[發明專利]一種金屬熔滴打印3D零件表面質量控制裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201510538530.6
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN105081325B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 晁艷普;白政民;李耀輝;丁瑞華;盧帥
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 宋平

本發明公開了一種金屬熔滴打印3D零件表面質量控制裝置及其控制方法，包括：計算機控制系統、功率可調激光器、偏振鏡、偏振電機、沉積平臺、伺服電機、覆平輥子、輥子電機、CCD攝像頭，其特點還包括激光功率調整器、覆平輥子高度調整器、基板溫度控制裝置和流邊刮刀等。本發明采用激光器作為能量源，通過偏振鏡實現激光光束對成形層面的快速表面熔覆，并通過覆平輥子高度調整器控制輥子覆平深度和壓力，在表層金屬熔滴或熔液完全沒有凝固的狀態下，通過控制運動平臺和覆平輥子的速度，對快速熔覆的金屬表面進行定向刮壓，使其發生二次鋪展和填充，進而將原有凸凹不平的成形層面輥平，完成層面表面質量的控制，并通過CCD圖像檢測系統,實現輥平效果的實時檢測與反饋。

技術領域

本發明涉及金屬3D打印增材制造技術領域，特別涉及一種金屬熔滴打印3D零件表面質量控制裝置及其控制方法。

背景技術

金屬熔滴噴射打印沉積成形技術是融合了分層制造技術和熔滴按需噴射技術，以“零件模型離散—材料逐層堆積”為成形思想的一種直接制造金屬零件的方法。該成形技術無需特殊的模具及昂貴設備，可直接成形復雜三維金屬結構，具有成本低、成形效率高、材料來源范圍廣、柔性化、能耗低和無污染等優點，在微型飛行器、微型機電系統、微型武器系統裝備等領域具有較好的應用前景。然而，金屬熔滴打印沉積成形零件的過程是一個熔滴材料逐點、逐層動態堆積，相鄰沉積搭接熔滴在結合界面處，依靠后沉積熔滴攜帶的熱量使先前已沉積熔滴的表面發生局部重熔，實現彼此間的結合，進而成形出整個三維零件。由于制造過程中，伴有熔滴的碰撞、鋪展、凝固、局部重熔和不等時性相變等復雜過程，使得成形出的零件表面呈現出規律性的“魚鱗形貌”、凸凹不平，表面粗糙度較大，很難滿足零件的使用技術要求。目前，基于分層增材制造技術直接成形的金屬零件，常采用以下幾種方法來提高成形零件的表面精度：（1）在分層制造過程中采用堆積和與銑削復合加工的方法來保證，如：專利“ZL00131288.X，直接快速制造模具與零件的方法及其裝置”和文獻“張海鷗，熊新紅，王桂蘭，等離子熔積/ 銑削復合直接制造高溫合金雙螺旋整體葉輪，中國機械工程，2007，Vol18，No.14 ：P1723－1725”，提出一種等離子熔積成形與銑削加工復合無模快速制造方法，即以等離子束為成形熱源，在分層或分段熔積金屬粉末堆積成形過程中，依次交叉進行熔積成形與數控銑削精加工，以實現成形表面精度的控制；（2）在分層制造過程中采用堆積和局部軋制復合加工的方法來保證，如：專利“ZL201010147632.2，零件與模具的熔積成形復合制造方法及其輔助裝置”提出一種零件與模具的熔積成形復合制造方法，在進行熔積成形步驟的同時，微型軋輥或微型擠壓裝置隨著熔積區域同步移動，對熔積區域作壓縮成形與加工，逐層同步進行熔積成形與加工，直至達到零件尺寸和表面精度的要求；（3）在零件分層制造完成后，采用對零件表面進行二次切削、流體拋光處理的方法，來提高零件的表面精度，以滿足使用要求。但上述方法（1）在每層堆積完成后需要中斷熔積過程，且上一層的銑削會對后一層的熔積產生影響，加大了層間缺陷出現的機率；方法（2）需要在分層制造過程中同時控制兩套裝置，規劃兩種路徑，制造過程較復雜，控制難度增大，且該方法主要只適用于回轉體薄壁件的成形；方法（3）只能對簡單零件表面進行后續加工處理，且后處理工藝復雜，二次加工后會造成零件表面的應力釋放，引起零件變形。總之，上述方法主要適用于以大功率能量源燒結金屬粉末成形的工藝過程，而對于金屬熔滴打印沉積成形零件的過程不太適應。鑒于以上公開專利和文獻存在的問題，本發明提出一種打印成形零件表面質量控制處理方法及裝置。

發明內容

為了解決現有金屬熔滴沉積零件表面呈規律性“魚鱗形貌”、凸凹不平，表面粗糙度較大，很難滿足零件使用技術要求等存在的問題，本發明提出一種利用激光快速表面熔覆和覆平輥子定向刮壓復合處理來實現零件成形表面控制的方法，并且提供利用該方法實現成形表面控制的裝置。