[發明專利]一種粉末床五軸增減材復合制造裝備

有效

• 申請號: 202110598775.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113369895B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 張琦;陳宇凱;陳禎;黃科;王寅;文楚玥
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23P23/00
• 分類號: B23P23/00;B23Q5/22;B22F10/28;B22F10/66;B22F12/50;B33Y30/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種粉末床五軸增減材復合制造裝備，包括機床及其上設置的減材裝置和SLM增材裝置，減材裝置和SLM增材裝置布置于防護罩內；減材裝置通過機床滑枕上連接的五軸擺轉頭來進行減材加工；SLM增材裝置采用下送粉的供粉方式，包括增材基板和鋪粉刮刀，增材基板上劃分有鋪粉基板區域和粉倉供粉區域，鋪粉基板區域的可調姿態鋪粉基板和粉倉供粉區域的粉倉推板均有Z向移動自由度，在工作過程中朝相反方向運動；鋪粉刮刀在可調姿態鋪粉基板和粉倉推板的粉層表面之間來回移動，實現鋪粉工作；機床滑枕上還布置可移動激光振鏡進行增材過程；本發明實現對復雜結構零件的少支撐或無支撐打印，提高零部件內外部結構精度；減少激光光斑尺寸，提高粉末床增材制造精度。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，具體涉及一種粉末床五軸增減材復合制造裝備。

背景技術

增材制造(或稱3D打印)技術由于其通過材料的有序逐層堆積而形成三維實體，能實現復雜零部件的一體化、拓補輕量化成形，具有材料利用率高、成形工藝柔性強的優點，在航空、航天、精密模具、核能、醫療等領域，正逐漸步入到應用當中，具有廣闊前景。目前金屬增材制造最常見的形式是粉末床熔融，這類工藝使用的金屬熔化熱源包括激光和電子束等，以選區激光熔化技術(Selective Laser Melting，簡稱SLM)為例，其選用激光作為能量源，通過對金屬粉末床粉層逐點將粉末顆粒熔融在一起，逐層加工，生產出所需的產品，該方法制造的零部件精度可達0.1mm，但是由于加工過程中金屬極大的溫度梯度變化以及產品自身復雜結構帶來的影響，加工精度仍然達不到制造要求，并且常會出現孔洞、微裂紋等質量缺陷，表面的粗糙度大。采用此類加工方法生產的零部件，通常需要進一步安排包括銑削、磨削在內的減材制造處理工藝，使產品達到實際使用要求。

傳統的金屬增減材制造工藝方案，是將增材和減材制造工藝分開在不同設備內進行處理，需要在粉末床增材制造工藝制成半成品后，使用線切割等方式將其從粉末基板上取下，移位、二次裝夾及定位后再進行減材制造工藝，此類工藝方案耗時長、易產生精度誤差。雖然現在也有提出的將增材制造和減材制造的優勢相結合的方法，甚至是針對金屬SLM工藝已有匹配的增減材復合制造設備，如日本公司的 OPM 250型，但還存在以下幾個缺點：

其一是對于復雜零部件，尤其是有復雜內流道的零部件，在增材過程中如何有效減少支撐結構的生成，提高零件內部結構打印精度，方便減材工藝的去除；其二是現有的SLM增減材復合制造設備的減材工藝加工范圍仍然受限，僅三個自由度的機床和一個自由度的粉末基板在對復雜內部結構的減材處理上仍有較大局限性，無法進一步降低一些特定內部結構(如內流道)的表面粗糙度；其三是減材機床與增材設備的結合易使得設備內部空間變大，現有的SLM增減材復合制造設備常將激光振鏡置于設備頂部，易使振鏡與打印基板幅面間距過大，激光光斑尺寸過大，影響SLM打印質量。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種粉末床五軸增減材復合制造裝備，可以實現對一些復雜內、外結構零件的少支撐甚至是無支撐結構打印；保證對粉末床增材制造的金屬件進行更多角度、更大范圍的減材加工，進一步提高零部件內、外部結構精度；能在不干涉減材工藝的同時降低SLM技術的激光振鏡高度，有效減少激光光斑尺寸，提高粉末床增材制造精度。

為了實現上述的目的，本發明的設計方案為：

一種粉末床五軸增減材復合制造裝備，包括機床1及其上設置的減材裝置和SLM增材裝置，減材裝置和SLM增材裝置布置于防護罩7 內；

減材裝置通過機床滑枕101上連接的具有在X、Y、Z向移動和A、 C軸轉動自由度的五軸擺轉頭來進行減材加工，五軸擺轉頭的刀具 107在減材裝置左側的刀庫6中的旋轉刀架602上進行替換，刀庫6 的刀庫門601根據需要開閉；