[實(shí)用新型]基于3D金屬打印的兩機(jī)聯(lián)動加工系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820313859.1
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN207952631U
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳英杰;王如琴;李國強(qiáng);單銘賢;鄧柏鉅;陳偉倫;顧溢泉;黃慶豐
• 申請（專利權(quán)）人: 歌華國際有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B23P23/00;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

本實(shí)用新型涉及3D金屬打印技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于3D金屬打印的兩機(jī)聯(lián)動加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：激光沉積裝置、轉(zhuǎn)盤裝置、數(shù)控銑床以及控制系統(tǒng)；所述激光沉積裝置，用于打印零件，其包括：六軸機(jī)械手、激光發(fā)射頭、噴粉器、粉倉以及保護(hù)氣體管道；所述轉(zhuǎn)盤裝置包括轉(zhuǎn)盤、托盤和升降機(jī)構(gòu)；所述數(shù)控銑床用于對零件進(jìn)行銑削加工；所述控制系統(tǒng)，用于對激光沉積裝置、轉(zhuǎn)盤裝置和數(shù)控銑床進(jìn)行控制，以協(xié)同工作生產(chǎn)出目標(biāo)零件。本實(shí)用新型結(jié)合了激光沉積技術(shù)及數(shù)控銑削技術(shù)，可以配合生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有良好光潔度且質(zhì)量優(yōu)良的零部件，有效地解決目前零件制造過程耗時長、設(shè)備利用率低的問題，從而提高零件質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及3D金屬打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種有關(guān)增材與減材制造同時進(jìn)行的新型加工方式，并涉及了一套完善的可實(shí)現(xiàn)該加工方式技術(shù)過程的成形系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著科技日趨發(fā)展，各個高增值產(chǎn)業(yè)對于零件的復(fù)雜度、強(qiáng)度、重量、性能和獨(dú)特性的要求不斷提高。而由于市場競爭激烈，客戶要求的開發(fā)周期亦日益縮短，在此情況下，工業(yè)界中各種有關(guān)金屬增材制造技術(shù)受到的重視程度日漸提高。金屬增材技術(shù)中，金屬3D打印過程已經(jīng)成為了主流的工業(yè)技術(shù)，其可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制化，完成小批量生產(chǎn)及針對免組裝設(shè)計及復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件生產(chǎn)，而目前最為常用的金屬增材制造技術(shù)為直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)(DMLS)及激光沉積技術(shù)(LDM)。

直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)是一種利用高功率激光，基于計算機(jī)3D模型數(shù)據(jù)，逐層掃瞄預(yù)先鋪設(shè)粉床上的金屬粉末，令目標(biāo)零件逐層燒結(jié)成形的技術(shù)。DMLS技術(shù)首先會使用零件切片軟件將目標(biāo)零件分割成一層層的結(jié)構(gòu)，之后控制系統(tǒng)控制激光設(shè)備在鋪設(shè)好金屬粉材按照指令燒結(jié)，形成單層的剖面結(jié)構(gòu)。之后粉倉會往下移動一個單位厚度，新空間會被粉末原料再次填補(bǔ)。填補(bǔ)后，激光再次接收數(shù)據(jù)并再進(jìn)行掃描，此后粉倉與激光反復(fù)進(jìn)行上述操作，逐層燒結(jié)而形成完整的目標(biāo)零件，之后去除多余粉材即可。由于直接金屬燒結(jié)技術(shù)是根據(jù)3D模型分層建造的，因此該技術(shù)可以加工具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件，同時此技術(shù)的成形精度較高。

但是由于直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)基于的成形原理以及采用的設(shè)備、技術(shù)方式，此技術(shù)有以下的限制：

1.零件的制造過程是采用過一個填滿粉材的托盤進(jìn)行單層地局部燒結(jié)，然后再鋪設(shè)一層新的粉材繼續(xù)燒結(jié)，因此，倘若燒結(jié)突出的部分，底部必須要有支撐結(jié)構(gòu)承托，此環(huán)節(jié)加大了材料消耗，且延長了加工時間。

2.每一層的燒結(jié)結(jié)構(gòu)需要連續(xù)，或者有下部的支撐結(jié)構(gòu)保證目標(biāo)零件的位置不在加工過程中發(fā)生偏移，此問題提高了成形的復(fù)雜度。

3.CNC設(shè)備通常只能控制激光頭進(jìn)行三軸移動，激光能有效射出的角度受到限制，因此減少了成形范圍。同時為防止刮板在每一次鋪設(shè)粉料時的運(yùn)動破壞已成形的結(jié)構(gòu)，燒結(jié)的突出部分懸垂角度要求一般低于50°。

4.目標(biāo)零件會受到粉床的空間限制。傳統(tǒng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可利用工作空間普遍偏小，因此只能制造體積較小的零件。

5.若涉及一些特別的附屬結(jié)構(gòu)制作，比如具有較大倒角的結(jié)構(gòu)，由于此類結(jié)構(gòu)不可以直接成形，則需要用其他方式加工完成后，再與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合，增加了很多技術(shù)要求和限制。

6.只可以采用單一材料，若采用復(fù)合材料，會造成粉倉內(nèi)部材料混合，不僅零件結(jié)構(gòu)內(nèi)的材料會發(fā)生摻雜，還會造成粉倉材料的污染。

激光金屬沉積技術(shù)，此技術(shù)作為目前最具市場前景的激光增材技術(shù)，利用機(jī)械手直接夾持激光沉積裝置。在加工成形時，金屬粉末經(jīng)噴粉器直接噴射到需成形的位置，同時激光照射熔化材料，使材料在指定位置快速沉積以塑造形狀。激光沉積技術(shù)的優(yōu)勢是激光可以靈活運(yùn)動，而快速、靈活的移動能力容許其制造更復(fù)雜的零件，同時可省略很多復(fù)雜的支撐結(jié)構(gòu)。

但激光金屬沉積技術(shù)也有制造精度不高等缺點(diǎn)，導(dǎo)致此技術(shù)有以下的限制：