本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種航空器損傷金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)方法，用于解決現(xiàn)有航空器損傷修復(fù)方法實用性差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是金屬熔體在其內(nèi)部壓力作用下，通過噴嘴噴射出單顆均勻的微米級金屬熔滴，并基于離散堆積原理，控制均勻金屬微熔滴按照指定軌跡的逐點、逐層定向堆積，進而完成受損金屬零件的快速修復(fù)成型。該修復(fù)方法無需大型能源設(shè)備，無需專用原材料，可實現(xiàn)包括活潑金屬在內(nèi)的多材質(zhì)受損件原位修復(fù)，且修復(fù)設(shè)備便攜，工序簡單，成本低廉，可完成航空器損傷的原位柔性快速修復(fù)，實用性強。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種航空器損傷修復(fù)方法，特別涉及一種航空器損傷金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)方法。
技術(shù)介紹
航空器是指通過機身與空氣的相對運動(不是由空氣對地面產(chǎn)生的反作用)而獲得空氣動力升空飛行的任何機器，主要包括飛艇、飛機、滑翔機、旋翼機、直升機、撲翼機、傾轉(zhuǎn)旋翼機等。航空器的應(yīng)用非常廣泛，在軍事上，可用于武器、反潛、運輸兵員；在民用上，可用于貨運、客運、農(nóng)業(yè)、氣象、空中探測等。而航空器在長期服役過程中，其結(jié)構(gòu)件通常會發(fā)生腐蝕、磨損等不同形式的損傷,尤其是在沿海地區(qū)和海島地區(qū)高鹽、高濕環(huán)境下，航空器極易出現(xiàn)鹽蝕、疲勞裂紋、摩擦磨損等常規(guī)損傷以及撞傷、破孔等非常規(guī)損傷，當(dāng)此類情況發(fā)生時，在短時間內(nèi)把航空器恢復(fù)到可執(zhí)行任務(wù)的最佳狀態(tài)，可以確保任務(wù)執(zhí)行的安全性和可靠性，因此對航空器結(jié)構(gòu)件快速修復(fù)技術(shù)的基本要求是快速高效并適合在外場條件下使用。基于增材制造的再制造技術(shù)，如激光熔覆，可通過按需定域添加修復(fù)材料實現(xiàn)損傷處的直接修復(fù)，相比常規(guī)的受損區(qū)域整體切割再以膠接、鉚接等工藝輔助的“減強度”處理方式，具有修復(fù)強度高、柔性高等優(yōu)勢，是一種理想的零部件損傷快速修復(fù)方法。文獻“Blownpowderdepositionof4047aluminumon2024aluminumsubstrates.ManufacturingLetters7(2016):11-14.”公開了一種基于激光增材制造技術(shù)的2024鋁合金受損件修復(fù)方法，該方法使用對激光吸收率較高的特制4047鋁合金粉末作為修復(fù)原材料，首先通過專用送粉機構(gòu)將4047鋁合金粉末輸送至待修復(fù)區(qū)域的2024鋁合金基體表面并鋪覆均勻，再通過激光燒結(jié)可以在基體表面形成一個熔池，然后不斷重復(fù)鋪粉與激光燒結(jié)的步驟，可以實現(xiàn)修復(fù)材料與基體材料間的重熔冶金結(jié)合。然而，目前基于激光增材制造技術(shù)的修復(fù)方法均需要高功率激光器和大型高能源設(shè)備的支持，占用空間較大，對外場應(yīng)用環(huán)境的要求較為苛刻；另一方面，該方法需要以特制的金屬粉末作為修復(fù)原材料，故對補給的依靠較大，尤其是針對航空器中常用的鋁合金材料，其對激光反射率較高，且化學(xué)性質(zhì)活潑，在使用激光增材制造對其進行修復(fù)時較困難，所以基于激光增材制造技術(shù)的修復(fù)方法在航空器外場快速修復(fù)的應(yīng)用中具有諸多局限性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有航空器損傷修復(fù)方法實用性差的不足，本專利技術(shù)提供一種航空器損傷金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)方法。