通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，包括真空獲得及測量裝置和真空室，在真空室的側壁安裝有多個側壁陰極靶對，其特征在于：在真空室的中心位置安裝一個柱狀陰極靶和旋轉式支承機構，柱狀陰極靶通過連接大功率弧電源、以輸出大電流，柱狀陰極靶的電源輸入端連接PLC控制系統的輸出端，通過PLC控制系統反復進行正負極輸入切換改變作用在柱狀陰極靶靶面的電磁場方向，使處于靶面的弧斑沿著靶面作向上螺旋運動，從一端往另一端轉移，并形成弧斑在柱狀陰極靶的靶面作反復螺旋轉移運動，形成工件表面快速循環沉積結構，使工件表面最終快速的獲得厚涂層。本發明具有工件表面的涂層沉積效率高等有益效果。
【專利說明】
通過真空等離子體在工件表面快速沉積的増材制造系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，適用于等離子體在工件的表面快速沉積特厚涂層的再涂層增材制造，特別適用于復雜工件表面的快速形成高性能的厚涂層。屬于等離子體再涂層增材制造技術領域。
【背景技術】
[0002]目前，增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技術是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的材料去除一切削加工技術，是一種“自下而上”的制造技術，其中設備的再涂層是增材制造技術的關鍵技術之一。增材制造的自動化涂層是材料累加的必要工序，再涂層制造的工藝方法直接決定了工件在累加方向的精度和質量。現有技術中，由于再涂層增材制造系統結構不合理，因此，存在工件表面的涂層沉積效率低、沉積的涂層厚度薄及不均勻、復雜工件的沉積涂層效果差等缺陷。
[0003]為響應國家關于增材計劃的推進，面向重點領域產品開發設計和復雜結構件生產需求，以技術創新為動力，著力解決關鍵材料和裝備自主研發等方面的基礎問題，特別是在模具制造，軸承和飛機發動機葉片等航空航天及高端裝備制造的重要技術領域，該系統的研發及應用就是采用真空等離子體的方法在工件的表面快速沉積特厚涂層的再涂層增材制造新技術。
【發明內容】
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[0004]本發明目的，是為了解決現有技術的再涂層增材制造系統存在工件表面的涂層沉積效率低、沉積的涂層厚度薄及不均勻、復雜工件的沉積涂層效果差的問題，提供一種通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統。該系統具有工件表面的涂層沉積效率高、沉積的涂層厚度厚及均勻、復雜工件的沉積涂層效果好等特點。
[0005]特別是在模具制造，軸承和飛機發動機葉片等航空航天和高端裝備制造的重要技術領域，該系統的研發及應用就是采用真空等離子體的方法在工件的表面快速沉積特厚涂層的再涂層增材制造新技術。該技術能在復雜的零件表面快速一次性沉積，形成高效率，低成本，高性能的厚涂層，該厚涂層主要是應用在壓鑄模具，軸承，飛機發動機葉片，汽輪機葉片等制造領域。
[0006]本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到:
[0007]通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，包括真空獲得及測量裝置和真空室，真空獲得及測量裝置通過真空管道與真空室連通，在真空室的側壁安裝有多個側壁陰極靶對，其結構特點在于:在真空室的中心位置安裝一個柱狀陰極靶和旋轉式支承機構，柱狀陰極靶具有大功率、大電流結構，柱狀陰極靶通過連接大功率弧電源、以輸出大電流，柱狀陰極靶的電源輸入端連接PLC控制系統的輸出端，通過PLC控制系統反復進行正負極輸入切換改變作用在柱狀陰極靶靶面的電磁場方向，使處于靶面的弧斑沿著靶面作向上螺旋運動，從一端往另一端轉移，并形成弧斑在柱狀陰極靶的靶面作反復螺旋轉移運動，形成工件表面快速循環沉積結構，使工件表面最終快速的獲得厚涂層;側壁陰極靶對和柱狀陰極靶各連接一個弧電源，偏壓電源連接在旋轉式支承機構上;側壁陰極靶對通過連接的弧電源形成陰陽配對電極，在側壁陰極靶對與弧電源的連接處設置控制開關，通過控制開關控制配對的側壁陰極靶通/斷電，形成輔助沉積及清洗結構;通過旋轉式支承機構使工件在柱狀陰極靶和側壁陰極靶對之間做公轉和自轉運動;構成工件表面快速沉積的增材制造系統。
