一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置。该装置包括控制中心、增材制造系统、碎屑及粉末收集系统、减材加工及接触测量系统和辅助送粉系统，可以实现增减材复合制造过程，同时实现零件尺寸及精度的实时检测反馈，解决了复杂结构件精密成形中的表面质量及尺寸检测难题。

A Composite Manufacturing and On-line Dimension Detection Device for Adding and Reducing Materials Based on Powder Bed Melting and Adding Materials Manufacturing Technology

The invention belongs to the field of additional material manufacturing technology, in particular to an on-line detection device for composite manufacturing and size of added and reduced materials based on powder bed melting additional material manufacturing technology. The device includes a control center, an additional material manufacturing system, a debris and powder collection system, a reducing material processing and contact measurement system and an auxiliary powder feeding system. It can realize the compound manufacturing process of increasing and reducing materials, and realize the real-time measurement feedback of the size and accuracy of parts, thus solving the problem of surface quality and dimension detection in the precise forming of complex structural parts.

【技术实现步骤摘要】
一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置
本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置。
技术介绍
选区熔化成形技术，通过聚焦精细光源照射预先铺展好的金属粉末，逐层堆积成三维金属零件。选区熔化成形具有能够获得快速凝固的非平衡组织，内部晶粒细小，综合力学性能优异、可成形结构复杂的零部件等诸多优点。目前由于粉末粒径、快速加热冷却过程产生的变形等因素的影响，选区熔化成形尺寸精度在20-50μm，表面粗糙度在20-50μm，这种表面质量能够满足一般产品的要求。但是对内形结构复杂且表面要求质量高的零部件(如异曲面内流道)，成形精度和表面粗糙度达不到要求(成形精度要求3-10μm，表面粗糙度要求1-3μm、)，且这种内形复杂的构件在增材制造成形后又很难或无法通过后续的机加工工艺(如铣削、抛光等)改善，由此限制了选区熔化技术在精密构件成形上进一步应用。增材制造与减材制造技术具有各自的优点，将增材与减材结合的增减材复合制造技术融合了两者的综合优点。而目前国内外关注的增减材复合制造技术主要集中在基于送粉的激光熔化沉积(LaserMeltingDeposition)增材制造与数控加工的复合，且已经有相关的专利装置和成功应用案例，该工艺能够顺利发展的主要原因之一是复合制造过程不存在粉末对减材加工刀具影响以及切削碎屑对下一层送粉成形的影响。但是基于粉末床熔融的选区熔化技术不同于基于送粉的熔化沉积增材制造技术，其需要在成形腔一层层铺满粉末，且成形件被粉末包围，因此就需要考虑成形腔中的粉末对减材加工的影响以及减材加工产生的碎屑对下一层成形过程的影响。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提出一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置，以解决如何实时测定增减材复合制造后的尺寸精度和表面粗糙度的技术问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置；该装置包括控制中心、增材制造系统、碎屑及粉末收集系统、减材加工及接触测量系统和辅助送粉系统；控制中心，用于控制各个系统的协调工作；增材制造系统，用于通过增材制造方法打印零件；碎屑及粉末收集系统，用于在减材加工前清理零件成形体附近粉末，以及在减材加工完成后收集成形体周围产生的碎屑；减材加工及接触测量系统，用于对成形体进行减材加工，以及对成形体的尺寸精度和粗糙度进行测量；辅助送粉系统，用于对成形体附近采用区域送粉，将减材加工及碎屑清理后在成形体附近形成的缺粉区域填平，达到同周围区域相近，保证下一道铺粉过程后，整层粉末高度一致，保证选区成形的正常进行。进一步地，增材制造系统包括增材制造系统：包括供粉缸、刮刀、激光系统、收粉缸、过滤回收系统和成形缸；其中，供粉缸用于装载成形需要的金属粉末；成形缸用于零件的成形；收粉缸用于铺粉过程多余粉末的收集；激光系统用于提供增材制造过程中的光源；刮刀用于将供粉缸中的金属粉末平整铺展在成形缸上用于零件成形；过滤回收系统，用于将收集的残余金属粉末和加工碎屑过滤回收。进一步地，减材加工及接触测量系统，根据测定的数据和真实零件尺寸轮廓数据进行对比分析，获取零件的减材过程机加补偿值，构成零件减材过程的机加补偿量数据库。进一步地，辅助送粉系统包括辅助送粉控制器和辅助送粉装置；送粉控制器控制辅助送粉装置，对成形体附近进行区域送粉。进一步地，辅助送粉装置包括辅助送粉控制开关、辅助送粉台以及机械运动系统；其中，机械运动系统用于对辅助送粉台进行定位，辅助送粉控制开关用于根据辅助送粉台的运动位置进行实时送粉，补充成形件附近缺少的粉末。进一步地，接触测量系统包括三维工作台、接触测量装置和反馈系统，三维工作台用于接触测量装置和反馈系统的定位，接触测量装置用于沿零件轮廓进行尺寸精度测量和粗糙度测量，同时反馈系统将测定的结果反馈到控制中心，与理论尺寸及粗糙度进行匹配。进一步地，接触测量装置在端部具有感应测头，通过触碰零件轮廓表层快速获取测量点，实现整个零件全区域的尺寸精度与粗糙度测量。进一步地，粉末床熔融增材制造包括选区激光熔化和选区激光烧结成形。进一步地，粉末的尺度为15-50μm。进一步地，粉末包括金属材料粉末、陶瓷材料粉末、聚合物粉末、覆膜砂粉末中的一种或几种。(三)有益效果本专利技术提出的基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置，包括控制中心、增材制造系统、碎屑及粉末收集系统、减材加工及接触测量系统和辅助送粉系统。其中，控制中心，用于控制各个系统的协调工作；增材制造系统，用于通过增材制造方法打印零件；碎屑及粉末收集系统，用于在减材加工前清理零件成形体附近粉末，以及在减材加工完成后收集成形体周围产生的碎屑；减材加工及接触测量系统，用于对成形体进行减材加工，以及对成形体的尺寸精度和粗糙度进行测量；辅助送粉系统，用于对成形体附近采用区域送粉，将减材加工及碎屑清理后在成形体附近形成的缺粉区域填平，达到同周围区域相近，保证下一道铺粉过程后，整层粉末高度一致，保证选区成形的正常进行。本专利技术可以实现增减材复合制造过程，同时实现零件尺寸及精度的实时检测反馈，解决了复杂结构件精密成形中的表面质量及尺寸检测难题。附图说明图1为本专利技术实施例的增减材复合制造及尺寸在线检测装置结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本实施例提出一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置，其结构如图1所示。该装置包括控制中心1、增材制造系统、碎屑及粉末收集系统和辅助送粉系统、减材加工及接触测量系统。其中，控制中心1用于控制各个系统的协调工作。增材制造系统，包括增材制造系统：包括供粉缸2、刮刀3、激光系统6、收粉缸11、过滤回收系统12和成形缸13。其中，供粉缸2用于装载成形需要的金属粉末；成形缸13用于零件的成形；收粉缸11用于铺粉过程多余粉末的收集；激光系统6用于提供增材制造过程中的光源；刮刀3用于将供粉缸2中的金属粉末平整铺展在成形缸13上用于零件成形；过滤回收系统12，用于将收集的残余金属粉末和加工碎屑过滤回收。碎屑及粉末收集系统，包括碎屑收集控制器7。进行减材加工前，为保证切削加工过程的加工精度、加工效率，同时降低粉末粒子导致刀具磨损、粉末崩刀等现象发生(尤其对于倒锥形状区域的加工)，需要将成形体附近的粉末进行清理，露出减材加工侧表面。同时，完成减材加工后在成形体附近留下诸多碎屑，其相对金属粉末(15-5μm)尺寸大，再进行下一层沉积之前，需要将减材加工留下的碎屑清理掉，防止碎屑残留无法清理。因此，通过碎屑及粉末收集系统在减材加工前进行零件成形体附近粉末清理，在减材加工完成后将零件成形体周围产生的碎屑收集掉。减材加工及接触测量系统，包括三维工作台8、加工刀具9和接触测量装置10。其中，所述三维工作台用于控制加工刀具9和接触测量装置10进行三维运动。加工刀具9主要用于减材加工，在清除零件成形体周围粉末后，通过控制减材加工及接触测量系统，该系统附加不同规格的刀具库，可以通过控制自动更换刀头。将减材刀头旋转到工作部位，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置；其特征在于，所述装置包括控制中心、增材制造系统、碎屑及粉末收集系统、减材加工及接触测量系统和辅助送粉系统；所述控制中心，用于控制各个系统的协调工作；所述增材制造系统，用于通过增材制造方法打印零件；所述碎屑及粉末收集系统，用于在减材加工前清理零件成形体附近粉末，以及在减材加工完成后收集所述成形体周围产生的碎屑；所述减材加工及接触测量系统，用于对所述成形体进行减材加工，以及对所述成形体的尺寸精度和粗糙度进行测量；所述辅助送粉系统，用于对所述成形体附近采用区域送粉，将减材加工及碎屑清理后在所述成形体附近形成的缺粉区域填平，达到同周围区域相近，保证下一道铺粉过程后，整层粉末高度一致，保证选区成形的正常进行。

