[實用新型]一種新型金屬增減材復合制造設備

有效

• 申請號: 202022132867.6
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN213827010U
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉軍;趙風君;王臻
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C23C24/10;B22F3/24;B23C1/00;B33Y30/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 鄧淑紅

本實用新型公開了一種新型金屬增減材復合制造設備，主要包括X?Y軸聯動絲桿滑臺裝置及對稱連接于其Z軸銜接柱兩側的Z1、Z2軸絲桿滑塊裝置，通過X?Y軸聯動滑臺裝置實現兩Z軸絲桿滑塊裝置沿水平面的前后左右移動，Z1、Z2軸絲桿滑塊裝置的滑塊分別連接激光打印頭和銑刀頭，成型體承載裝置位于激光打印頭和銑刀頭的下方，可在水平面旋轉和豎直面偏轉。增材打印時，Z2軸絲桿滑塊裝置不工作，其它絲桿滑塊裝置配合成型體承載平臺的旋轉和/或偏轉運動實現打印成型。成型體減材時，Z1軸絲桿滑塊裝置不工作，其它絲桿滑塊裝置配合成型體承載平臺的旋轉和/或偏轉運動對成型體精確減材，使成型體通過一套設備同時進行增材和減材，得到完美的3D產品。

技術領域

本實用新型屬于激光熔覆3D增材制造技術及切削減材制造技術領域，具體涉及一種新型金屬增減材復合制造設備。

背景技術

近些年來金屬3D打印在增材制造領域取得突出的成績，擁有可觀的應用前景，現階段金屬3D打印設備能夠通過成型后進一步的切削加工完成器件的最終成型制造，為制造工藝提供了新的可行性途徑，其應用領域遍及航空航天、醫療設備、機械制造、電子信息行業等。諸多金屬3D打印中技術中激光熔覆成型技術在金屬3D打印領域取得了不少可觀的成果，例如器件成型、表面熔覆修復加工等、表面強化等。其原理是通過激光作用于噴嘴輸送的粉末流使粉末融化，即激光加熱金屬粉，熔融的粉末按照三維模型切片代碼的路徑完成第一層的成型，隨后以相同的方式在上一層的基礎上完成第二層熔覆，重復上述過程完成最終的三維成型。但成型體表面并不平整通常無法直接應用，因此增材成型后需要通過數控加工設備對其進行切削加工進而得到最終的成型器件，因而傳統的金屬3D打印設備開始向增減材一體設備方向轉型。

由于常見的3D打印硬件及系統(如arduino、赤兔等)無法完成復雜的多軸控制，輸出功率無法達到激光作業的要求，也不具備送粉等多端口輸出控制等因素，因此傳統激光熔覆增減材設備通常采用數控加工硬件及系統實現三維成型過程，將數控加工系統中多軸的三維移動控制及切削加工路徑與激光熔覆系統結合來實現增材制造的過程，數控加工系統擁有多軸端口輸出，多余的輸出端口可用于激光器控制及送粉系統等多種控制。相應的再通過另外一套數控加工系統完成對打印完的成型體進行切削加工的過程，即兩套數控加工系統完成增減材一體機的控制。但是數控加工系統用于3D打印系統成本較高，也會造成數控加工系統中諸多功能處于閑置狀態。同時，現在已有的激光熔覆數控加工成型系統無法解決路徑優化的功能的問題，并且不具備打印送粉與成型過程的反饋調節機制，因而直接將切削道路用于三維成型勢必會造成一些無法避免的問題。具體原因在于：

一、數控加工系統在面對轉角加工時，水平面的移動會發生降速，尤其在非圓角的轉角位置，其降速越為明顯，即數控加工系統為了迎合切削加工工藝的需求，默認為減速過彎的加工方式。

二、送粉系統并不會因為行徑速度的降低而調節送粉速度及送粉量。

這些因素導致整個過程送粉與打印之間無法協調，造成粉體熔融堆積效果變差，并且在三維成型過程中遇到轉彎階段堆積問題變得更為嚴重。然而這些問題又會造成每層成型厚度不均勻，而尤其在轉角位置疏松多孔、開裂、“含沙”(粉體未充分熔覆)等系列問題也愈加明顯，并且在逐層的三維成型過程中題愈演愈烈，最終破壞整個三維成型結構的精度，并且在較為復雜的打印模型中則會造成結構的變形。最終結果造成成型體的冶金質量差，其力學性能無法得到穩定保障。同時，在后續切削加工過程由于切削路勁是根據三維模型自動生成的，因此不會涉及到對增材制造的誤差校正，因此會因為增材制造成型體與模型體之間產生一定誤差造成實際減材制造的成品與計劃成型體之間產生誤差，影響最終成品的精度，而二次加工也勢必會增加整個工藝的周期及成本。此外，常見的增減材一體設備通常使用兩套加工系統分別完成增材制造及減材制造過程，大大增加設備成本及操作難度。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種既可進行增材制造又能對增材成型件進行減材，并能保證最終成型件冶金質量和力學性能的復合制造設備。