[0008]本發明的目的還可以通過采取如下技術方案達到:
[0009]進一步地，柱狀陰極靶的內部配置有多個線圈，各線圈之間絕緣并分別與弧電源連接，柱狀陰極靶的靶桶內接通自來水、以冷卻靶體和線圈，各線圈的電源控制端與PLC的控制輸出端連接，通過PLC控制每個線圈的開/關，按順序從一端到另一端接通或關斷線圈的弧電源，直到到最后的一個線圈通完電后，再通過PLC控制所有線圈的電路輸入端進行正負極輸入切換，使原來的正極變為負極輸入，同時以最后一個線圈為初起點，依次逆向工作，通過依次接通一個并同時關閉一個線圈的通電方式，使通電線圈所產生的磁場的南北極方向做了一個調換，改變了電磁場的方向。
[0010]進一步地，在真空管道上設有節流閥，在真空室的側壁設有真空規管和放氣閥，柱形陰極靶外接有柱形陰極靶冷卻水裝置和柱形陰極靶弧電源輸入裝置;旋轉式支承機構設置在真空室的內腔底部，旋轉式支承機構具有工件放置結構和自轉、公轉結構;真空室為等邊八角形，具有八個矩形面，其中一個矩形面通過真空管道連接真空獲得系統及其測量裝置，另外七個矩形面開有矩形口、用于連接矩形法蘭，在其中四個面或六個面的矩形法蘭上各安裝有陰極靶，所述陰極靶外接有陰極靶弧電源輸入裝置、冷卻水進出裝置，在陰極靶的周圍設有電磁場，形成二對或三對側壁陰極靶對;與真空管道相對的形法蘭上安裝有一個觀察窗、用于觀察真空室內的狀況。
[0011]進一步地，在真空室的其中四個面的矩形法蘭上各安裝有陰極靶，所述陰極靶外接有陰極靶弧電源輸入裝置、冷卻水進出裝置，在陰極靶的周圍設有電磁場，形成二對側壁陰極靶對;在與觀察窗相鄰的兩個矩形面的內側各安裝有發熱管、以在工件鍍膜前加熱;真空獲得系統及其測量裝置、節流閥、放氣閥、柱形陰極靶、柱形陰極靶弧電源輸入裝置、柱形陰極靶冷卻水裝置、旋轉式支承機構、陰極靶、陰極靶弧電源輸入裝置、冷卻水進出裝置和電磁場控制輸入端各連接一個電控制柜的控制信號輸出端，和計算機集成系統構成了自動控制結構。
[0012]進一步地，在真空獲得及測量裝置與真空室的連接處設有百葉窗；真空室中設有真空室爐門，在真空室與真空室爐門的連接處設有爐門密封條，觀察窗設置在真空室爐門上。
[0013]進一步地，旋轉式支承機構包括行星輪護罩、行星輪機構、傳動輸入機構、傳動輸入減速機和變頻電機，變頻電機的動力輸出端通過傳動輸入減速機連接傳動輸入機構的動力輸入端，傳動輸入機構的動力輸出端連接行星輪機構的動力輸入端，星輪機構上設有工作轉盤，構成旋轉式支承機構，行星輪護罩罩住星輪機構;在傳動輸入機構處設有偏壓電源輸入裝置。
[0014]進一步地，圓形靶發生裝置設置在靶桶內，即通過靶桶將圓形靶發生裝置封罩起來、形成封閉結構。
[0015]進一步地，在傳動輸入機構安裝有一個編碼器，以測定工件的轉速和產品定位。
[0016]進一步地，在電控柜的輸入端連接計算機控制柜，構成LPC控制結構。
[0017]本發明具有如下突出的有益效果:
[0018]1、本發明由于具有工件表面快速循環沉積結構、使工件表面最終快速的獲得厚涂層，以及具有輔助沉積及清洗結構；因此能夠解決現有技術的再涂層增材制造系統存在工件表面的涂層沉積效率低、沉積的涂層厚度薄及不均勻、復雜工件的沉積涂層效果差的問題，具有工件表面的涂層沉積效率高、沉積的涂層厚度厚及均勻、復雜工件的沉積涂層效果好等有益效果。
[0019]2、本發明側壁的陰極靶作為離子清洗的方式，提高離化率，使產品的表面清潔干凈和帶有強活性，增加了產品膜層的附著力，膜層與產品基體表面的結合力增加，減少了脫膜的幾率，提高了產品的質量，使產品的使用壽命提高了 3-5倍，同時也可以作為沉積時的輔助手段，用來輔助沉積，增大了涂層膜層的種類和增加擴展了沉積的方法。
