[發明專利]一種基于粉末床熔融增材制造技術的增減材復合制造及尺寸在線檢測裝置

在審

• 申請號: 201811202401.X
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109317672A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 焦世坤;許旭鵬;侯敏;錢遠宏;劉瑩瑩;李明亮;宋國華;吳冬冬
• 申請（專利權）人: 北京星航機電裝備有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;G01B21/00;G01B21/30;B28B1/00
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 祁恒

本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種基于粉末床熔融增材制造技術的增減材復合制造及尺寸在線檢測裝置。該裝置包括控制中心、增材制造系統、碎屑及粉末收集系統、減材加工及接觸測量系統和輔助送粉系統，可以實現增減材復合制造過程，同時實現零件尺寸及精度的實時檢測反饋，解決了復雜結構件精密成形中的表面質量及尺寸檢測難題。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種基于粉末床熔融增材制造技術的增減材復合制造及尺寸在線檢測裝置。

背景技術

選區熔化成形技術，通過聚焦精細光源照射預先鋪展好的金屬粉末，逐層堆積成三維金屬零件。選區熔化成形具有能夠獲得快速凝固的非平衡組織，內部晶粒細小，綜合力學性能優異、可成形結構復雜的零部件等諸多優點。

目前由于粉末粒徑、快速加熱冷卻過程產生的變形等因素的影響，選區熔化成形尺寸精度在20-50μm，表面粗糙度在20-50μm，這種表面質量能夠滿足一般產品的要求。但是對內形結構復雜且表面要求質量高的零部件(如異曲面內流道)，成形精度和表面粗糙度達不到要求(成形精度要求3-10μm，表面粗糙度要求1-3μm、)，且這種內形復雜的構件在增材制造成形后又很難或無法通過后續的機加工工藝(如銑削、拋光等)改善，由此限制了選區熔化技術在精密構件成形上進一步應用。

增材制造與減材制造技術具有各自的優點，將增材與減材結合的增減材復合制造技術融合了兩者的綜合優點。而目前國內外關注的增減材復合制造技術主要集中在基于送粉的激光熔化沉積(Laser Melting Deposition)增材制造與數控加工的復合，且已經有相關的專利裝置和成功應用案例，該工藝能夠順利發展的主要原因之一是復合制造過程不存在粉末對減材加工刀具影響以及切削碎屑對下一層送粉成形的影響。但是基于粉末床熔融的選區熔化技術不同于基于送粉的熔化沉積增材制造技術，其需要在成形腔一層層鋪滿粉末，且成形件被粉末包圍，因此就需要考慮成形腔中的粉末對減材加工的影響以及減材加工產生的碎屑對下一層成形過程的影響。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提出一種基于粉末床熔融增材制造技術的增減材復合制造及尺寸在線檢測裝置，以解決如何實時測定增減材復合制造后的尺寸精度和表面粗糙度的技術問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提出一種基于粉末床熔融增材制造技術的增減材復合制造及尺寸在線檢測裝置；該裝置包括控制中心、增材制造系統、碎屑及粉末收集系統、減材加工及接觸測量系統和輔助送粉系統；

控制中心，用于控制各個系統的協調工作；

增材制造系統，用于通過增材制造方法打印零件；

碎屑及粉末收集系統，用于在減材加工前清理零件成形體附近粉末，以及在減材加工完成后收集成形體周圍產生的碎屑；

減材加工及接觸測量系統，用于對成形體進行減材加工，以及對成形體的尺寸精度和粗糙度進行測量；

輔助送粉系統，用于對成形體附近采用區域送粉，將減材加工及碎屑清理后在成形體附近形成的缺粉區域填平，達到同周圍區域相近，保證下一道鋪粉過程后，整層粉末高度一致，保證選區成形的正常進行。

進一步地，增材制造系統包括增材制造系統：包括供粉缸、刮刀、激光系統、收粉缸、過濾回收系統和成形缸；其中，供粉缸用于裝載成形需要的金屬粉末；成形缸用于零件的成形；收粉缸用于鋪粉過程多余粉末的收集；激光系統用于提供增材制造過程中的光源；刮刀用于將供粉缸中的金屬粉末平整鋪展在成形缸上用于零件成形；過濾回收系統，用于將收集的殘余金屬粉末和加工碎屑過濾回收。

進一步地，減材加工及接觸測量系統，根據測定的數據和真實零件尺寸輪廓數據進行對比分析，獲取零件的減材過程機加補償值，構成零件減材過程的機加補償量數據庫。