一种增材制造系统及增材制造方法技术方案

本发明专利技术公开了一种增材制造系统及增材制造方法，用于制造三维金属零件，系统包括：熔融组件、金属液喷射组件、三维运动平台、塑性挤压组件、切削组件、控制组件和视觉检测组件；方法步骤为：按照设定路径移动基板或金属液喷头，将金属液逐层喷射沉积到基板上，并且每喷射完一层沉积层，基板下降一层；当每喷射完预设沉积层之后，对沉积层施加压力进行挤压，同时对喷射完成的三维金属零件进行同工位下的内外轮廓减材精加工，直至完成所述三维金属零件。本发明专利技术在喷射沉积金属制件的过程中，对金属制件施加压力后进行同工位内外轮廓精加工，能够实现金属制件内部逐层致密化，有效减少甚至消除内部孔隙，细化工件内部晶粒，提升零件整体性能和精度。性能和精度。性能和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造系统及增材制造方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种增材制造系统及增材制造方法。

技术介绍

[0002]金属增材制造是将液态金属按照规定路径逐层沉积到基板上，获得三维金属零件的快速制造方法，具有高效率、低成本、柔性化、绿色化的特点，目前被广泛应用于航空、航天、军事、医疗等高端领域中高性能、结构复杂零部件的快速、直接制造。
[0003]目前的金属熔融直写技术、金属喷射成形技术均属于金属增材制造领域范畴。
[0004]金属熔融直写技术，是通过基板或熔融直写喷头的三维运动，将熔融金属液按照规定路径沉积，通过逐道、逐层沉积结合，形成金属零件的过程。但熔融直写过程中，由于金属冷却速度较快，当第n层沉积时，n
‑
1层往往已经冷却，余热不足以支持良好的层间重熔，难以形成冶金结合效果。因此，层间结合质量是限制金属熔融直写制件性能的主要问题。
[0005]金属喷射成形技术，是通过熔融金属的雾化沉积，直接制取金属零件或坯料的快速成形技术。与金属熔融直写相比，喷射沉积的基础成形单元为雾化金属液滴，沉积时以半固态形式聚集并凝固，解决了明显的分层问题；且金属喷射沉积时雾化金属的快速凝固会提高金属制件性能。但喷射沉积的实质为微铸造，因此不可避免的仍具有部分微观孔隙，致密性仍需提高。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种增材制造系统及增材制造方法。所述技术方案如下：
[0007]第一方面，提供了一种增材制造系统，用于制造三维金属零件，所述系统包括：
[0008]金属液喷射组件，用于将金属液喷射到基板上；
[0009]三维运动平台，包括所述基板和运动组件，所述运动组件用于移动所述基板，从而将所述金属液逐层沉积到所述基板上，沉积层逐层堆积形成所述三维金属零件；
[0010]塑性挤压组件，用于在每喷射完成预设层数的沉积层之后，对沉积层施加压力进行挤压，以减少或消除所述三维金属零件内部的空隙；
[0011]切削组件，位于所述三维运动平台的同工位，用于对喷射完成的所述三维金属零件进行减材精加工；
[0012]控制组件，用于控制所述增材制造系统的各部件进行加工作业；
[0013]视觉检测组件，用于检测挤压之后的沉积层是否达到预设厚度，如果达到所述预设厚度，所述塑性挤压组件则停止挤压；如果挤压之后的沉积层未达到预设厚度，则继续按照设定挤压参数进行挤压加工，直至挤压之后的沉积层达到预设厚度。
[0014]进一步的，所述运动组件包括纵向轴、横向轴、竖向轴、第一滑块以及第二滑块；
[0015]所述纵向轴固定于所述三维运动平台上，所述纵向轴承载所述第一滑块，所述第一滑块能够沿所述纵向轴移动，所述第一滑块上固定有所述横向轴，所述横向轴承载所述
第二滑块，所述第二滑块能够沿所述横向轴移动，所述第二滑块还连接所述竖向轴，所述竖向轴能够相对所述第二滑块上下移动，所述竖向轴的上端设置所述基板。
[0016]进一步的，所述塑性挤压组件包括压实组件和压实运动组件，其中所述压实组件可进行加热，对沉积层进行不同温度的压实加工，压实组件为辊压、锻压、锻打装置中的一种；其中所述压实组件通过所述压实运动组件以设定高度、压力、速度和道次对沉积层进行压实加工。
[0017]进一步的，所述压实运动组件包括一对纵向滑轨，所述纵向滑轨固定在所述三维运动平台上，并位于所述基板的两侧，所述纵向滑轨承载第三滑块，所述第三滑块能够沿所述纵向滑轨移动，所述第三滑块上设置有竖向滑轨，所述竖向滑轨承载所述压实组件，所述压实组件能够沿所述竖向滑轨上下移动，所述压实组件的至少一端连接有夹紧部件。
[0018]进一步的，所述切削组件包括切削运动系统和切削刀具，切削运动系统可以为三轴运动系统或机械手中的一种。
[0019]进一步的，所述切削组件结合视觉检测组件完成对所述三维金属零件的减材精加工。