[0020]3、本發明采用中間柱形陰極靶作為產品膜層沉積增材的發生源，外接大功率的弧電源，能大功率大電流輸出，弧源電流可達300?1000A，常用弧源電流大于700A，并可長時間工作，連續工作時間大于24小時，沉積速率> 15ym/h，一次沉積厚度可大于80μπι，該方法極大的提高了膜層的沉積效率，而在柱形陰極靶內的電磁場引導弧斑在靶的表面上下移動，使每次經過產品表面的弧斑工作時間是相同的，也就在保證產品膜層的厚度的同時也保證了膜層的均勻性，保證膜層有很好的結合力，這樣就可減少了鍍膜的工作時間，降低了勞動強度，提高了效率，降低了生產成本，同時均勻的膜層厚度能使產品的質量得到了提高，得到有優良結合力的均勻的超厚的沉積膜層，達到產品增材的目的。
[0021]4、本發明涂層除能獲得均勻單一的成分外，同時可根據改變不同的靶材材料成份和通入爐內的不同氣體，控制真空度，獲得不同的材料成份的涂層或復合涂層。
[0022]5、本發明利用信息化和智能化的控制系統，提高了自動化的程度，降低了勞動強度。該系統采用信息化和智能化的控制集成系統，各個動作都可以通過信息化和智能化的控制集成系統來逐一發出指令，使各動作連續有序進行，極大地降低了產品工作的安全性和極大地提高了自動化程度，使整個鍍膜的過程實現了自動可控，從而降低了勞動強度和提尚了廣品的質量和穩定性。
【附圖說明】
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[0023]圖1為本發明的結構示意圖。
[0024]圖2為本發明的陰極靶結構示意圖。
[0025]圖2-1為本發明的柱狀陰極靶的線圈結構示意圖。
[0026]圖3為本發明具體實施例1的結構示意圖主視圖。
[0027]圖4為本發明具體實施例1的結構不意圖俯視圖。
[0028]圖5為本發明具體實施例1的結構示意圖A-A側視圖。
[0029]圖6為本發明具體實施例3的結構示意圖主視圖。
[0030]圖7為本發明具體實施例3的結構不意圖俯視圖。
[0031 ]圖8為本發明具體實施例3的結構示意圖A-A側視圖。
[0032]圖9為本發明具體實施例4的結構不意圖主視圖。
[0033]圖10為本發明具體實施例4的結構不意圖俯視圖。
[0034]圖11為本發明具體實施例4的結構示意圖A-A側視圖。
[0035]圖12為本發明具體實施例5的結構不意圖主視圖。
[0036]圖13為本發明具體實施例5的結構示意圖俯視圖。
[0037]圖14為本發明具體實施例5的結構示意圖A-A側視圖。
【具體實施方式】
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[0038]具體實施例1:
[0039]參照圖1至圖5，本實施例包括真空獲得及測量裝置I和真空室10，真空獲得及測量裝置I通過真空管道2與真空室10連通，在真空室10的側壁安裝有多個側壁陰極靶對，在真空室10的中心位置安裝一個柱狀陰極靶4和旋轉式支承機構3，柱狀陰極靶4具有大功率、大電流結構，柱狀陰極靶4通過連接大功率弧電源、以輸出大電流，柱狀陰極靶4的電源輸入端連接PLC控制系統的輸出端，通過PLC控制系統反復進行正負極輸入切換改變作用在柱狀陰極靶4靶面的電磁場方向，使處于靶面的弧斑沿著靶面作向上螺旋運動，從一端往另一端轉移，并形成弧斑在柱狀陰極靶4的靶面作反復螺旋轉移運動，形成工件表面快速循環沉積結構，使工件表面最終快速的獲得厚涂層;側壁陰極靶對和柱狀陰極靶4各連接一個弧電源，偏壓電源連接在旋轉式支承機構3上;側壁陰極靶對通過連接的弧電源形成陰陽配對電極，在側壁陰極靶對與弧電源的連接處設置控制開關，通過控制開關控制配對的側壁陰極靶通/斷電，形成輔助沉積及清洗結構;通過旋轉式支承機構3使工件在柱狀陰極靶4和側壁陰極靶對之間做公轉和自轉運動;構成工件表面快速沉積的增材制造系統。