該方法具體步驟是金屬熔體在其內(nèi)部壓力作用下，通過噴嘴噴射出單顆均勻的微米級金屬熔滴，并基于離散堆積原理，控制均勻金屬微熔滴按照指定軌跡的逐點、逐層定向堆積，進而完成受損金屬零件的快速修復(fù)成型。該修復(fù)方法無需大型能源設(shè)備，無需專用原材料，可實現(xiàn)包括活潑金屬在內(nèi)的多材質(zhì)受損件原位修復(fù)，且修復(fù)設(shè)備便攜，工序簡單，成本低廉，可完成航空器損傷的原位柔性快速修復(fù)，實用性強。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種航空器損傷金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)方法，其特點是包括以下步驟：步驟一、采用噴砂工藝或酸堿腐蝕方法對航空器的待修復(fù)區(qū)域20進行預(yù)處理，去除表面的氧化層和雜質(zhì)。步驟二、通過真空吸盤2將金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)裝置吸附固定在航空器受損件1表面，調(diào)節(jié)快速鎖緊伸縮桿13、真空吸盤快速鎖緊萬向節(jié)3和伸縮桿快速鎖緊萬向節(jié)14，使得二維激光輪廓掃描儀19位于待修復(fù)區(qū)域20的正上方。步驟三、二維激光輪廓掃描儀19配合X軸10或Y軸11的一維直線運動，獲得待修復(fù)區(qū)域20的三維輪廓數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，獲得金屬微熔滴的沉積路徑控制程序與液滴沉積位置的定位信息。步驟四、通過導(dǎo)軌15、伺服電機16、絲杠17和滑塊18的匹配工作使得金屬熔滴發(fā)生器8移動至航空器受損件1待修復(fù)區(qū)域20的正上方，完成工位的切換。步驟五、通過X軸10與Y軸11的匹配運動，根據(jù)步驟三中獲得的液滴沉積位置定位信息，將噴嘴6對焦至初始液滴的沉積位置，通過Z軸12運動使得噴嘴6距離待修復(fù)區(qū)域20表面10-15mm。步驟六、通過柔性密封罩7將金屬熔滴發(fā)生器8與待修復(fù)區(qū)域20進行連通式包裹，再通過密封膠帶4對包裹的空間進行密封處理。步驟七、根據(jù)航空器受損件1的基體材質(zhì)，選擇金屬或者合金材料作為修復(fù)的原材料放入金屬熔滴發(fā)生器8中，并對金屬熔滴發(fā)生器8進行密封處理。步驟八、通過氣閥5對步驟六中完成的密封空間進行抽氣處理，將其內(nèi)部氣體完全抽空，再充滿99.999％的高純氬氣，保證其內(nèi)部工作環(huán)境的氧氣含量和水汽含量均低于10PPM，即在噴嘴6與待修復(fù)區(qū)域20間形成一個局部密閉的低氧、低水工作環(huán)境，防止在修復(fù)過程中發(fā)生氧化現(xiàn)象，破壞修復(fù)精度。步驟九、開啟金屬熔滴發(fā)生器8的內(nèi)部加熱裝置，控制工藝參數(shù)，通過金屬熔滴發(fā)生器8按需噴射出金屬熔滴21，再按照步驟三中獲得的金屬微熔滴沉積路徑控制程序，配合X軸10、Y軸11和Z軸12的協(xié)調(diào)匹配三維運動，進行逐點、逐層修復(fù)成型，直至修復(fù)結(jié)束。所述二維激光輪廓掃描儀19在掃描的過程中激光掃描直線長度一直大于該掃描方向上的待修復(fù)區(qū)域20的截面長度。所述柔性密封罩7根據(jù)待修復(fù)區(qū)域20的實際尺寸做相應(yīng)選取調(diào)整，且如果損傷已貫穿航空器受損件1，則需要同時對航空器受損件1的另一側(cè)做同樣的密封處理。