[發明專利]一種增材制造過程中并行控制零件變形和精度的方法

在審

• 申請號: 201811635163.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109746443A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 張海鷗;王桂蘭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B23P15/00;B33Y10/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王世芳;李智

本發明公開了一種增材制造過程中并行控制零件變形和精度的方法，屬于增材制造領域。在增材制造零件的過程中，同工位并行實施如下工序：增材成形工序、等材塑形或塑性成形工序，同時，還同工位并行實施如下工序的一種或者多種：等材矯形工序、減材加工工序和精整加工工序，從而實現一步到位式超短流程的高精度高性能增材制造。同工位并行實施是指待加工零件裝夾位置不變，同時在不同加工層或者相同加工層的相同道次或者不同道次中，實施不同的工序。本發明方法實現一步到位式超短流程的高精度高性能增材制造，并且其加工精度高，零件可直接應用。本發明方法具有較強的實際應用價值。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，更具體地，涉及一種增材制造過程中并行控制零件變形和精度的方法。

背景技術

高致密金屬零件或模具的無模熔積成形方法主要有大功率激光熔積成形、電子束自由成形、等離子弧與電弧熔積成形等方法。

大功率激光熔積成形采用大功率激光，逐層將送到基板上的金屬粉末熔化，并快速凝固熔積成形，最終得到近終成形件。該方法成形精度較高，工件的密度遠高于選擇性激光燒結件，但成形效率、能量和材料的利用率不高、不易達到滿密度、設備投資和運行成本高。

電子束自由成形方法采用大功率的電子束熔化粉末材料，根據計算機模型施加電磁場，控制電子束的運動，逐層掃描直至整個零件成形完成。該方法成形精度較高、成形質量較好，然而其工藝條件要求嚴格，整個成形過程需在真空中進行，致使成形尺寸受到限制，設備投資和運行成本很高，且因采用與選擇性燒結相同的層層鋪粉方式，難以用于梯度功能材料零件的成形。

等離子熔積成形方法是采用高度壓縮、集束性好的等離子束熔化同步供給的金屬粉末或絲材，在基板上逐層熔積形成金屬零件或模具，該方法比前兩種方法成形效率和材料利用率高，易于獲得高密度，設備和運行成本低。但是，因弧柱直徑較前兩者大，成形的尺寸和表面精度不及前兩者，故與大功率激光熔積成形方法相似，大都要在成形完后進行精整加工。

為此，出現了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，以實現短流程、低成本的直接精確制造。

上述三種方法中，大功率激光熔積成形法和等離子電弧成形法皆為無支撐、無模熔積成形勻質或復合梯度功能材料零件的方法。與鋪粉式的電子束成形、選擇性激光燒結/熔化成形，以及采用熔點低的紙、樹脂、塑料等的LOM(Laminated Object Manufacturing，紙疊層成形)、SLA(Stereolithography Apparatus，光固化成形)，FDM(Fused DepositionModeling，熔絲沉積制造)、SLS(Selective Laser Sintering，選擇性激光燒結)等有支撐的無模堆積成形的方法相比，避免了成形時因需要支撐而須添加和去除支撐材料導致的材料、工藝、設備上的諸多不利，減少了制造時間，降低了成本，并可成形梯度功能材料的零件。但是，同時也因無支撐而在有懸臂的復雜形狀零件的成形過程中，熔融材料在重力作用下，可能產生下落、流淌等現象，導致難以熔積成形。

等離子熔積和銑削復合制造方法雖通過分層的成形和銑削精整，降低了加工復雜程度，但對于側面帶大傾角尤其是橫向懸角部分的復雜形狀零件，堆積成形時因重力產生的流淌甚至塌落仍不能避免，以至難以橫向生長成形。

采用氣體或真空保護的、使用絲、帶狀材料的等離子弧/電弧、真空保護的電子束、熔渣保護的電渣焊與埋弧焊等熱源熔積成形方法，相比采用粉末狀材料的激光送粉成形方法，具有可成形更加復雜形狀、熔積效率更高、成本更低等優勢，但是，對于復雜精細、薄壁形狀的零件，由于其弧柱較粗，成形精度較差，在此類復雜精細和薄壁零件制造時的應用受到限制。