【技术特征摘要】
1.一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置；其特征在于，所述装置包括控制中心、增材制造系统、碎屑及粉末收集系统、减材加工及接触测量系统和辅助送粉系统；所述控制中心，用于控制各个系统的协调工作；所述增材制造系统，用于通过增材制造方法打印零件；所述碎屑及粉末收集系统，用于在减材加工前清理零件成形体附近粉末，以及在减材加工完成后收集所述成形体周围产生的碎屑；所述减材加工及接触测量系统，用于对所述成形体进行减材加工，以及对所述成形体的尺寸精度和粗糙度进行测量；所述辅助送粉系统，用于对所述成形体附近采用区域送粉，将减材加工及碎屑清理后在所述成形体附近形成的缺粉区域填平，达到同周围区域相近，保证下一道铺粉过程后，整层粉末高度一致，保证选区成形的正常进行。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述增材制造系统包括增材制造系统：包括供粉缸、刮刀、激光系统、收粉缸、过滤回收系统和成形缸；其中，所述供粉缸用于装载成形需要的金属粉末；所述成形缸用于零件的成形；所述收粉缸用于铺粉过程多余粉末的收集；所述激光系统用于提供增材制造过程中的光源；所述刮刀用于将供粉缸中的金属粉末平整铺展在成形缸上用于零件成形；所述过滤回收系统，用于将收集的残余金属粉末和加工碎屑过滤回收。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述减材加工及接触测量系统，根据测定的数据和真实零件尺寸轮廓数据进行对比分析，获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦世坤，许旭鹏，侯敏，钱远宏，刘莹莹，李明亮，宋国华，吴冬冬，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11