所述金屬熔滴發(fā)生器8內(nèi)部加熱溫度需要根據(jù)實際修復(fù)材料確定，一方面需要保證將原材料進行完全熔化，另一方面仍需保證熔滴沉積過程中實現(xiàn)與基體材料間的微域重熔冶金結(jié)合。此外，金屬熔滴發(fā)生器噴8射出的熔滴尺寸需根據(jù)實際修復(fù)需要，進行噴嘴尺寸選擇與工藝參數(shù)匹配調(diào)控。本專利技術(shù)的有益效果是：該方法具體步驟是金屬熔體在其內(nèi)部壓力作用下，通過噴嘴噴射出單顆均勻的微米級金屬熔滴，并基于離散堆積原理，控制均勻金屬微熔滴按照指定軌跡的逐點、逐層定向堆積，進而完成受損金屬零件的快速修復(fù)成型。該修復(fù)方法無需大型能源設(shè)備，無需專用原材料，可實現(xiàn)包括活潑金屬在內(nèi)的多材質(zhì)受損件原位修復(fù)，且修復(fù)設(shè)備便攜，工序簡單，成本低廉，可完成航空器損傷的原位柔性快速修復(fù)，實用性強。下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本專利技術(shù)作詳細說明。附圖說明圖1是本專利技術(shù)航空器損傷金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)方法用裝置示意圖。圖2是本專利技術(shù)航空器損傷金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)方法快速修復(fù)過程示意圖。圖中，1-航空器受損件；2-真空吸盤；3-真空吸盤快速鎖緊萬向節(jié)；4-密封膠帶；5-氣閥；6-噴嘴；7-柔性密封罩；8-金屬熔滴發(fā)生器；9-轉(zhuǎn)接支架；10-X軸；11-Y軸；12-Z軸；13-快速鎖緊伸縮桿；14-伸縮桿快速鎖緊萬向節(jié)；15-導(dǎo)軌；16-伺服電機；17-絲杠；18-滑塊；19-二維激光輪廓掃描儀；20-待修復(fù)區(qū)域；21-金屬熔滴。具體實施方式以下實施例參照圖1-2。實施例1：大型運輸機7075鋁合金結(jié)構(gòu)件表面腐蝕坑類損傷修復(fù)。本實施例在應(yīng)用時，首先使用噴砂工藝(或酸堿腐蝕方法)對大型運輸機航空器受損件1上的待修復(fù)區(qū)域20腐蝕坑進行預(yù)處理，去除其表面的氧化層與雜質(zhì)，通過真空吸盤2將金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)裝置吸附固定在航空器受損件1表面，通過調(diào)節(jié)快速鎖緊伸縮桿13和相應(yīng)的真空吸盤快速鎖緊萬向節(jié)3和伸縮桿快速鎖緊萬向節(jié)14，使得二維激光輪廓掃描儀19位于待修復(fù)區(qū)域20的正上方，然后采用二維激光輪廓掃描儀19配本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種航空器損傷金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一、采用噴砂工藝或酸堿腐蝕方法對航空器的待修復(fù)區(qū)域(20)進行預(yù)處理，去除表面的氧化層和雜質(zhì)；步驟二、通過真空吸盤(2)將金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)裝置吸附固定在航空器受損件(1)表面，調(diào)節(jié)快速鎖緊伸縮桿(13)、真空吸盤快速鎖緊萬向節(jié)(3)和伸縮桿快速鎖緊萬向節(jié)(14)，使得二維激光輪廓掃描儀(19)位于待修復(fù)區(qū)域(20)的正上方；步驟三、二維激光輪廓掃描儀(19)配合X軸(10)或Y軸(11)的一維直線運動，獲得待修復(fù)區(qū)域(20)的三維輪廓數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，獲得金屬微熔滴的沉積路徑控制程序與液滴沉積位置的定位信息；步驟四、通過導(dǎo)軌(15)、伺服電機(16)、絲杠(17)和滑塊(18)的匹配工作使得金屬熔滴發(fā)生