基于感应加热增材与激光减材的增减材制造方法与装置制造方法及图纸

基于感应加热增材与激光减材的增减材制造方法与装置，密封箱体上开设有螺纹孔，将Z轴升降机与之相连接；激光扫描振镜移动滑块置于Z轴升降机滑轨中；将激光扫描振镜与激光扫描振镜滑块相连接；送料移动滑块置于Z轴升降机滑轨中；将三爪卡盘与送料移动滑块相连接；将倒锥形高频感应加热线圈、红外测温仪、低频感应加热线圈和温度传感器分别与密封箱体相连接；将XY自动移动工作台与密封箱体底部相连接；将废料支座与密封箱体相连接；将废料自动盛接装置与废料支座相连接。本发明专利技术采用电磁感应加热线圈对金属棒体材料进行加热熔融并控制成型液柱直径，同时配合激光精密减材，解决增减材成型的缺陷控制和精度控制等关键技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
基于感应加热增材与激光减材的增减材制造方法与装置


[0001]本专利技术属于增减材复合制造应用
，具体涉及基于感应加热增材与激光减材的增减材制造方法与装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着增减材复合制造应用技术的不断发展，许多研究人员开展了一系列材料的增减材复合制造工艺研究，针对航空航天发动机关键零部件(航天发动机阀门、航空发动机燃油喷嘴)制造所面临的高精度、高光洁度成型困难，以及当前激光增材制造技术所需高温合金粉体材料制备困难的问题，以期将电磁感应加热熔融增材与激光精密减材相结合展开高温合金材料的增减材复合制造工艺的研究。

