一种增材制造用表面清洁装置及方法制造方法及图纸

一种增材制造用表面清洁装置及方法，装置包括工作头、滚子、下机体、下压施力机构、上机体及移动执行机构；工作头中心处设有惰性气体排气管，惰性气体排气管底部设有滚子安装槽；滚子在安装槽内可上下窜动，槽口处设有密封挡圈，槽内壁面设有与惰性气体排气管导通的吹气沟槽；下机体上设有惰性气体进气管。方法为：控制表面清洁装置在设定速度下沿预定轨迹移动，同时施加下压力，滚子上窜至槽底，惰性气体经沟槽排出工作头，在正压力下滚子与沉积层表面产生摩擦力，通过摩擦力去除沉积层表面氧化层和附着物，碎屑由惰性气体吹离；清洁工作结束后，表面清洁装置离开沉积层，滚子下窜紧密贴合密封挡圈，惰性气体在非清洁工作情况下完成自动关闭。自动关闭。自动关闭。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用表面清洁装置及方法


[0001]本专利技术属于增材制造
，特别是涉及一种增材制造用表面清洁装置及方法。

技术介绍

[0002]增材制造作为一种新兴的制造技术，相较于传统的减材、等材制造技术，具有生产周期短、材料利用率高、制造灵活、能够实现复杂结构零件的近净成形，利用增材制造技术生产出的零部件，已广泛应用于航空航天、医疗、车辆等领域。
[0003]在金属增材制造技术中，定向能量沉积(DED)是应用最广泛的增材制造技术之一，其中最为常见的定向能量沉积技术又包括激光送粉增材制造技术(LDM)和电弧送丝增材制造技术(WAAM)。
[0004]由于定向能量沉积技术是在制造的过程中同步输送原料，无需提前预设粉末与支撑，因此定向能量沉积能够实现在任何形状的基板上进行沉积制造。正由于这种高灵活度与适用性，使得该技术在大型零部件的增材制造与增材修复领域得到了广泛的应用。
[0005]在铝合金、镁合金等有色金属材料的定向能量沉积中，由于金属本身的性质，难以避免的会与工作环境中的氧气发生反应，在沉积层表面产生氧化层，并且在沉积过程中，合金中的低沸点元素(锌、镁等)将发生烧损，产生固体烟尘，并附着在成形件表面。
[0006]然而，在增材制造采用的“逐层熔覆、叠层堆积”的工艺过程中，若不对成形件表面氧化膜和附着物加以处理，则会导致成形件内部产生缺陷。例如，在增材制造中的重熔过程中，表面的氧化层或者附着物会进入熔池充当杂质，从而使沉积层内部产生孔隙、夹杂和未熔合等缺陷，这些缺陷的产生会严重影响了增材制造成形件的力学性能与使用寿命。
[0007]因此，为了获得内部质量好、力学性能优异的增材制造成形件，采取一定措施，去除增材制造过程中成形件沉积层表面的氧化层与附着物十分必要。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种增材制造用表面清洁装置及方法，在增材制造过程中，能够对成形件沉积层表面的氧化层和附着物进行去除，减少沉积层内部缺陷的产生，优化沉积层的显微结构，提高沉积层的力学性能，延长增材制造成形件的使用寿命。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种增材制造用表面清洁装置，包括工作头、滚子、下机体、下压施力机构、上机体及移动执行机构；在所述工作头中心处安装有惰性气体排气管，在惰性气体排气管的底部开设有滚子安装槽，所述滚子位于滚子安装槽内，滚子在滚子安装槽内具有上下窜动自由度；在所述滚子安装槽的槽口处安装有密封挡圈，通过密封挡圈对滚子的下窜动自由度进行限位，在滚子安装槽的内壁面沿周向开设有多条吹气沟槽，吹气沟槽与惰性气体排气管相导通；所述工作头上端与下机体下端采用螺接方式连接，在下机体上设置有惰性气体进气管，惰性气体进气管与惰性气体排气管相
导通；所述上机体固定安装在移动执行机构上，所述下压施力机构固定安装在上机体底部，所述下机体固定安装在下压施力机构底部。
[0010]所述移动执行机构采用且不限于六轴关节机器人、三坐标机床。
[0011]所述下压施力机构采用且不限于气缸施力装置、液压缸施力装置、电动缸施力装置。
[0012]所述滚子采用且不限于球形滚子、圆柱形滚子。
[0013]一种增材制造用表面清洁方法，采用了所述的增材制造用表面清洁装置，具体为：在移动执行机构的驱动下，控制表面清洁装置整体在设定速度下沿预定轨迹进行移动，同时在下压施力机构的驱动下，通过下机体对工作头施加下压力，在下压力作用下，滚子上窜至滚子安装槽槽底侧，惰性气体从惰性气体排气管经吹气沟槽排出工作头，工作头通过滚子对成形件沉积层的表面产生正压力，进而通过滚子与沉积层表面的动摩擦因数使滚子对沉积层表面产生摩擦力，从而通过该摩擦力去除沉积层表面的氧化层和附着物，同时由工作头吹出的惰性气体将氧化层和附着物碎屑吹离沉积层与滚子表面；当清洁工作结束后，由移动执行机构控制表面清洁装置离开沉积层，滚子在重力和惰性气体双重作用下会下窜并与密封挡圈紧密贴合，促使惰性气体的吹气被阻断，完成非清洁工作情况下的惰性气体自动关闭。
