一种粉末床五轴增减材复合制造装备制造技术

一种粉末床五轴增减材复合制造装备，包括机床及其上设置的减材装置和SLM增材装置，减材装置和SLM增材装置布置于防护罩内；减材装置通过机床滑枕上连接的五轴摆转头来进行减材加工；SLM增材装置采用下送粉的供粉方式，包括增材基板和铺粉刮刀，增材基板上划分有铺粉基板区域和粉仓供粉区域，铺粉基板区域的可调姿态铺粉基板和粉仓供粉区域的粉仓推板均有Z向移动自由度，在工作过程中朝相反方向运动；铺粉刮刀在可调姿态铺粉基板和粉仓推板的粉层表面之间来回移动，实现铺粉工作；机床滑枕上还布置可移动激光振镜进行增材过程；本发明专利技术实现对复杂结构零件的少支撑或无支撑打印，提高零部件内外部结构精度；减少激光光斑尺寸，提高粉末床增材制造精度。提高粉末床增材制造精度。提高粉末床增材制造精度。

【技术实现步骤摘要】
一种粉末床五轴增减材复合制造装备


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体涉及一种粉末床五轴增减材复合制造装备。

技术介绍

[0002]增材制造(或称3D打印)技术由于其通过材料的有序逐层堆积而形成三维实体，能实现复杂零部件的一体化、拓补轻量化成形，具有材料利用率高、成形工艺柔性强的优点，在航空、航天、精密模具、核能、医疗等领域，正逐渐步入到应用当中，具有广阔前景。目前金属增材制造最常见的形式是粉末床熔融，这类工艺使用的金属熔化热源包括激光和电子束等，以选区激光熔化技术(Selective Laser Melting，简称SLM)技术为例，其选用激光作为能量源，通过对金属粉末床粉层逐点将粉末颗粒熔融在一起，逐层加工，生产出所需的产品，该方法制造的零部件精度可达0.1mm，但是由于加工过程中金属极大的温度梯度变化以及产品自身复杂结构带来的影响，加工精度仍然达不到制造要求，并且常会出现孔洞、微裂纹等质量缺陷，表面的粗糙度大。采用此类加工方法生产的零部件，通常需要进一步安排包括铣削、磨削在内的减材制造处理工艺，使产品达到实际使用要求。
[0003]传统的金属增减材制造工艺方案，是将增材和减材制造工艺分开在不同设备内进行处理，需要在粉末床增材制造工艺制成半成品后，使用线切割等方式将其从粉末基板上取下，移位、二次装夹及定位后再进行减材制造工艺，此类工艺方案耗时长、易产生精度误差。虽然现在也有提出的将增材制造和减材制造的优势相结合的方法，甚至是针对金属SLM工艺已有匹配的增减材复合制造设备，如日本公司的OPM 250型，但还存在以下几个缺点：
[0004]其一是对于复杂零部件，尤其是有复杂内流道的零部件，在增材过程中如何有效减少支撑结构的生成，提高零件内部结构打印精度，方便减材工艺的去除；其二是现有的SLM增减材复合制造设备的减材工艺加工范围仍然受限，仅三个自由度的机床和一个自由度的粉末基板在对复杂内部结构的减材处理上仍有较大局限性，无法进一步降低一些特定内部结构(如内流道)的表面粗糙度；其三是减材机床与增材设备的结合易使得设备内部空间变大，现有的SLM增减材复合制造设备常将激光振镜置于设备顶部，易使振镜与打印基板幅面间距过大，激光光斑尺寸过大，影响SLM打印质量。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种粉末床五轴增减材复合制造装备，可以实现对一些复杂内、外结构零件的少支撑甚至是无支撑结构打印；保证对粉末床增材制造的金属件进行更多角度、更大范围的减材加工，进一步提高零部件内、外部结构精度；能在不干涉减材工艺的同时降低SLM技术的激光振镜高度，有效减少激光光斑尺寸，提高粉末床增材制造精度。
[0006]为了实现上述的目的，本专利技术的设计方案为：
[0007]一种粉末床五轴增减材复合制造装备，包括机床1及其上设置的减材装置和SLM增材装置，减材装置和SLM增材装置布置于防护罩7内；
