静电喷附激光选域共形增材制造成形系统与工艺技术方案

发明专利技术提供静电喷附激光选域共形增材制造成形系统与工艺。该系统包括静电喷附子系统、激光选域共形增材制造子系统、除料及回收子系统、环境保护子系统、计算机控制子系统。通过静电喷附工艺在复杂形状基材上实现单材料与多材料的共形喷附，然后结合可跨尺度的激光选域扫描成形工艺对铺附材料进行熔化或烧结成形，最后通过逐层共形增材制造/再制造出目标三维结构。结构。结构。

【技术实现步骤摘要】
静电喷附激光选域共形增材制造成形系统与工艺


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，特别涉及静电喷附激光选域共形增材制造成形系统与工艺。

技术介绍

[0002]随着高端装备对功能零部件综合性能要求的不断提升，单一零部件需要实现材料
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结构
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功能的高度集成。多材料、跨尺度、共形增材制造技术是实现结构功能一体化零件成形的重要途径。
[0003]目前工业应用中主流的增材制造技术主要有粉末床式与直接能量沉积式两种：
[0004]粉末床式增材制造因其较高的成形精度与表面质量，在高质量复杂异形结构零件成形方面具有突出优势，但其成形尺寸受限于粉末床成形范围制约，粉末利用率低，难以实现成形效率与精度的兼顾。此外，粉末床式增材制造受限于传统铺粉工艺限制，不适合铺制两种或两种以上类型的材料，也无法实现共形铺粉，故难以实现多材料与共形增材制造。
[0005]直接能量沉积式金属增材制造因其成形范围大、成形效率高，而在大尺寸结构件快速成形方面应用广泛，相比于粉末床式易于实现多材料与共形增材制造，但其又受限于较差的成形精度与表面质量，也难以实现跨尺度增材制造。
[0006]尽管金属增材制造技术已取得显著进展，但现有金属增材制造技术难以在兼顾精度与效率前提下实现多材料、跨尺度、共形增材制造。
[0007]鉴于此，开发一种静电喷附激光选域共形增材制造成形系统与工艺具有重要意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供静电喷附激光选域共形增材制造成形系统与工艺，以解决现有技术中存在的问题。
[0009]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，静电喷附激光选域共形增材制造成形系统，包括静电喷附子系统、激光选域共形增材制造子系统、计算机控制子系统和基材。计算机控制子系统进行共形增材制造或再制造路径规划，并协同控制静电喷附子系统和激光选域共形增材制造子系统。所述静电喷附子系统在基材上逐层随形喷附打印材料。激光选域共形增材制造子系统对打印材料进行熔化或烧结成形，逐层共形增材制造或再制造出目标三维结构。
[0010]进一步，所述打印材料为粉体材料，或者粉体材料与液体材料形成的混合料。
[0011]进一步，所述打印材料为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料或复合材料中的一种或多种的混合。
[0012]进一步，所述基材采用金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料或复合材料制得。
[0013]进一步，所述静电喷附子系统为可扩展式系统，包括静电喷附控制模块和供气模
块，以及一个或多个相互独立供料的静电喷附装置。所述静电喷附装置包括供料装置和喷附头。所述喷附头喷附材料并给打印材料荷电。
[0014]进一步，多个相互独立供料的静电喷附装置进行多种材料的同时或非同时的组合喷附。各个静电喷附装置受静电喷附控制模块协调控制，工作时各独立供料的静电喷附装置可根据用户定义选择启用或禁用。静电喷附装置的数量根据打印材料的种类需求配备，且不少于所需制备材料种类的数量。
[0015]进一步，所述基材布置在可变位平台上。所述激光选域共形增材制造子系统包括激光成形装置和运动执行装置。所述激光成形装置包括激光器、光路系统、振镜工作头和激光工作头。
[0016]进一步，还包括除料及回收子系统。所述除料及回收子系统用于除去烟尘或飞溅物，以及除去与回收未被熔化/烧结的打印材料。
[0017]进一步，还包括环境保护子系统。所述环境保护子系统输送保护气体。
[0018]本专利技术还公开上述任意一项所述的成形系统的静电喷附激光选域共形增材制造成形工艺，包括以下步骤：
[0019]1)将用户设计的待制造或待再制造模型导入软件进行切片，生成共形增材制造控制程序。所述共形增材制造控制程序指协调控制各个子系统的命令程序与路径规划控制程序，由计算机控制子系统生成并实现协同控制。
[0020]2)启动共形增材制造程序，计算机控制子系统协调控制各个子系统工作。
[0021]3)静电喷附子系统在基材表面进行共形喷附材料。所述共形喷附指在复杂形状基材上随形喷附材料。
[0022]4)激光选域共形增材制造子系统对粉层进行选域熔化/烧结成形。
[0023]5)根据需求进行选择性除料与回收。