技术实现思路

[0003]针对当前增减材复合制造成型工艺问题，本专利技术的目的在于克服上述高温合金粉末制造困难以及零件所面临高精度和高光洁度成型困难的不足之处，采用电磁感应加热线圈对金属棒体材料进行加热熔融并控制成型液柱直径，同时配合激光精密减材，提供基于感应加热增材与激光减材的增减材制造方法与装置，解决增减材成型的缺陷控制和精度控制等关键技术问题。
[0004]本专利技术提供电磁感应加热熔融增材与激光精密减材的装置，包括密封箱体、XY自动移动工作台、Z轴自动升降机、激光扫描振镜、激光扫描振镜移动滑块、送料移动滑块、三爪卡盘、倒锥形高频电磁感应加热线圈、红外测温仪、低频电磁感应加热线圈和温度传感器；
[0005]所述密封箱体上开设有螺纹孔，所述Z轴自动升降机有一对且均通过固定螺栓将Z轴自动升降机与密封箱体相连接，所述XY自动移动工作台通过固定螺栓与密封箱体底部相连接，实现加工路径的XY向移动，所述倒锥形高频电磁感应加热线圈、红外测温仪、低频电磁感应加热线圈和温度传感器设置在XY自动移动工作台上方且通过固定螺栓与密封箱体侧面相连接，所述倒锥形高频电磁感应加热线圈、红外测温仪、低频电磁感应加热线圈和温度传感器位于同一竖直线上，所述倒锥形高频电磁感应加热线圈和低频电磁感应加热线圈与三爪卡盘保持同心；
[0006]所述激光扫描振镜移动滑块置于一个Z轴自动升降机的滑轨中；所述激光扫描振镜与激光扫描振镜移动滑块通过固定螺栓相连接实现激光束离焦量的调整，对基体材料进行选区加热熔融和材料精密去除；
[0007]所述送料移动滑块置于另一个Z轴自动升降机的滑轨中，所述三爪卡盘与送料移动滑块通过固定螺栓相连接，实现金属棒料的装夹固定与移动，控制金属棒料进出磁场来实现熔融金属流体的通断。
[0008]作为本专利技术装置进一步改进：所述电磁感应加热熔融增材与激光精密减材的装置还包括同轴CCD监测相机，所述同轴CCD监测相机安装在述激光扫描振镜上，实时对成型过
程中的电磁感应熔融增材以及精密减材进行观察，提取特征参量来监测成型的质量。
[0009]作为本专利技术装置进一步改进：所述电磁感应加热熔融增材与激光精密减材的装置还包括废料自动盛接装置和废料支座，所述废料支座通过螺栓与密封箱体底部连接固定，所述废料自动盛接装置通过螺栓与废料支座相连接。
[0010]本专利技术提供一种电磁感应加热熔融增材与激光精密减材复合制造系统装置的使用方法，具体步骤如下：
[0011]在进行增减材复合制造加工时，将金属棒料装夹于三爪卡盘中，增材零件置于XY移动工作台上，金属棒料由送料移动滑块的驱动，在倒锥形高频电磁感应加热线圈中快速进退，通过倒锥形高频电磁感应加热线圈对金属棒料进行加热熔融，通过红外测温仪和温度传感器对熔融金属液柱实时反馈，并利用低频电磁感应加热线圈保证金属液柱始终处于一个理想的温度与熔融状态；
[0012]增材时，首先通过调节激光扫描振镜的位置保证激光束的离焦量处于合适的加工高度，然后启用高功率连续激光束对增材零件进行选区加热至半熔融状态，同时与经电磁感应加热作用后流下来的熔融金属形成冶金结合，预热激光束与熔融液柱同步运动，以实现零件的增材过程；
[0013]增材完成后，关闭高功率连续预热激光，启用与预热激光束光源同路的短脉冲激光束对需要加工的区域进行材料的去除，完成减材后关闭脉冲激光系统，根据需求进行单层或多层增材；
[0014]增材结束的同时，废料自动盛接装置同步移动至金属棒材的正下方，盛接熔融废料。
[0015]本专利技术提供了增减材复合制造应用
内的基于感应加热增材与激光减材的增减材制造方法与装置，包括密封箱体、XY自动移动工作台、Z轴自动升降机、激光扫描振镜、激光扫描振镜移动滑块、同轴CCD监测相机、送料移动滑块、三爪卡盘、倒锥形高频电磁感应加热线圈、红外测温仪、低频电磁感应加热线圈、温度传感器、废料自动盛接装置、废料支座。密封箱体上开设有螺纹孔，利用固定螺栓将Z轴升降机与之相连接；激光扫描振镜移动滑块置于Z轴升降机滑轨中；利用固定螺栓将激光扫描振镜与激光扫描振镜滑块相连接；送料移动滑块置于Z轴升降机滑轨中；利用固定螺栓将三爪卡盘与送料移动滑块相连接；将倒锥形高频感应加热线圈、红外测温仪、低频感应加热线圈和温度传感器分别利用固定螺栓与密封箱体相连接；将XY自动移动工作台利用固定螺栓与密封箱体底部相连接；利用固定螺栓将废料支座与密封箱体相连接；将废料自动盛接装置与废料支座利用固定螺栓相连接。本专利技术结构简单，拆装维护方便，密封箱体能够保证零件成型过程始终处于恒温恒压的惰性气体保护环境中，通过自动送料装置使金属棒料以合适的速度进入高频电磁感应加热线圈中进行加热熔融，倒锥形结构使得感应磁场聚焦在棒体材料的最下端，在重力的作用下保证连续流体的形成，调节电磁场强度能够实现对熔融流体直径的控制，并使得金属溶液始终处于电磁场中心位置以确保成型区域的精确控制，通过高灵敏度Z轴自动升降机驱动装置控制棒体快速材料进出磁场来实现熔融金属流体的通断，使用红外测温仪和温度传感器对熔融金属液柱实时反馈，并利用低频电磁感应加热线圈保证金属液柱始终处于一个理想的温度与熔融状态。利用高功率连续激光束对基体材料进行选区加热至半熔融状态，同时与流下来的熔融金属融合形成冶金结合，再利用短脉冲激光束进行材料的精密去除，
整个过程利用同轴CCD监测相机对成型过程中的电磁感应熔融增材以及精密减材进行观察，以提取特征参量来监测成型的质量。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的电磁感应加热熔融增材与激光精密减材复合制造系统装置总装配图；
[0017]图2为本专利技术的内部结构装置图；
[0018]图3为本专利技术的激光扫描振镜移动装置图；
[0019]图4为本专利技术的XY自动移动工作台图；
[0020]图5为本专利技术的的金属棒体材料装夹与自动驱动装置图；
[0021]图6为本专利技术的废料自动盛接装置图；
[0022]图7为增材零件图；
[0023]其中，1密封箱体，2倒锥形高频电磁感应加热线圈，3红外测温仪，4低频电磁感应加热线圈，5温度传感器，6Z轴自动升降机，7激光扫描振镜，8同轴CCD监测相机，9激光扫描振镜移动滑块，10M6螺栓，11XY自动移动工作台，12M8螺栓，13送料移动滑块，14M4螺栓，15三爪卡盘，16金属棒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电磁感应加热熔融增材与激光精密减材的装置，包括密封箱体(1)、XY自动移动工作台(11)、Z轴自动升降机(6)、激光扫描振镜(7)、激光扫描振镜移动滑块(9)、送料移动滑块(13)、三爪卡盘(15)、倒锥形高频电磁感应加热线圈(2)、红外测温仪(3)、低频电磁感应加热线圈(4)和温度传感器(5)，其特征在于；所述密封箱体(1)上开设有螺纹孔，所述Z轴自动升降机(6)有一对且均通过固定螺栓将Z轴自动升降机(6)与密封箱体(1)相连接，所述XY自动移动工作台(11)通过固定螺栓与密封箱体(1)底部相连接，实现加工路径的XY向移动，所述倒锥形高频电磁感应加热线圈(2)、红外测温仪(3)、低频电磁感应加热线圈(4)和温度传感器(5)设置在XY自动移动工作台(11)上方且通过固定螺栓与密封箱体(1)侧面相连接，所述倒锥形高频电磁感应加热线圈(2)、红外测温仪(3)、低频电磁感应加热线圈(4)和温度传感器(5)位于同一竖直线上，所述倒锥形高频电磁感应加热线圈(2)和低频电磁感应加热线圈(4)与三爪卡盘(15)保持同心；所述激光扫描振镜移动滑块(9)置于一个Z轴自动升降机(6)的滑轨中；所述激光扫描振镜(7)与激光扫描振镜移动滑块(9)通过固定螺栓相连接实现激光束离焦量的调整，对基体材料进行选区加热熔融和材料精密去除；所述送料移动滑块(13)置于另一个Z轴自动升降机(6)的滑轨中，所述三爪卡盘(15)与送料移动滑块(13)通过固定螺栓相连接，实现金属棒料(16)的装夹固定与移动，控制金属棒料(16)进出磁场来实现熔融金属流体的通断。2.根据权利要求1所述的一种电磁感应加热熔融增材与激光精密减材复合制造系统装置，其特征在于：所述电磁感应加热熔融增材与激光精密减材的装置还包括同轴CCD监测相机(8)，所述同轴CCD监测相机...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦俊科，孙圣元，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：