器(8)移動至航空器受損件(1)待修復(fù)區(qū)域(20)的正上方，完成工位的切換；步驟五、通過X軸(10)與Y軸(11)的匹配運動，根據(jù)步驟三中獲得的液滴沉積位置定位信息，將噴嘴(6)對焦至初始液滴的沉積位置，通過Z軸(12)運動使得噴嘴(6)距離待修復(fù)區(qū)域(20)表面10?15mm；步驟六、通過柔性密封罩(7)將金屬熔滴發(fā)生器(8)與待修復(fù)區(qū)域(20)進行連通式包裹，再通過密封膠帶(4)對包裹的空間進行密封處理；步驟七、根據(jù)航空器受損件(1)的基體材質(zhì)，選擇金屬或者合金材料作為修復(fù)的原材料放入金屬熔滴發(fā)生器(8)中，并對金屬熔滴發(fā)生器(8)進行密封處理；步驟八、通過氣閥(5)對步驟六中完成的密封空間進行抽氣處理，將其內(nèi)部氣體完全抽空，再充滿99.999％的高純氬氣，保證其內(nèi)部工作環(huán)境的氧氣含量和水汽含量均低于10PPM，即在噴嘴(6)與待修復(fù)區(qū)域(20)間形成一個局部密閉的低氧、低水工作環(huán)境，防止在修復(fù)過程中發(fā)生氧化現(xiàn)象，破壞修復(fù)精度；步驟九、開啟金屬熔滴發(fā)生器(8)的內(nèi)部加熱裝置，控制工藝參數(shù)，通過金屬熔滴發(fā)生器(8)按需噴射出金屬熔滴(21)，再按照步驟三中獲得的金屬微熔滴沉積路徑控制程序，配合X軸(10)、Y軸(11)和Z軸(12)的協(xié)調(diào)匹配三維運動，進行逐點、逐層修復(fù)成型，直至修復(fù)結(jié)束。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種航空器損傷金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一、采用噴砂工藝或酸堿腐蝕方法對航空器的待修復(fù)區(qū)域(20)進行預(yù)處理，去除表面的氧化層和雜質(zhì)；步驟二、通過真空吸盤(2)將金屬微滴噴射3D打印原位快速修復(fù)裝置吸附固定在航空器受損件(1)表面，調(diào)節(jié)快速鎖緊伸縮桿(13)、真空吸盤快速鎖緊萬向節(jié)(3)和伸縮桿快速鎖緊萬向節(jié)(14)，使得二維激光輪廓掃描儀(19)位于待修復(fù)區(qū)域(20)的正上方；步驟三、二維激光輪廓掃描儀(19)配合X軸(10)或Y軸(11)的一維直線運動，獲得待修復(fù)區(qū)域(20)的三維輪廓數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，獲得金屬微熔滴的沉積路徑控制程序與液滴沉積位置的定位信息；步驟四、通過導(dǎo)軌(15)、伺服電機(16)、絲杠(17)和滑塊(18)的匹配工作使得金屬熔滴發(fā)生器(8)移動至航空器受損件(1)待修復(fù)區(qū)域(20)的正上方，完成工位的切換；步驟五、通過X軸(10)與Y軸(11)的匹配運動，根據(jù)步驟三中獲得的液滴沉積位置定位信息，將噴嘴(6)對焦至初始液滴的沉積位置，通過Z軸(12)運動使得噴嘴(6)距離待修復(fù)區(qū)域(20)表面10-15mm；步驟六、通過柔性密封罩(7)將金屬熔滴發(fā)生器(8)與待修復(fù)區(qū)域(20)進行連通式包裹，再通過密封膠帶(4)對包裹的空間進行密封處理；步驟七、根據(jù)航空器受損件(1)的基體材質(zhì)，選擇金屬或者合金材料作為修復(fù)的原材料放入金屬熔滴發(fā)生器(8)中，并對金屬熔滴發(fā)生器(8)進行密封處理；步驟八、通過氣閥(5)對步驟六中完...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：齊樂華，伊浩，羅俊，張代聰，李晨晨，劉浩伯，楊方，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61
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