5.根据权利要求4所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：在使用复合激光进行沉积时，根据不同波长激光在材料中的吸收特性，根据公式：
6.根据权利要求3所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：电弧参数的设置和修正的方法为：
7.根据权利要求3所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：保护气的设置和修正的方法为：
8.根据权利要求3所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：送粉和送丝参数的设置和修正的方法为：
9.根据权利要求3所述的高通
10.一种高通量材料增材加工设备，其特征在于：用于实现1-9任一所述的高通量材料增材加工方法，包括送丝组件(1)和安装座(2)，所述安装座(2)上设置有若干同轴送粉喷嘴(3)和若干镜组模块(4)，所述镜组模块(4)与所述同轴送粉喷嘴(3)一一对应，所述镜组模块(4)连接有光纤插头(5)，若干所述同轴送粉喷嘴(3)围绕着所述送丝组件(1)设置，所述送丝组件(1)上设置有通电管(6)；
...【技术特征摘要】
1.一种高通量材料增材加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：在引入电弧前，往当前增材区域输送内层保护气，并且往增材区域周围输送外层保护气，控制外层保护气从沉积头移动方向后方的进行喷射。
3.根据权利要求2所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：预设激光参数、电弧参数、保护气参数、送粉参数和送丝参数；
4.根据权利要求3所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：激光参数的设置和修正的方法为：
5.根据权利要求4所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：在使用复合激光进行沉积时，根据不同波长激光在材料中的吸收特性，根据公式：
6.根据权利要求3所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：电弧参数的设置和修正的方法为：
7.根据权利要求3所述的高通量材料增材加工方法，其特征在于：保护气的设置和修正的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：董巍，程远，董宇，
申请(专利权)人：南京英尼格玛工业自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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