[發(fā)明專利]面向激光增材制造的柔性夾持裝置和動態(tài)夾持方法

有效

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• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112207289B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設計）人: 卞宏友;崔寶磊;劉偉軍;李強;張凱
• 申請（專利權）人: 沈陽工業(yè)大學
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F10/47;B22F10/28;B22F10/31;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發(fā)明涉及一種面向激光增材制造的柔性夾持裝置，以及一種面向激光增材制造的柔性夾持裝置的動態(tài)夾持方法。方法為：根據需要增材制造工件的結構和尺寸設置夾持裝置的位置和數量；開啟激光增材制造工件，將工件置于工作臺的基板上，調整夾持頭的高度；調整夾持頭夾緊力的大小；調整夾持頭的角度；隨著工件的增高，高度調整機構帶動氣動夾緊機構隨工件也增高，調整活塞桿的位移；調整氣動夾緊機構調整夾持頭的角度；直至制備完成，設備復位。本發(fā)明的結構和方法能夠解決中斷成形制造效率低、二次裝夾的誤差，以及避免接續(xù)增材制造的熔合不良等問題。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬激光增材制造領域，具體涉及一種面向同步送粉式激光增材制造的柔性夾持裝置和動態(tài)夾持方法。

背景技術

激光增材制造技術是一種基于離散/堆積成形思想的制造技術，利用激光對同軸輸送的金屬粉末材料按照規(guī)劃的掃描路徑實現逐層熔化堆積，直接沉積制造金屬功能零件的技術。無需任何模具，成形制造速度快，降低制造成本；由于高能激光束產生的快速熔化和凝固過程，激光沉積件組織致密、細小且均勻，可消除成分偏析的影響，提高力學性能和耐蝕性能。該技術廣泛應用于航空航天、海工等裝備領域中的大型復雜構件制造運維，提升飛機、發(fā)動機、船舶等裝備關鍵件快速制造運維技術的能力水平、縮短重大裝備研制運維周期提供技術支撐，促進航空航天、海工裝備、軌道交通等產業(yè)的綠色高質量發(fā)展。

根據激光增材層層疊加的制造原理，工件尺寸不斷地增大的同時，質量也在逐漸增大；尤其是倒梯形或者T字形工件，隨著沉積高度的逐漸增大，其重心在逐漸的升高；另外隨著熱量的不斷累積，沉積件的內應力也在逐漸變大。因此，對于質量逐漸變大的成形制件來說，過大的內應力會使工件發(fā)生變形，僅僅依靠沉積體與基材在初始結合處的連接來固定成形工件，不足以維持保證工件足夠的剛度和穩(wěn)定性，進而工件發(fā)生翹曲變形，甚至會與基板發(fā)生開裂脫離，嚴重影響了增材制造的精度和質量，甚至導致制件報廢。

當前通常采用中斷成形制造、二次裝夾固定工件來保證工件的剛度和穩(wěn)定性。此種方式中斷成形制造，嚴重影響制造效率，二次充排氣凈化氛圍，也增加制造成本；另外二次裝夾容易造成定位誤差，引起新的變形超差；接續(xù)增材制造容易產生熔合不良等缺陷。

因此，在激光增材制造過程大型復雜結構時，如何設計合理的柔性夾持裝置，并根據增材制造工件尺寸變化，對工件進行實時動態(tài)夾緊固定，是增材制造順利完成的保障和關鍵。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種面向同步送粉式激光增材制造的柔性夾持裝置和動態(tài)夾持方法，其目的在于解決中斷成形制造效率低、二次裝夾的誤差，以及避免接續(xù)增材制造的熔合不良等問題。

技術方案：

一種面向激光增材制造的柔性夾持裝置，該裝置的工作臺上設置有多個柔性夾持裝置，柔性夾持裝置由高度調整機構和氣動夾緊機構組成，高度調整機構一端固定在工作臺上，高度調整機構的另一端與氣動夾緊機構連接，工作臺上放置工件；

高度調整機構的連接板固定在工作臺上，連接板內設置有驅動裝置，驅動裝置與支撐板連接，支撐板上固定設置有氣動夾緊機構；

氣動夾緊機構的氣缸固定設置在支撐板上，氣缸的活塞桿上設置的柔性驅動組件連接有夾持頭；

多個柔性夾持裝置對稱設置在工件的四周。

柔性驅動組件包括蝸桿、蝸輪和第二伺服電機，蝸輪固定在夾持頭上，蝸輪與蝸桿相嚙合，蝸桿與第二伺服電機連接，第二伺服電機固定在活塞桿上。

支撐板與連接板上固定設置的軌道立桿滑動連接。

柔性夾持裝置還包括金屬防塵罩，金屬防塵罩固定設置在支撐板上，金屬防塵罩伸出活塞桿的開口處設置有激光測距傳感器，兩激光測距傳感器之間的距離大于夾持頭的長與工件接觸的面設置有多排凹槽。

一種面向激光增材制造的柔性夾持裝置的動態(tài)夾持方法：