[0024]6)重复3)、4)和5)逐层共形增材制造直至目标结构制造完成。
[0025]7)关闭共形增材制造程序，完成制造。
[0026]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的：
[0027]A.对喷附的材料与基材材料种类无严苛要求，可以实现金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料中一种或多种材料的增材制造，并可实现单层多材料、多层多材料、混合多材料相结合的增材成形。
[0028]B.可以实现材料高效喷附且范围可调，突破粉末床式铺粉范围限制，可根据实际需求实现面向大尺寸结构的大范围高效激光扫描成形与面向精细结构的微域高精度激光扫描成形，在兼顾效率与精度的前提下实现跨尺度增材制造。
[0029]C.通过静电喷附方式取代机械铺粉与同步送粉方式，实现高效高精度共形铺粉，再结合激光选域熔化/烧结的方式实现在复杂形状基材上的共形增材制造，粉末利用率高，经济环保。
附图说明
[0030]图1为静电喷附激光选域共形增材制造成形系统示意图；
[0031]图2为实施例10中静电喷附激光选域跨尺度共形增材制造示意图；
[0032]图3为实施例11中可扩展式静电喷附子系统的可扩展式喷附头及其喷附材料示意
图；
[0033]图4为实施例12中静电喷附激光选域共形增材再制造修复示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。
[0035]实施例1：
[0036]参见图1，本实施例提供静电喷附激光选域共形增材制造成形系统，包括静电喷附子系统1、激光选域共形增材制造子系统2、计算机控制子系统5和基材7。计算机控制子系统5进行共形增材制造或再制造路径规划，并协同控制静电喷附子系统1和激光选域共形增材制造子系统2。所述静电喷附子系统1在基材7上逐层随形喷附打印材料。所述激光选域共形增材制造子系统2包括激光成形装置和运动执行装置。所述激光成形装置包括激光器、光路系统、振镜工作头和激光工作头。激光选域共形增材制造子系统2对打印材料进行熔化或烧结成形，逐层共形增材制造或再制造出目标三维结构。
[0037]值得说明的是，在实际生产中，静电喷附子系统1通过放电电极及其所产生的气体电离区、电子或离子撞击给粉体材料荷电。
[0038]实施例2：
[0039]本实施例主要内容同实施例1，其中，所述打印材料为粉体材料，或者粉体材料与液体材料形成的混合料。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.静电喷附激光选域共形增材制造成形系统，其特征在于：包括静电喷附子系统(1)、激光选域共形增材制造子系统(2)、计算机控制子系统(5)和基材(7)；计算机控制子系统(5)进行共形增材制造或再制造路径规划，并协同控制静电喷附子系统(1)和激光选域共形增材制造子系统(2)；所述静电喷附子系统(1)在基材(7)上逐层随形喷附打印材料；激光选域共形增材制造子系统(2)对打印材料进行熔化或烧结成形，逐层共形增材制造或再制造出目标三维结构。2.根据权利要求1所述的静电喷附激光选域共形增材制造成形系统，其特征在于：所述打印材料为粉体材料，或者粉体材料与液体材料形成的混合料。3.根据权利要求1所述的静电喷附激光选域共形增材制造成形系统，其特征在于：所述打印材料为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料或复合材料中的一种或多种的混合。4.根据权利要求1所述的静电喷附激光选域共形增材制造成形系统，其特征在于：所述基材采用金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料或复合材料制得。5.根据权利要求1所述的静电喷附激光选域共形增材制造成形系统，其特征在于：所述静电喷附子系统(1)包括静电喷附控制模块(1
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2)和供气模块(1
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3)，以及一个或多个相互独立供料的静电喷附装置；所述静电喷附装置包括供料装置(1
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4)和喷附头(1
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1)；所述喷附头(1
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1)喷附材料并给打印材料荷电。6.根据权利要求5所述的静电喷附激光选域共形增材制造成形系统，其特征在于：多个相互独立供料的静电喷附装置进行多种材料的同时或非同时的组合喷附；各个静电喷附装置受静电喷附控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹华军，刘蒙霖，伊浩，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：