[0040]本實施例中:
[0041]柱狀陰極靶4的內部配置有多個線圈，各線圈之間絕緣并分別與弧電源連接，柱狀陰極靶4的靶桶內接通自來水、以冷卻靶體和線圈，各線圈的電源控制端與PLC的控制輸出端連接，通過PLC控制每個線圈的開/關，按順序從一端到另一端接通或關斷線圈的弧電源，直到到最后的一個線圈通完電后，再通過PLC控制所有線圈的電路輸入端進行正負極輸入切換，使原來的正極變為負極輸入，同時以最后一個線圈為初起點，依次逆向工作，通過依次接通一個并同時關閉一個線圈的通電方式，使通電線圈所產生的磁場的南北極方向做了一個調換，改變了電磁場的方向。
[0042]在真空管道2上設有節流閥3-1，在真空室10的側壁設有真空規管5和放氣閥6，柱形陰極靶4外接有柱形陰極靶冷卻水裝置7和柱形陰極靶弧電源輸入裝置8;旋轉式支承機構3設置在真空室10的內腔底部，旋轉式支承機構3具有工件放置結構和自轉、公轉結構;真空室10為等邊八角形，具有八個矩形面，其中一個矩形面通過真空管道2連接真空獲得系統及其測量裝置I，另外七個矩形面開有矩形口、用于連接矩形法蘭，在其中四個面的矩形法蘭上各安裝有陰極靶23，所述陰極靶23外接有陰極靶弧電源輸入裝置24、冷卻水進出裝置25，在陰極靶23的周圍設有電磁場22，形成二對側壁陰極靶對;與真空管道2相對的形法蘭上安裝有一個觀察窗21、用于觀察真空室10內的狀況。
[0043]在真空室10的其中四個面的矩形法蘭上各安裝有陰極靶23，所述陰極靶23外接有陰極靶弧電源輸入裝置24、冷卻水進出裝置25，在陰極靶23的周圍設有電磁場22，形成二對側壁陰極靶對;在與觀察窗21相鄰的兩個矩形面的內側各安裝有發熱管20、以在工件鍍膜前加熱;真空獲得系統及其測量裝置1、節流閥3-1、放氣閥6、柱形陰極靶4、柱形陰極靶弧電源輸入裝置8、柱形陰極靶冷卻水裝置7、旋轉式支承機構3、陰極靶23、陰極靶弧電源輸入裝置24、冷卻水進出裝置25和電磁場22控制輸入端各連接一個電控制柜26的控制信號輸出端，和計算機集成系統27構成了自動控制結構。
[0044]在真空獲得系統及其測量裝置I與真空室10的連接處設有百葉窗4;真空室10中設有真空室爐門11，在真空室10與真空室爐門11的連接處設有爐門密封條14，觀察窗21設置在真空室爐門11上。
[0045]旋轉式支承機構包括行星輪護罩12、行星輪機構13、傳動輸入機構15、傳動輸入減速機17和變頻電機18，變頻電機18的動力輸出端通過傳動輸入減速機17連接傳動輸入機構15的動力輸入端，傳動輸入機構15的動力輸出端連接行星輪機構13的動力輸入端，星輪機構13上設有工作轉盤，構成旋轉式支承機構，行星輪護罩12罩住星輪機構13;在傳動輸入機構15處設有偏壓電源輸入裝置16。
[0046]陰極靶23設置在靶桶19內，即通過靶桶19將圓形(矩形或柱形)陰極靶23封罩起來、形成封閉結構。
[0047]在傳動輸入機構15安裝有一個編碼器，以測定工件的轉速和產品定位。
[0048]在電控柜26的輸入端連接計算機控制柜27，構成信息化和智能化的控制系統。
[0049]在真空室10的兩端設有進氣管28、襯板29。
[0050]真空獲得及測量系統系統I主要功能是獲得鍍膜時所需的本底真空度和保持鍍膜時的真空度，同時加入氣體后利用真空管道節流擋板閥3穩定波動大的真空度，而真空規管即作為檢測真空室內真空度的檢測儀器，確定真空度的大小，發出信號到進氣管28的質量流量計進行調節進氣量，控制測量鍍膜時的真空度。
[0051]在真空室內設置的發熱管20，用于產品鍍膜時的加熱及保溫功能，加熱管旁邊附帶有熱電偶進行控制發熱管的工作，采用PID的控溫方式對真空腔體進行控溫，同時還可以升溫到產品涂層的擴散溫度，對膜層進行擴散處理。
[0052]在真空室10側壁所設置的4套(2套或多套)陰極靶23，是兩兩配對成一陰極和一陽極，形成一對電位差，在鍍膜增材時進行激發產生電離的離子對工件進行清洗，并增加離化率，它們是利用外接弧電源的正負極對接形成的，外接弧電源通過陰極靶弧電源輸入裝置24作用于陰極靶上。
