[發明專利]一種提高電弧增材表面精度的增材系統及方法

在審

• 申請號: 202011119503.2
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112355435A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 彭勇;李凡;王克鴻;程遠;周琦;李瑞峰;劉江華;郭振;王小滿;張考
• 申請（專利權）人: 南京聯空智能增材研究院有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/32;B23K26/354;B23K26/03;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y10/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發明屬于增材制造領域，具體涉及一種提高電弧增材表面精度的增材系統及方法。具體包括以下步驟：利用solidworks軟件進行模型建立，由計算機軟件生成增材制造路徑；固定和清理基板，打開增材制造機器人系統的開關；使用增材制造機器人系統在基板上進行增材制造，在工作臺上添加側面約束裝置，使熔池在側面約束裝置的約束下成形；且每一層增材制造機器人增材完成后，由激光加工機器人進行重熔加工，提高增材制造表面精度。本發明采用增材制造機器人與激光加工機器人協同工作的增材制造方式，激光加工機器人重熔改善增材樣件表面的搭接痕跡的方法，可以有效提高電弧增材表面的精度，提高增材制造效率。

技術領域

本發明屬于增材制造領域，具體涉及一種提高電弧增材表面精度的增材系統及方法。

背景技術

增材制造技術是根據CAD/CAM設計，采用逐層累積的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的減材制造(切削加工)技術，是一種材料累積的制造方法，金屬材料的增材制造過程一般使用的熱源有高能束流和電弧。

在電弧增材制造過程中，由于電弧熔池體積較大，加上電弧吹力、電源特性等多種因素的存在，使熔池成為一個不穩定的系統。會導致增材制造表面形狀不均勻，增材焊縫道與道之間由于不能充分熔合，也會出現明顯的搭接痕跡，致使增材樣件的表面精度較差。且隨著增材制造過程的進行，樣件的高度不斷增加，散熱條件變差，熔池的流動性、鋪展能力增強，更容易出現金屬流淌現象。在此背景下，需要發明一種提高增材表面精度的方法，來保證增材制造樣件表面的精度。

專利號為CN105312570A發明了一種用于零件和模具的增量制造方法，專利號為CN102896173A發明了一種用于增材制造的變胞成形裝置，在熔化沉積成形的同時利用旋轉壓頭對即將凝固區域的金屬進行旋轉壓縮加工，以提高成形的精度，但是旋轉壓頭需要采用加壓機構，所需要的結構較為復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高電弧增材表面精度的增材系統及方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種提高電弧增材表面精度的增材系統，包括增材制造機器人，激光加工機器人和控制系統；

所述增材制造機器人用于增材制造；

所述激光加工機器人包括掃描機構，通過掃描機構對某層增材表面三維輪廓形貌進行掃描，將提取的信息導入到控制系統中，分析該層的表面精度，生成對應的激光加工機器人的移動路徑，激光加工機器人根據生成的移的路徑對增材過的焊縫進行重熔加工。

進一步的，所述掃描機構為CCD相機，所述CCD相機固定在激光加工機器人的手臂上。

進一步的，還包括側面約束成形裝置，增材制造過程中，側面約束裝置始終與增材制造熔池的側面保持充分接觸，使熔池在裝置的約束下凝固成形。

進一步的，所述側面約束成形裝置包括夾具和成形模具，使用夾具將側面約束成形模具固定在工作臺上。

一種利用上述的系統進行增材的方法，增材制造機器人在完成一層增材制造成形后，掃描機構對增材過的一層焊縫的外觀三維輪廓形貌進行掃描，將提取的信息導入到計算機中，分析該層的表面精度，生成對應的激光加工機器人的移動路徑；激光加工機器人根據生成的移動路徑對增材過的焊縫進行重熔加工；重復上述步驟，直至增材制造樣件的完成。

所述方法具體包括如下步驟：

步驟(1)：根據待增材樣件的外觀幾何尺寸，使用SolidWorks軟件進行三維模型的建立，導入到計算機軟件中并生成增材制造路徑；

步驟(2)：打開增材制造機器人系統設備的開關，打開激光加工機器人系統設備的開關，打開保護氣，清理基板并將基板固定在工作臺上；