[發明專利]一種增減材制造裝備的基板-成型件預熱裝置及方法

在審

• 申請號: 202011349969.1
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112548581A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 方學偉;李戰鑫;黃科;任傳奇;朱佳樂;孫斌;蔣笑;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04;B23K37/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種增減材制造裝備的基板?成型件預熱裝置及方法，本發明裝置使用遠紅外加熱技術，通過板狀遠紅外加熱器和環形遠紅外加熱器對基板及成型件進行非接觸式預熱，板狀遠紅外加熱器用于全局預熱，環形遠紅外加熱器用于局部預熱，全局預熱可對成型件局部預熱進行輔助加熱，兩者協同運行，降低局部預熱時間，提高增材效率。本發明相比于感應加熱、爐熱等工藝，遠紅外加熱技術安全、高效，成本低，本發明可以達到縮短大中型結構件制造周期、降低人力成本、提高經濟效益的目的。

技術領域

本發明屬于大中型金屬結構件激光/電弧熔絲增材制造(3D打印)領域，具體涉及一種增減材制造裝備的基板-成型件預熱裝置及方法。

背景技術

在傳統機械制造中，結構件一般通過減材/等材制造加工成型，但對于薄壁件及較為復雜結構件而言，傳統加工方式較為繁瑣且加工成本較高，尤其在航空航天等領域中，依靠減材/等材制造加工大中型結構件具有周期長、成本高、成品率低等缺點。隨著增材制造技術的飛速發展，航空航天等領域大中型結構件的制造難題得以解決。

在大中型金屬結構件增材制造的過程中，由于金屬融化沉積的熱輸入大，熔池溫度較高，基板溫度、焊道溫度、環境溫度較低，前者與后三者之間存在較大的溫度差，熔池受后三者影響快速冷卻，后續增材制造以同樣方式速熱速冷循環，在此種極速加熱后快速冷卻凝固的超常規熱力學過程中，成型件承受周期性熱循環作用，熱影響區存在的焊后殘余應力將導致結構件精度差，同時熱輸入大引起的粗大柱狀晶組織會顯著降低結構件力學性能。

焊后殘余應力及粗大柱狀晶組織可以通過對基板全局預熱及焊道局部預熱的方式進行改善。目前一般使用多通道加熱棒+熱電偶控制的方式對基板進行預熱，但此方式需對基板進行打孔接觸加熱，且對成型件局部預熱較困難。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種增減材制造裝備的基板-成型件預熱裝置及方法，有效的降低焊后殘余應力，提高結構件尺寸精度及組織力學性能。

為了達到上述目的，一種增減材制造裝備的基板-成型件預熱裝置，包括增材機器人、減材機器人、板狀遠紅外加熱器和環形遠紅外加熱器，增材機器人、減材機器人、板狀遠紅外加熱器和環形遠紅外加熱器均朝向基板上的成型件。

增材機器人通過金屬打印頭在基板上進行增材制造，環形遠紅外加熱器固定在金屬打印頭外側。

板狀遠紅外加熱器固定在調節支架上。

增材機器人連接送絲機，送絲機通過送絲導管連接金屬打印頭。

減材機器人端部設置有銑削刀頭。

基板固定在工作臺。

增材機器人、減材機器人、板狀遠紅外加熱器和環形遠紅外加熱器均通過控制柜控制。

一種增減材制造裝備的基板-成型件預熱裝置的工作方法，包括以下步驟：

將成形件固定在基板上；

板狀遠紅外加熱器對基板進行全局預熱，環形遠紅外加熱器對成型件焊道局部預熱，全局預熱對成型件局部預熱進行輔助加熱，兩者協同運行

通過增材機器人的金屬打印頭在基板上進行增材制造；

通過減材機器人對成型件進行減材制造得到最終結構件。

實時測量基板溫度，當溫度達到目標值后調節板狀遠紅外加熱器和環形遠紅外加熱器的功率輸出對基板進行保溫，確保后續增材制造過程中基板預熱溫度恒定。