[0008]减材装置通过机床滑枕101上连接的具有在X、Y、Z向移动和A、C轴转动自由度的五轴摆转头来进行减材加工，五轴摆转头的刀具107在减材装置左侧的刀库6中的旋转刀架602上进行替换，刀库6的刀库门601根据需要开闭；
[0009]SLM增材装置采用下送粉的供粉方式，包括增材基板2和铺粉刮刀3，增材基板2上划分有铺粉基板区域和粉仓供粉区域，铺粉基板区域的可调姿态铺粉基板4和粉仓供粉区域的粉仓推板5均有Z向移动自由度，在工作过程中朝相反方向运动；铺粉刮刀3依靠皮带轮传动在增材基板2的上方有X向移动自由度，在可调姿态铺粉基板4和粉仓推板5的粉层表面之间来回移动，实现铺粉工作；
[0010]机床滑枕101上还布置有具有在X向上自由度的可移动激光振镜117，根据工艺需求移到铺粉基板表面进行增材过程。
[0011]所述的减材装置包括机床滑枕101上布置的对应长度的导轨110和直线电机定子112，导轨110上安装有第一滑块111，第一滑块111安装在X向移动滑枕102底部，X向移动滑枕102底部安装有直线电机动子113，直线电机动子113和直线电机定子112配合，移动过程中直线电机有帘罩118保护；
[0012]所述的X向移动滑枕102顶部安装有另一组直线电机动子和滑块，和Y向移动滑枕103底部安装有另一组导轨和直线电机定子配合连接；
[0013]所述的Y向移动滑枕103前端安装有另一组直线电机动子和滑块，和Z向移动滑枕104后端安装有另一组导轨和直线电机定子配合连接；
[0014]所述的Z向移动滑枕104前端通过AC轴转动连接件105和电主轴106连接，电主轴106下端夹持有刀具107，并在刀具107旁边设有吸除切屑管道108，吸除切屑管道108与收集切屑的气路相连；电主轴106内置的两组旋转电机实现电主轴106在A、C轴上的转动，减材装置电路和气路通过保护壳109接出。
[0015]所述的可移动激光振镜117安装在振镜垫板116上，振镜垫板116与伸出块115连接，伸出块115固定在凹槽形X向移动滑枕114上，凹槽形X向移动滑枕114底部安装有对应一组的直线电机动子113和第一滑块111，能在机床滑枕101的第一导轨110上依靠直线电机定子112沿X向移动，移动过程中其直线电机有帘罩118保护。
[0016]所述的SLM增材装置包括增材基板2、铺粉刮刀3，增材基板2上安装有对刀仪201，增材基板2在远离粉仓区域一侧设有收集多余粉末的槽口，槽口下方连接导粉通道202并与机床1连接，通至回收粉末区域；增材基板2下方安装有铺粉基板区域壳体203和粉仓区域壳体205，铺粉基板区域壳体203、粉仓区域壳体205连接有铺粉基板区域底板204、粉仓区域底板206。
[0017]所述的铺粉刮刀3安装有可替换刀片301，铺粉刮刀3移动方式采用龙门式结构，增材基板2的两侧均有导轨支撑台308，在两边的导轨支撑台308中相向安装有排烟除尘系统的吹风口313和吸烟口314；在导轨支撑台308上面安装有导轨粉末挡板309和铺粉刮刀导轨310，在导轨支撑台308两边对称布置第一皮带轮支撑台306和第二皮带轮支撑台307，第一皮带轮支撑台306和第二皮带轮支撑台307上连接的皮带轮305上安装有传动皮带304；铺粉刮刀3安装在刀架302上，刀架302两端与第二滑块311相连，第二滑块311上连接的对称的夹持件303夹紧两侧皮带304，由安装保护壳体的皮带轮电机312通过齿轮和皮带轮305传动，使铺粉刮刀3能在X向移动。