[0020]在本专利技术实施例中，喷射堆积过程、塑性挤压过程以及切削加工过程在同工位进行，喷射挤压切削一体化成形，是在喷射成形在材料制备方面优势的基础上，通过同工位塑性挤压、切削加工的模块化集成，采用增材、等材、减材复合的方式，提高了制造效率和自动化程度，并能够获得均匀致密、性能良好、精度较高的金属制件。
[0021]第二方面，提供了一种增材制造方法，用于制造三维金属零件，所述方法包括：
[0022]在进行金属液喷射之前，先根据零件形状进行三维模型分层处理，得到层片信息；
[0023]喷射所需的金属液先经过熔炼及纯净化，然后将准备好的金属液移至金属液喷射组件中，再将金属液喷射组件移至指定位置；
[0024]根据当前层片信息，按设定路径移动基板或金属液喷头，将金属液逐层喷射沉积到所述基板上，并且每喷射完一层沉积层，基板下降一层；
[0025]当每喷射完成预设层数的沉积层之后，对沉积层施加压力进行挤压，以减少或消除所述三维金属零件内部的空隙；
[0026]在喷射加工的同工位下，对喷射完成的所述三维金属零件进行内外轮廓减材精加工；
[0027]判断是否已喷射完成所述三维金属零件，如果否，则转第一个步骤，直至喷射完成所述三维金属零件。
[0028]进一步的，所述对沉积金属制件施加压力的方式不进行具体限定，包括但不限于辊压、锻压、锻打等方式。
[0029]进一步的，所述对沉积层施加压力进行挤压的步骤，包括：
[0030]使用可加热轧辊，以设定高度、压力、速度、道次和温度对沉积层进行辊压加工。
[0031]进一步的，所述每次对沉积层进行挤压之后，检测挤压之后的沉积层是否达到预设厚度，如果达到预设厚度，则停止挤压加工。如果挤压之后的沉积层未达到预设厚度，则继续按照设定挤压参数进行挤压加工，直至挤压之后的沉积层达到预设厚度。
[0032]在本专利技术实施例中，喷射堆积过程、塑性挤压过程以及切削加工过程在同工位进行，喷射挤压切削一体化成形，是在喷射成形在材料制备方面优势的基础上，通过同工位塑
性挤压、切削加工的模块化集成，采用增材、等材、减材复合的方式，提高了制造效率和自动化程度，并能够获得均匀致密、性能良好、精度较高的金属制件。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术实施例提供的一种增材制造系统的结构框图；
[0035]图2是本专利技术实施例提供的一种增材制造系统的结构示意图；
[0036]图3是本专利技术实施例提供的一种增材制造方法的流程图。
[0037]附图标记说明：1、熔融组件；2、金属液喷射组件；3、三维运动平台；30、基板；31、纵向轴；32、横向轴、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造系统，用于制造三维金属零件，其特征在于，包括：金属液喷射组件，用于将金属液喷射到基板上；三维运动平台，包括所述基板和运动组件，所述运动组件用于移动所述基板，从而将所述金属液逐层沉积到所述基板上，沉积层逐层堆积形成所述三维金属零件；塑性挤压组件，用于在每喷射完成预设层数的沉积层之后，对沉积层施加压力进行挤压，以减少或消除所述三维金属零件内部的空隙；切削组件，位于所述三维运动平台的同工位，用于对喷射完成的所述三维金属零件进行减材精加工；控制组件，用于控制所述增材制造系统的各部件进行加工作业；视觉检测组件，用于检测挤压之后的沉积层是否达到预设厚度，如果达到所述预设厚度，所述塑性挤压组件则停止挤压；如果挤压之后的沉积层未达到预设厚度，则继续按照设定挤压参数进行挤压加工，直至挤压之后的沉积层达到预设厚度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运动组件包括纵向轴、横向轴、竖向轴、第一滑块以及第二滑块；所述纵向轴固定于所述三维运动平台上，所述纵向轴承载所述第一滑块，所述第一滑块能够沿所述纵向轴移动，所述第一滑块上固定有所述横向轴，所述横向轴承载所述第二滑块，所述第二滑块能够沿所述横向轴移动，所述第二滑块还连接所述竖向轴，所述竖向轴能够相对所述第二滑块上下移动，所述竖向轴的上端设置所述基板。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述塑性挤压组件包括压实组件和压实运动组件：其中所述压实组件可进行加热，对沉积层进行不同温度的压实加工，压实组件为辊压、锻压、锻打装置中的一种；其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰，戎文娟，王佳琳，王永威，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：