[發明專利]一種增減材復合制造裝備及方法

在審

• 申請號: 201811241338.0
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109202290A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 姚山;孫傳圣;劉宏偉;馬高華;童強;姚平坤;張雪
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23K26/34
• 分類號: B23K26/34;B33Y10/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種增減材復合制造裝備及方法，屬于先進制造技術領域。該裝備包含工業機器人、砂箱模塊、增材模塊、減材模塊和控制系統。所述工業機器人末端設有工具快換裝置，用于實現增材模塊和減材模塊的運動與切換；所述砂箱模塊用于控制加工面的升降、粉體材料的添加與鋪平；所述增材模塊用于產生和發射激光，并控制反射軌跡和聚焦；所述減材模塊利用加工主軸和刀具加工零件表面；所述控制系統用于實現I/O控制、運動控制、功率控制和軌跡控制。本發明實現了激光增材制造與數控加工技術的結合，解決了現有選擇性激光燒結技術的精度和表面光潔度不理想等問題。

技術領域

本發明屬于先進制造技術領域，涉及一種增減材復合制造裝備，還涉及一種利用該裝備進行增減材復合制造的方法。

背景技術

基于增材制造原理的選擇性激光燒結技術(SLS)原材料廣泛、加工速度快且成形精度高，是快速成形技術的重要支撐。但是由于粉末的尺度、激光聚焦光斑尺寸、以及離散化分層技術的影響，其幾何尺寸精度和表面光潔度都不太理想。傳統的數控加工技術具有高精度、高表面質量等特點，能夠彌補上述問題。因此，激光增材制造和數控加工技術的有效結合將具有廣闊的應用前景。

增減材復合制造技術以“離散-堆積-控制”原理為基礎。首先生成零件的CAD模型；然后將模型按照厚度分層切片，層面融合堆積參數和加工參數生成路徑代碼，系統按照軌跡堆積材料和加工控制；最終形成實體零件。該技術不受制于零件的復雜程度，具有高精度、高效率及材料利用率高等優點。

發明內容

針對現有SLS技術存在的幾何尺寸精度和表面光潔度不理想等問題，本發明提供一種增減材復合制造裝備及方法。通過增減材制造功能的有效結合，提高了零件精度、加工效率和材料利用率。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種增減材復合制造裝備，包括工業機器人1、砂箱模塊、增材模塊、減材模塊和控制系統2。

所述工業機器人1擁有六個關節，用于牽引所述激光掃描裝置7至砂箱模塊上方的增材位置，也用于牽引所述減材模塊按減材加工軌跡運動。工業機器人1末端設有工具快換裝置3，實現激光掃描裝置7和減材模塊的快速切換。

所述砂箱模塊包括升降裝置4和供粉裝置5。所述升降裝置4用于控制加工面的上升與下降。所述供粉裝置5用于在加工面上添加粉體材料并鋪平。在每次增材制造開始前，升降裝置4下降設定增材層厚，供粉裝置5完成粉體材料的添加和鋪平。

所述增材模塊包括激光器6和激光掃描裝置7。所述激光器6用于產生和發射所需激光，并用于調節激光功率。所述激光掃描裝置7用于控制激光的反射軌跡，并實現激光聚焦。激光掃描裝置7被工業機器人1牽引至砂箱模塊上方的增材位置后，激光器6開始產生和發射設定功率的激光，通過激光掃描裝置7控制激光的反射和聚焦，實現零件的增材制造。

所述減材模塊包括加工主軸8和刀具9。所述加工主軸8用于夾持所述刀具9，并為刀具9的旋轉運動提供動力。所述刀具9用于加工零件表面。在減材模塊被工業機器人1牽引運動的同時，加工主軸8旋轉，刀具9接觸零件表面，實現減材制造。

所述控制系統2包括機器人控制器、砂箱控制器和激光控制器。所述機器人控制器根據計算機生成的加工數據實現對工具快換裝置3、減材模塊的I/O控制，并實現對工業機器人1的運動控制。所述砂箱控制器根據所述加工數據實現對砂箱模塊的運動控制和I/O控制。所述激光控制器根據所述加工數據實現對增材模塊的I/O控制、功率控制和軌跡控制。

一種增減材復合制造方法，利用上述的增減材復合制造裝備進行，包括以下步驟：

步驟(a)：獲取零件的CAD模型，并導入計算機10中。根據零件CAD模型確定增材制造過程中的增材位置、增材層厚、鋪粉速度以及減材制造過程中的減材層厚、減材速度、主軸轉速等工藝參數，完成整個制造過程的數據處理。其中，減材層厚不小于一個增材層厚，根據零件CAD模型的具體結構、尺寸確定。