[發(fā)明專(zhuān)利]一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法及增材制造系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710392741.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107138728A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永康;楊豐槐;張崢;楊智帆;于秋云
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22F3/105
• 分類(lèi)號(hào): B22F3/105;B22F3/24;C21D10/00;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 羅滿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法，還涉及一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)。

背景技術(shù)

制造可分為三種類(lèi)型，鑄鍛焊為主的等材制造，以車(chē)銑刨磨為主的減材制造，3D打印為主的增材制造。而3D打印的原理是將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的三維模型分解成若干層平面切片，然后由3D打印機(jī)把打印材料按切片圖層逐層疊加，最終堆積成完整的物體。3D打印工藝有光固化打印(SLA)、激光燒結(jié)打印(SLS)、熔融沉積打印(FDM)等，其中激光燒結(jié)打印采用高功率的激光，把粉末燒結(jié)在一起形成零件。

在現(xiàn)代工程領(lǐng)域中，存在著非常多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，如大型泵體、汽輪機(jī)組殼體、船用曲軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和葉片、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與缸蓋等。如今大部分復(fù)雜的零部件都采用鑄造或者裝配、焊接的方法生產(chǎn)。隨著3D打印的不斷發(fā)展和成熟，這項(xiàng)技術(shù)成為復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件生產(chǎn)的一項(xiàng)重要新技術(shù)。能加工出傳統(tǒng)加工工藝難以制造出來(lái)的結(jié)構(gòu)件，特別是用于航空航天的零部件。由于航空航天領(lǐng)域?qū)α悴考谋戎匾蟾撸虼耍瑥?fù)雜零件的減重輕量化也是3D打印需要解決的一個(gè)重大課題。

然而，3D打印產(chǎn)品由于采用疊加制造工藝，存在致密性差，殘余應(yīng)力多大，抗疲勞性能不足，容易變形，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D打印，對(duì)零件的后處理困難，而且還會(huì)產(chǎn)生氣孔等缺陷，綜合機(jī)械性能達(dá)不到要求等缺點(diǎn)。

綜上所述，如何有效地解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件加工困難和生產(chǎn)周期長(zhǎng)、3D打印產(chǎn)品致密性差、殘余應(yīng)力大、綜合機(jī)械性能達(dá)不到要求等問(wèn)題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)，該增材制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效地解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件加工困難和生產(chǎn)周期長(zhǎng)、3D打印產(chǎn)品致密性差、殘余應(yīng)力大、綜合機(jī)械性能達(dá)不到要求的問(wèn)題，本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造方法。

為了達(dá)到上述第一個(gè)目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)，包括工作臺(tái)、3D打印裝置、激光鍛打裝置和總控制裝置；

所述3D打印裝置包括送粉噴頭、用于帶動(dòng)所述送粉噴頭相對(duì)所述工作臺(tái)移動(dòng)的3D打印機(jī)械臂、與所述送粉噴頭連接的連續(xù)激光發(fā)生器；

所述激光鍛打裝置包括噴丸噴嘴、用于帶動(dòng)所述噴丸噴嘴相對(duì)所述工作臺(tái)移動(dòng)的激光噴丸機(jī)械臂、與所述噴丸噴嘴連接的脈沖激光發(fā)生器；

所述總控制裝置分別與所述3D打印裝置及所述激光鍛打裝置電連接以控制所述3D打印機(jī)械臂及所述激光噴丸機(jī)械臂的移動(dòng)。

優(yōu)選地，上述增材制造系統(tǒng)中，所述3D打印裝置包括3D打印控制器，所述激光鍛打裝置包括激光鍛打控制器，所述3D打印控制器和所述激光鍛打控制器分別與所述總控制裝置電連接。

優(yōu)選地，上述增材制造系統(tǒng)中，所述3D打印裝置還包括儲(chǔ)料罐，所述儲(chǔ)料罐通過(guò)管路與所述送粉噴頭連通，與所述管路連通的設(shè)置有用于提供惰性氣體的氣壓泵，且所述管路內(nèi)設(shè)置有用于控制送粉量的粉量控制器，所述粉量控制器及所述氣壓泵均與氣粉控制裝置電連接，所述氣粉控制裝置與所述總控制裝置電連接。

優(yōu)選地，上述增材制造系統(tǒng)中，所述3D打印機(jī)械臂與所述激光噴丸機(jī)械臂均為多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械臂。

優(yōu)選地，上述增材制造系統(tǒng)中，還包括用于監(jiān)測(cè)所述3D打印裝置打印過(guò)程的三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀和與所述三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀電性連接的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)用于根據(jù)所述三維光學(xué)掃描檢測(cè)儀反饋的數(shù)據(jù)獲取打印層的應(yīng)力分布，且所述數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)與所述總控制裝置電連接。

本發(fā)明提供的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的增材制造系統(tǒng)，包括工作臺(tái)、3D打印裝置、激光鍛打裝置和總控制裝置。3D打印裝置包括送粉噴頭、用于帶動(dòng)送粉噴頭相對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)的3D打印機(jī)械臂、與送粉噴頭連接的連續(xù)激光發(fā)生器；激光鍛打裝置包括噴丸噴嘴、用于帶動(dòng)噴丸噴嘴相對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)的激光噴丸機(jī)械臂、與噴丸噴嘴連接的脈沖激光發(fā)生器；總控制裝置分別與3D打印裝置及激光鍛打裝置電連接以控制3D打印機(jī)械臂及激光噴丸機(jī)械臂的移動(dòng)。