[0053]真空室10內中間位置的柱形陰極靶9，主要的作用是作為工件的膜層沉積源，是快速形成膜層的主要蒸發裝置，該裝置是通過外置的柱形陰極靶弧電源輸入裝置把弧電源的弧流作用于靶上，然后通過輝光放電，把陰極靶靶材進行電離并蒸發，并通過偏壓電源16的作用下，沉積到工件的表面，和電離的氣體一起形成沉積膜層。
[0054]真空室10內行星輪機構13的工作轉盤是用來放置工件的，使工件做自轉和公轉運動，是放置工件的有效平臺，在傳動輸入機構15外設置的個偏壓電源輸入裝置16，使工件帶上偏壓，同時在傳動輸入機構15安裝有一個編碼器，可以測定工件的轉速和產品定位。
[0055]電磁場22用于控制靶材上的弧斑工作時的路徑，使弧斑按著磁場的方向移動，使弧斑不至斷弧并可控。
[0056]起弧電極即是用來激發陰極靶產生輝光，在靶材表面產生輝光弧斑，產生等離子體沉積增材源。
[0057]在真空室10與真空管道2之間安裝的百葉窗4，用來阻擋鍍膜時所產生的污染源，污染真空栗及其真空測量系統。在真空室10四周和各個弧源蒸發裝置的端部設置的冷卻水進出裝置各連接到冷熱水循環系統中，用于冷卻真空室和靶材連接處的密封圈，如通入熱水時即可以再打開爐門(11)對真空腔體進行保溫加熱，趕走因爐門打開后空氣冷凝于真空室內的水汽，減少抽真空時的時間，提尚效率。
[0058]本實施例的工作原理如下:
[0059]本實施的工作方式，首先是打開真空室爐門11，把工件放置在行星輪機構13的工作轉盤上，啟動變頻電機18，在傳動輸入機構15上輸入轉動動力，使工件在行星機構13上作公轉和自轉運動，然后關閉真空室爐門11，啟動真空獲得及測量系統系統I的真空栗，把真空抽動鍍膜前的本底真空度，然后打開發熱管20的控制開關，進行加熱，直到溫度上升到鍍膜前的設定溫度進行保溫，在打開加熱前一直要接通冷卻水，然后打開氣體流量計和閥門，通入氣體，使真空室10內的真空度達到一個設定的真空度值，并穩定后，打開偏壓電源輸入機構16的開關，使工件帶上偏壓，再打開圓形陰極靶的弧電源，使陰極靶接通，并啟動，這兩對弧電源是一對陰陽極進行配對的，這樣就可以使通入的氣體產生很高的離化率，使工件的表面清洗干凈，并有良好的活性和有利于增加附著力。在經過一段時間的工作后，關閉圓形陰極靶的弧電源，并調節偏壓和質量流量計的流量，調節真空室內的真空度，打開柱形陰極靶的磁場的電源開關，再打開其弧電源的開關，并啟動，產生弧斑，弧斑隨著磁場的變化進行變化著，弧斑在垂直的方向螺旋運動，使金屬等離子體進行蒸發，或與氣體結合后，通過偏壓附著在工件的表面上，經過一定的時間后，形成一定厚度的合金膜層，然后關閉弧電源，關閉磁場，再關閉偏壓電源，然后關閉加熱管的電源，關閉加熱管，停止加熱，同時關閉氣體質量流量計，停止氣體的加入，繼續抽真空，直到真空室內的溫度達到預定的溫度后，關閉真空規管，停止真空系統里的真空栗，然后打開放氣閥，使真空室與大氣連通，當真空室內的壓力與大氣相同后，打開爐門，然后取出工件，產品的鍍膜工序完成。
[0060]柱狀陰極靶4的內部配置有多個線圈，各線圈之間絕緣并分別與弧電源連接，柱狀陰極靶4的靶桶內接通自來水、以冷卻靶體和線圈，各線圈的電源控制端與PLC的控制輸出端連接，通過PLC控制每個線圈的開/關，按順序從下到上接通或關斷線圈的弧電源，當第一個線圈通電幾秒后，再使第二個線圈進行通電，并同時把第一個線圈斷電，如此類推，直到到最后的一個線圈通完電后，再通過PLC控制所有線圈的電路輸入端進行正負極輸入切換，使原來的正極變為負極輸入，同時以最后一個線圈為初起點，依次逆向工作，通過依次接通一個并同時關閉一個線圈的通電方式，使通電線圈所產生的磁場的南北極方向做了一個調換，改變了電磁場的方向。通過這種方式，在靶面上部點燃的弧斑就會由靶面的上部隨著線圈電流的方向，在革G的表面做螺旋向下運動，直到革El下面最后的一個線圈的最后幾圈，通過PLC控制，把線圈的正反極進行切換，迅間改變了線圈電流的方向，也就是改變了作用在靶面的電磁場的方向，使處于靶面下部的弧斑由下部向上部沿著靶面作向上的螺旋運動，直到最上部的線圈差不多工作完，又再次切換線圈的電流輸入方向，改變電磁場的方向，使靶面的弧斑反向運動，如此反復工作，使弧斑在柱狀的陰極靶的靶面作反復螺旋運動，極大地提高了靶材的蒸發效率，使工件表面最終快速的獲得厚涂層。