[0018]所述的铺粉基板区域的可调姿态铺粉基板4下方自上而下依次安装有加热板401、隔热板402和支撑板403，在可调姿态铺粉基板4的下方与加热板401外围安装支撑箍404，在支撑箍404外一圈安装能够胀形和收缩的橡皮囊405，并在橡皮囊405表面附上一层同样具有弹性的毛毡表面406，毛毡表面406贴紧铺粉基板区域壳体203的内壁，并确保密封时整体结构能在壁内移动；在铺粉基板区域底板204的上方还布置了一层第一粉末挡板410本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉末床五轴增减材复合制造装备，其特征在于：包括机床(1)及其上设置的减材装置和SLM增材装置，减材装置和SLM增材装置布置于防护罩(7)内；减材装置通过机床滑枕(101)上连接的具有在X、Y、Z向移动和A、C轴转动自由度的五轴摆转头来进行减材加工，五轴摆转头的刀具(107)在减材装置左侧的刀库(6)中的旋转刀架(602)上进行替换，刀库(6)的刀库门(601)根据需要开闭；SLM增材装置采用下送粉的供粉方式，包括增材基板(2)和铺粉刮刀(3)，增材基板(2)上划分有铺粉基板区域和粉仓供粉区域，铺粉基板区域的可调姿态铺粉基板(4)和粉仓供粉区域的粉仓推板(5)均有Z向移动自由度，在工作过程中朝相反方向运动；铺粉刮刀(3)依靠皮带轮传动在增材基板(2)的上方有X向移动自由度，在可调姿态铺粉基板(4)和粉仓推板(5)的粉层表面之间来回移动，实现铺粉工作；机床滑枕(101)上还布置有具有在X向上自由度的可移动激光振镜(117)，根据工艺需求移到铺粉基板表面进行增材过程。2.根据权利要求1所述的一种粉末床五轴增减材复合制造装备，其特征在于：所述的减材装置包括机床滑枕(101)上布置的对应长度的导轨(110)和直线电机定子(112)，导轨(110)上安装有第一滑块(111)，第一滑块(111)安装在X向移动滑枕(102)底部，X向移动滑枕(102)底部安装有直线电机动子(113)，直线电机动子(113)和直线电机定子(112)配合，移动过程中直线电机有帘罩(118)保护；所述的X向移动滑枕(102)顶部安装有另一组直线电机动子和滑块，和Y向移动滑枕(103)底部安装有另一组导轨和直线电机定子配合连接；所述的Y向移动滑枕(103)前端安装有另一组直线电机动子和滑块，和Z向移动滑枕(104)后端安装有另一组导轨和直线电机定子配合连接；所述的Z向移动滑枕(104)前端通过AC轴转动连接件(105)和电主轴(106)连接，电主轴(106)下端夹持有刀具(107)，并在刀具(107)旁边设有吸除切屑管道(108)，吸除切屑管道(108)与收集切屑的气路相连；电主轴(106)内置的两组旋转电机实现电主轴(106)在A、C轴上的转动，减材装置电路和气路通过保护壳(109)接出。3.根据权利要求1所述的一种粉末床五轴增减材复合制造装备，其特征在于：所述的可移动激光振镜(117)安装在振镜垫板(116)上，振镜垫板(116)与伸出块(115)连接，伸出块(115)固定在凹槽形X向移动滑枕(114)上，凹槽形X向移动滑枕(114)底部安装有对应一组的直线电机动子(113)和第一滑块(111)，能在机床滑枕(101)的第一导轨(110)上依靠直线电机定子(112)沿X向移动，移动过程中其直线电机有帘罩(118)保护。4.根据权利要求1所述的一种粉末床五轴增减材复合制造装备，其特征在于：所述的SLM增材装置包括增材基板(2)、铺粉刮刀(3)，增材基板(2)上安装有对刀仪(201)，增材基板(2)在远离粉仓区域一侧设有收集多余粉末的槽口，槽口下方连接导粉通道(202)并与机床(1)连接，通至回收粉末区域；增材基板(2)下方安装有铺粉基板区域壳体(203)和粉仓区域壳体(205)，铺粉基板区域壳体(203)、粉仓区域壳体(205)连接有铺粉基板区域底板(204)、粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，陈宇凯，陈祯，黄科，王寅，文楚玥，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：