增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统，所述系统包括：增材制造模块、减材切削模块、激光预热模块、模块切换单元、控制单元和工作台；所述增材制造模块、所述激光预热模块、所述减材切削模块均安装在所述模块切换单元上；所述增材制造模块、所述减材切削模块、所述激光预热模块、所述模块切换单元、所述工作台均与所述控制单元连接；所述工作台用于放置待成形零件。本实用新型专利技术通过在线激光预热模块能够有效地提高材料的切削性能，延长刀具寿命，并彻底消除传统增材和增减材工艺对额外退火热处理工序的要求。此含有激光辅助切削模块的增减材复合制造系统能够生产高复杂度、高精度的零件。

Compound manufacturing system of additive manufacturing and laser preheating assisted cutting

【技术实现步骤摘要】
增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统
本技术属于零件加工制造领域，具体涉及一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统。
技术介绍
传统的减材制造方法渐渐无法满足近年来工业领域高端零件设计与快速制造越来越迫切的需求。近些年来兴起的增材制造技术由于其一系列优点，如快速、灵活、低浪费等，很好地弥补了传统制造方法的不足，适合复杂零件的快速制造。然而，增材制造的方法也有着许多难以克服的劣势，比如表面粗糙度高，热应力明显，易形变，精度差等，限制了其在先进零件制造领域的应用。为了提高增材制造零件的适用性，往往需要二次成型或加工过程如热处理、表面修型等，降低了加工效率并增加了操作复杂性。为了解决这些问题，将增材制造和减材切削相结合已经成了行业研究和产品研发的热点。通过增材和减材的结合，成形零件的表面粗糙度和成形精度都能够在减材过程中得到保证，复杂零件的中空部位和内孔可以通过成形过程中的减材切削来加工，避免了纯增材制造方法中难以去除的支撑结构，极大地提高了制造效率和加工质量。然而，现有的增材减材相结合的工艺也有非常明显的劣势。因为高能束增材制造过程中熔池尺寸小、冷却速率极快，整个凝固过程中材料处于非稳态，凝固组织内部微观缺陷多，位错密度高，导致材料硬而脆，非常不利于切削操作，致使刀具磨损大，寿命短。激光辅助切削作为一种有效的表面改性方法能够软化待切削材料，减少材料微观组织缺陷，降低位错密度，提高材料延展性；同时，随着材料软化和延展性的提高，切削力将大大降低，减少了刀具磨损并延长了刀具寿命。此外，介于零件的内部微观和高位错密度，增材或增减材处理后的零件还需要最终的整体离线退火热处理工序。至此，将激光辅助切削用于增材制造过程并消除离线退火热处理的装置尚无报道。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统，解决现有技术中增材制造零件的适用性差、加工操作复杂、表面粗糙度高、加工精度差以及减材制造零件刀具磨损的问题。为解决上述问题，本技术提供了一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统，所述系统包括：增材制造模块、减材切削模块、激光预热模块、模块切换单元、控制单元10和工作台；所述增材制造模块、所述激光预热模块、所述减材切削模块均安装在所述模块切换单元上；所述增材制造模块、所述减材切削模块、所述激光预热模块、所述模块切换单元、所述工作台均与所述控制单元10连接；所述工作台用于放置待成形零件12。优选地，所述增材制造模块包括送粉器1、送粉喷嘴2、增材制造激光源9，所述送粉器1与所述送粉喷嘴2连接，所述送粉喷嘴2靠近所述增材制造激光源9设置，并能够将所述送粉器1中的原料送至所述增材制造激光源9的热源聚焦处，所述增材制造激光源9与所述控制单元10连接。优选地，所述减材切削模块包括铣削刀具6和驱动电机7，所述铣削刀具6连接于所述驱动电机7的输出转轴，所述驱动电机7连接于所述控制单元10。优选地，所述减材切削模块还包括放置有多种铣削刀具的刀具库5，所述铣削刀具6通过所述控制单元10进行更换。优选地，所述模块切换单元包括模块切换主轴4和模块切换辅轴13，所述模块切换主轴4连接于所述控制单元10，并能够在所述控制单元10的控制下进行旋转；所述模块切换辅轴13连接于所述模块切换主轴4，所述增材制造模块、所述减材切削模块、所述激光预热模块分别设置在所述模块切换辅轴13上。优选地，所述工作台包括基底14、三维平移机构15、多自由度转动机构11和加工基板3；所述三维平移机构15设置于所述基底14上，并能够相对于所述基底14沿三个维度方向进行平移；所述多自由度转动机构11设置于所述三维平移机构15上，并能够相对于所述三维平移机构15沿两个轴向方向进行旋转；所述加工基板3安装于所述多自由度转动机构11上，所述加工基板3用于放置待成形零件12。优选地，还包括温度测量装置，用于测量所述待成形零件12的温度，所述温度测量装置与所述控制单元10连接。优选地，还包括监控装置，用于监控待成形零件12的质量，所述监控装置与所述控制单元10连接。优选地，还包括密封腔体，所述增材制造模块、所述减材切削模块、所述激光预热模块、所述模块切换单元、所述工作台均位于所述密封腔体内。本技术相比于现有技术的有益效果在于：本技术创新性地将增材制造与激光预热辅助切削相结合，极大地降低了切削难度，提高了成形零件的表面切削质量，减少了刀具磨损并延长了刀具寿命。激光预热产生的退火效应能够消除增材制造过程中产生的残余热应力和大量微观组织缺陷，明显地提高了产品质量。切削过程能够改善零件表面粗糙度，提高零件几何精度，对复杂结构的切削加工，如中空、悬臂等结构的切削能够避免支撑结构，简化了制造过程；同时，切削过程对零件表面引入了一定的残余压应力，能够很好地提高零件机械性能。通过此工艺加工的零件，具有更少的有害残余应力，与传统减材制造相当的表面粗糙度和几何精度，微观组织缺陷更少，延展性也得到了提高。零件的一系列机械性能如强度和抗疲劳性能也得到了明显改善，可直接应用于各类高端工业部件，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本技术的增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统的整体结构示意图。附图标号：1.送粉器；2.送粉喷嘴；3.加工基板；4.模块切换主轴；5.刀具库；6.铣削刀具；7.驱动电机；8.辅助预热激光源；9.增材制造激光源；10.控制单元；11.多自由度转动机构；12.待成形零件；13.模块切换辅轴；14.基底；15.三维平移机构；16.红外相机传感器。具体实施方式以下结合附图，对本技术上述的和此外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的部分实施例，而不是全部实施例。本技术的增材制造和激光预热辅助切削的复合制造系统如图1所示，系统包括：增材制造模块、减材切削模块、激光预热模块、模块切换单元、控制单元10和工作台；增材制造模块、激光预热模块、减材切削模块均安装在模块切换单元上；增材制造模块、减材切削模块、激光预热模块、模块切换单元、工作台均与控制单元10连接；工作台用于放置待成形零件12。增材制造模块包括送粉器1、送粉喷嘴2、增材制造激光源9，送粉器1与送粉喷嘴2连接，送粉喷嘴2靠近增材制造激光源9设置，并能够将送粉器1中的原料送至增材制造激光源9的热源聚焦处，增材制造激光源9与控制单元10连接，控制单元10控制增材制造激光源9的强度、光斑尺寸等。减材切削模块包括铣削刀具6和驱动电机7，铣削刀具6连接于驱动电机7的输出转轴，驱动电机7连接于控制单元10，并通过控制单元10控制驱动电机7的运行。减材切削模块还包括放置有多种铣削刀具的刀具库5，根据减材路径通过控制单元10随时自动更换铣削刀具6，通过不同的铣削刀具6对待成形零件12的内部和外部轮廓进行精细加工，提高加工精度。增材制造过程中，逐层或每隔特定层数对待成形零件12制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统，其特征在于，所述系统包括：增材制造模块、减材切削模块、激光预热模块、模块切换单元、控制单元(10)和工作台；所述增材制造模块、所述激光预热模块、所述减材切削模块均安装在所述模块切换单元上；所述增材制造模块、所述减材切削模块、所述激光预热模块、所述模块切换单元、所述工作台均与所述控制单元(10)连接；所述工作台用于放置待成形零件(12)。/n