[0061]清洗時把配對靶的陰陽極接通并送電到陰極靶上，通過陰極電離真空腔內的氣體來清洗工件的表面，如果需要做沉積鍍膜的工藝時，斷開連接弧電源陰陽極連接開關，這時每個側壁的陰極靶都和弧電源的負極連接的，一旦通電就可以對工件進行輔助沉積。
[0062]本實施例采用信息化和智能化的控制模式，其中中央集成系統負責執行元器件的控制，以及部分單元部件數據采集，計算機主要實現數據采集、編輯和通訊的功能。在運行涂層工藝時，電腦顯示屏上可以實時顯示所有工藝參數，所有工藝參數自動記錄在電腦中供隨時調用；也可導出為表格形式供分析，系統配有打印機輸出功能，可供數據輸出打印。計算機控制采用開放式客戶界面，憑借控制系統，有經驗的客戶可自行開發完成任何多層和復合涂層。控制系統功能包括如下:
[0063](I)手動操作:本系統各部件均可通過電腦手動獨立操作，以便打樣及工藝調整。
[0064](2)自動操作:本系統具有自動抽氣、自動鍍膜及維護真空穩定、真空室自動回充大氣功能；如將此三種功能連用即為本系統的全自動功能，操作工只需裝件、取件、開關門即可。
[0065](3)顯示功能:顯示屏上均可設定電源的電流、電壓，當前工藝參數及工藝時間和工藝層數，顯示當前爐內真空度及溫度，轉架轉速及各栗閥門狀態、各種故障報警顯示等等。
[0066](4)報警、保護功能:具有水流量不足、斷水、各栗閥門故障報警；斷水、真空度不對、停電等不具備安全生產條件時設備自鎖保護。
[0067](5)報警信息自動彈出:本系統在故障發生時自動彈出報警信息，并且提供詳細報警信息，便于工作人員對設備進行故障診斷。
[0068](6)鍍膜工藝:本系統自帶工藝庫，工藝庫可進行編輯、修改。
[0069](7)數據分析:本系統可對各氣體流量、電源的電流、電壓、弧源電流等參數進行實時曲線、歷史曲線的顯示及保存，并可對這些數據進行打印、分析。
[0070](8)工作時間記錄:本系統具備對機械部件(如真空栗等)工作累計計時功能，可定期提醒工作人員進行設備保養。
[0071]在蒸發的弧靶和柱形靶中的材質根據要求可以是同一材質，也可以是不同的材質，每個靶可以是單一或復合的材料，也可以是幾種不同的材料組成不同的靶，并可以安裝于同一真空腔內進行電離蒸發，形成復合材料等離子體，最終構成復合涂層結構。
[0072]該系統在真空腔內設置了加熱裝置，所以能在真空的情況下，對涂層進行加熱擴散，加熱擴散溫度可以最高達到100tC，能適應多種涂層的擴散，增加結合力，因可以在高真空進行擴散，所以能防止產品和涂層氧化，并能增加擴散的外在動力，提高擴散速率。
[0073]具體實施例2:
[0074]本實施例2的特點是:真空室10為等邊八角形，具有八個矩形面，其中一個矩形面通過真空管道2連接真空獲得系統及其測量裝置I，另外七個矩形面開有矩形口、用于連接矩形法蘭，在其中六個面的矩形法蘭上各安裝有陰極靶23，所述陰極靶23外接有陰極靶弧電源輸入裝置24、冷卻水進出裝置25，在陰極靶23的周圍設有電磁場22，形成三對側壁陰極靶對。其余同具體實施例1。
[0075]具體實施例3:
[0076]參照圖6至圖8，本發明具體實施例4的特點是，真空室10的結構可以是圓形，在圓周上形成四至八個窗口，其中一個窗口通過真空管道2連接真空獲得系統及其測量裝置I，另外三至七個窗口為弧狀矩形口(投影為矩形)、用于連接法蘭，在其中四個或六個窗口的法蘭上各安裝有陰極靶23，所述陰極靶23外接有陰極靶弧電源輸入裝置24、冷卻水進出裝置25，在陰極靶23的周圍設有電磁場22，形成二對或三對側壁陰極靶對。其余同具體實施例1或具體實施例2。
[0077]具體實施例4:
[0078]參照圖9至圖11，本發明具體實施例4的特點是，真空室10的結構可以是正方或長方形，具有四個矩形面，其中一個矩形面通過真空管道2連接真空獲得系統及其測量裝置I，另外三個矩形面開有矩形口、用于連接矩形法蘭，在其中二個面的矩形法蘭上各安裝有陰極靶23，所述陰極靶23外接有陰極靶弧電源輸入裝置24、冷卻水進出裝置25，在陰極靶23的周圍設有電磁場22，形成一對側壁陰極靶對。其余同具體實施例1。
[0079]具體實施例5:
[0080]參照圖12至圖14，本發明具體實施例4的特點是，轉盤裝置和柱形陰極靶的位置可以上下互換，其余同具體實施例1，真空室10可以是實施例2至4。
[0081]本發明的其他具體實施例中，真空室10的結構可以其他多邊形，其余同具體實施例I至5。
[0082]本發明是通過真空等離子體的方法在工件的表面快速沉積特厚涂層的再涂層增材制造新技術，可連續工作，直到真空腔內的增發陰極靶材耗盡。該系統能在復雜的零件表面快速形成高效率，低成本，高性能的厚涂層，該厚涂層主要是在壓鑄模具，軸承，飛機發動機葉片，汽輪機葉片等制造領域得到了充分的應用。
[0083]本發明是面向重點領域產品開發設計和復雜結構件生產需求，以技術創新為動力，著力解決關鍵材料和裝備自主研發等方面的基礎問題，特別是在模具制造，軸承和飛機發動機葉片等航空航天及高端裝備制造的重要技術領域，該系統的研發及應用就通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統的方法，是再涂層增材制造的新技術。
[0084]以上所述，僅為發明較具體的實施例，但發明的保護范圍并不局限與此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的范圍內，根據本發明的技術方案及發明構思加以等同替換或改變，都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，包括真空獲得及測量裝置(I)和真空室(10)，真空獲得及測量裝置(I)通過真空管道(2)與真空室(10)連通，在真空室(10)的側壁安裝有多個側壁陰極靶對，其特征在于:在真空室(10)的中心位置安裝一個柱狀陰極靶(4)和旋轉式支承機構(3)，柱狀陰極靶(4)具有大功率、大電流結構，柱狀陰極靶(4)通過連接大功率弧電源、以輸出大電流，柱狀陰極靶(4)的電源輸入端連接PLC控制系統的輸出端，通過PLC控制系統反復進行正負極輸入切換改變作用在柱狀陰極靶(4)靶面的電磁場方向，使處于靶面的弧斑沿著靶面作向上螺旋運動，從一端往另一端轉移，并形成弧斑在柱狀陰極靶(4)的靶面作反復螺旋轉移運動，形成工件表面快速循環沉積結構，使工件表面最終快速的獲得厚涂層;側壁陰極靶對和柱狀陰極靶4各連接一個弧電源，偏壓電源連接在旋轉式支承機構(3)上;側壁陰極靶對通過連接的弧電源形成陰陽配對電極，在側壁陰極靶對與弧電源的連接處設置控制開關，通過控制開關控制配對的側壁陰極靶通/斷電，形成輔助沉積及清洗結構;通過旋轉式支承機構(3)使工件在柱狀陰極靶(4)和側壁陰極靶對之間做公轉和自轉運動;構成工件表面快速沉積的增材制造系統。2.根據權利要求1所述的通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，其特征在于:柱狀陰極靶(4)的內部配置有多個線圈，各線圈之間絕緣并分別與弧電源連接，柱狀陰極靶(4)的靶桶內接通自來水、以冷卻靶體和線圈，各線圈的電源控制端與PLC的控制輸出端連接，通過PLC控制每個線圈的開/關，按順序從一端到另一端接通或關斷線圈的弧電源，直到到最后的一個線圈通完電后，再通過PLC控制所有線圈的電路輸入端進行正負極輸入切換，使原來的正極變為負極輸入，同時以最后一個線圈為初起點，依次逆向工作，通過依次接通一個并同時關閉一個線圈的通電方式，使通電線圈所產生的磁場的南北極方向做了一個調換，改變了電磁場的方向。3.