[0014]在表面清洁过程中，将表面清洁装置与定向能量沉积装置进行交替或跟随使用。
[0015]在表面清洁过程中，表面清洁装置移动时的预定轨迹采用且不限于蛇形轨迹、螺旋形轨迹、之字形轨迹。
[0016]在表面清洁过程中，通过改变滚子与沉积层表面的动摩擦因数及正压力对摩擦力进行控制。
[0017]在表面清洁过程中，通过改变移动执行机构的移动速度和清洁执行次数对沉积层表面的氧化层和附着物去除层厚进行控制。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]本专利技术的增材制造用表面清洁装置及方法，在定向能量沉积增材制造过程中，通过滚子与沉积层表面的接触与摩擦，实现去除沉积层表面氧化层与附着物的目的，同时通过吹出的惰性气体，可将滚子和沉积层表面的氧化层和附着物碎屑及多余粉末吹去，减少成形件内部缺陷的产生，使得增材制造构件的力学性能更加优异。
[0020]本专利技术的增材制造用表面清洁装置及方法，在定向能量沉积增材制造过程中，能够提高沉积层表面平整度，提升增材制造结构件的成型质量与表面精度，在完成表面清洁后，沉积层表面更加平整，表面平整度实现提高，沉积层表面的最高点与最低点的标准偏差可控制在1mm以内，相邻沉积层中线偏差可控制在
±
0.5mm以内。
[0021]本专利技术的增材制造用表面清洁装置及方法，工作头采用螺纹连接的可拆卸结构，可针对不同的表面清洁需求更换不同类型的滚子，可运用于多种增材制造场合，具有较好的适用性。
[0022]本专利技术的增材制造用表面清洁装置及方法，依托移动执行机构，可实现表面清洁装置的移动速度与移动轨迹的灵活调节，可根据不同增材制造技术要求调节移动速度来满足不同清洁要求，可通过不同的移动轨迹适用大多数激光送粉增材制造与电弧送丝增材制造场景。
[0023]本专利技术的增材制造用表面清洁装置及方法，在定向能量沉积增材制造过程中，可同步进行沉积层的表面清洁，有效节省了成形件的制造的时间，自动化程度高，能够提高增材制造的生产率，提高经济效益。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的一种增材制造用表面清洁装置的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术的工作头、滚子及惰性气体排气管的组合体结构示意图；
[0026]图3为采用本专利技术的增材制造用表面清洁装置对沉积层表面进行清洁的示意图；
[0027]图4为本专利技术的增材制造用表面清洁装置对沉积层表面进行清洁时采用的清洁轨迹示意图(其中，图4a为蛇形轨迹，图4b为螺旋形轨迹，图4c为之字形轨迹)；
[0028]图中，1—工作头，2—滚子，3—下机体，4—下压施力机构，5—上机体，6—移动执行机构，7—惰性气体排气管，8—滚子安装槽，9—密封挡圈，10—吹气沟槽，11—沉积层，12—基板，13—惰性气体进气管，14—氧化层和附着物，F—正压力，f—摩擦力，V—移动速度。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用表面清洁装置，其特征在于：包括工作头、滚子、下机体、下压施力机构、上机体及移动执行机构；在所述工作头中心处安装有惰性气体排气管，在惰性气体排气管的底部开设有滚子安装槽，所述滚子位于滚子安装槽内，滚子在滚子安装槽内具有上下窜动自由度；在所述滚子安装槽的槽口处安装有密封挡圈，通过密封挡圈对滚子的下窜动自由度进行限位，在滚子安装槽的内壁面沿周向开设有多条吹气沟槽，吹气沟槽与惰性气体排气管相导通；所述工作头上端与下机体下端采用螺接方式连接，在下机体上设置有惰性气体进气管，惰性气体进气管与惰性气体排气管相导通；所述上机体固定安装在移动执行机构上，所述下压施力机构固定安装在上机体底部，所述下机体固定安装在下压施力机构底部。2.根据权利要求1所述的一种增材制造用表面清洁装置，其特征在于：所述移动执行机构采用且不限于六轴关节机器人、三坐标机床。3.根据权利要求1所述的一种增材制造用表面清洁装置，其特征在于：所述下压施力机构采用且不限于气缸施力装置、液压缸施力装置、电动缸施力装置。4.根据权利要求1所述的一种增材制造用表面清洁装置，其特征在于：所述滚子采用且不限于球形滚子、圆柱形滚子。5.一种增材制造用表面清洁方法，采用了权利要求1所述的增材制造用表面清洁装置，其特征在于具体为：在移动执行机构的驱动下，控制表面清洁装置整体在设定速度下沿预定轨迹进行移动，同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊俊振，杨光，孙博鹏，王超，钦兰云，张健，李长富，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：