【技术特征摘要】
1.一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统，其特征在于，所述系统包括：增材制造模块、减材切削模块、激光预热模块、模块切换单元、控制单元(10)和工作台；所述增材制造模块、所述激光预热模块、所述减材切削模块均安装在所述模块切换单元上；所述增材制造模块、所述减材切削模块、所述激光预热模块、所述模块切换单元、所述工作台均与所述控制单元(10)连接；所述工作台用于放置待成形零件(12)。


2.根据权利要求1所述的复合制造系统，其特征在于，所述增材制造模块包括送粉器(1)、送粉喷嘴(2)、增材制造激光源(9)，所述送粉器(1)与所述送粉喷嘴(2)连接，所述送粉喷嘴(2)靠近所述增材制造激光源(9)设置，并能够将所述送粉器(1)中的原料送至所述增材制造激光源(9)的热源聚焦处，所述增材制造激光源(9)与所述控制单元(10)连接。


3.根据权利要求1所述的复合制造系统，其特征在于，所述减材切削模块包括铣削刀具(6)和驱动电机(7)，所述铣削刀具(6)连接于所述驱动电机(7)的输出转轴，所述驱动电机(7)连接于所述控制单元(10)。


4.根据权利要求3所述的复合制造系统，其特征在于，所述减材切削模块还包括放置有多种铣削刀具的刀具库(5)，所述铣削刀具(6)通过所述控制单元(10)进行更换。


5.根据权利要求1所述的复合制造系统，其特征在于，所述模块切换单元包括模块切换主轴(4)和模块切换辅轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：应华，王亚超，
申请(专利权)人：安世亚太科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11