根據權利要求1或2所述的通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，其特征在于:在真空管道(2)上設有節流閥(3-1)，在真空室(10)的側壁設有真空規管(5)和放氣閥(6)，柱形陰極靶(4)外接有柱形陰極靶冷卻水裝置(7)和柱形陰極靶弧電源輸入裝置(8);旋轉式支承機構(3)設置在真空室(10)的內腔底部，旋轉式支承機構(3)具有工件放置結構和自轉、公轉結構;真空室(10)為等邊八角形，具有八個矩形面，其中一個矩形面通過真空管道(2)連接真空獲得系統及其測量裝置(I)，另外七個矩形面開有矩形口、用于連接矩形法蘭，在其中四個面或六個面的矩形法蘭上各安裝有陰極靶(23)，所述陰極靶(23)外接有陰極靶弧電源輸入裝置(24)、冷卻水進出裝置(25)，在陰極靶(23)的周圍設有電磁場(22)，形成二對或三對側壁陰極靶對;與真空管道(2)相對的形法蘭上安裝有一個觀察窗(21)、用于觀察真空室(10)內的狀況。4.根據權利要求3所述的通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，其特征在于:在真空室(10)的其中四個面的矩形法蘭上各安裝有陰極靶(23)，所述陰極靶(23)外接有陰極靶弧電源輸入裝置(24)、冷卻水進出裝置(25)，在陰極靶(23)的周圍設有電磁場(22)，形成二對側壁陰極靶對;在與觀察窗(21)相鄰的兩個矩形面的內側各安裝有發熱管(20)、以在工件鍍膜前加熱;真空獲得系統及其測量裝置(1)、節流閥(3-1)、放氣閥(6)、柱形陰極靶(4)、柱形陰極靶弧電源輸入裝置(8)、柱形陰極靶冷卻水裝置(7)、旋轉式支承機構(3)、陰極靶(23)、陰極靶弧電源輸入裝置(24)、冷卻水進出裝置(25)和電磁場(22)控制輸入端各連接一個電控制柜(26)的控制信號輸出端，和計算機集成系統(27)構成了自動控制結構。5.根據權利要求1或2所述的通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，其特征在于:在真空獲得及測量裝置(I)與真空室(10)的連接處設有百葉窗(4);真空室(10)中設有真空室爐門(11)，在真空室(10)與真空室爐門(11)的連接處設有爐門密封條(14)，觀察窗(21)設置在真空室爐門(11)上。6.根據權利要求1或2所述的通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，其特征在于:旋轉式支承機構包括行星輪護罩(12)、行星輪機構(13)、傳動輸入機構(15)、傳動輸入減速機(17)和變頻電機(18 )，變頻電機(18)的動力輸出端通過傳動輸入減速機(17)連接傳動輸入機構(15)的動力輸入端，傳動輸入機構(15)的動力輸出端連接行星輪機構(13)的動力輸入端，星輪機構(13)上設有工作轉盤，構成旋轉式支承機構，行星輪護罩(12)罩住星輪機構(13);在傳動輸入機構(15)處設有偏壓電源輸入裝置(16)。7.根據權利要求1或2所述的通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，其特征在于:圓形靶發生裝置(23)設置在靶桶(19)內，即通過靶桶(19)將圓形靶發生裝置(23)封罩起來、形成封閉結構。8.根據權利要求1或2所述的通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，其特征在于:在傳動輸入機構(15)安裝有一個編碼器，以測定工件的轉速和產品定位。9.根據權利要求1或2所述的通過真空等離子體在工件表面快速沉積的增材制造系統，其特征在于:在電控柜(26)的輸入端連接計算機控制柜(27)，構成LPC控制結構。
【文檔編號】C23C14/56GK105970160SQ201610408276
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月9日
【發明人】董小虹, 王桂茂, 區名結
【申請人】廣東世創金屬科技股份有限公司