[实用新型]一种金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及增材制造领域，尤其涉及一种金属薄板叠加制造复杂形 状零件的设备。

背景技术

增材制造又俗称3D打印，是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方 法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除(切削加工)技术，是一种“自 下而上”材料累加的制造方法。相比传统制造技术，增材制造具有能够成型 复杂形状零件、成型精度高、节约材料等优点。而金属增材制造由于能够直 接制造结构致密、冶金结合的高精度金属零件，成为了目前最热门的制造技 术。

目前金属增材制造的成型材料主要是粉末材料，根据不同的送粉模式， 分为预置式送粉模式和同轴喷粉模式两种，其中激光选区熔化和电子束选区 熔化就是预置式送粉模式的代表技术，激光近净成型就是同轴喷粉模式的代 表技术。这类粉末材料的金属增材制造技术能够成型结构致密、冶金结合的 金属零件，而且能够成型一些传统切削方式无法成型的复杂形状零件。

但是粉末材料的金属增材制造技术也存在以下的一些缺陷：首先，预合 金金属粉末材料的成本较高；而且每一层都需要通过激光束或电子束扫描熔 化，成型的时间较长；其次，传统金属打印的加工零件范围受限，目前主要 的加工零件范围在250×250×250mm范围以内，在一些航空航天、模具等较 大型零件的直接成型应用上受限；最后，传统金属3D打印技术无法解决的难 题是成型件内部应力大，成型过程中易出现球化、翘曲和飞溅等缺陷，使成 型出的金属零件表面相对粗糙或出现变形。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种金属 薄板叠加制造复杂形状零件的设备。本实用新型具有成型效率高、成型精度 高、材料来源较广泛等优点，能够弥补粉末类金属增材制造的不足。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种金属薄板叠加制造复杂形状零件的设备，包括密封加工仓、光学加 工系统和工控机22，其特征在于：所述密封加工仓的底部轴向依次设置有升 降式焊接仓10、切割仓11和升降式材料仓12；密封加工仓还设置有由工控 机22控制的材料传送机构，该材料传送机构包括设置在密封加工仓内侧壁的 可伸缩的移动杆19、设置在可伸缩的移动杆19端部的吸盘20和设置在密封 加工仓外部的用于给吸盘20提供吸力的空压机21；

所述升降式焊接仓10、切割仓11和升降式材料仓12的上部端口位置， 分别设有连接空压机21的工件吸附机构。

所述密封加工仓设置有气体循环过滤装置7，气体循环过滤装置7用于过 滤加工过程中产生的烟尘和杂质。

所述光学加工系统包括依次连接的光纤激光器1、扩束镜2、振镜、聚焦 镜6；所述振镜为激光切割振镜4或者激光焊接振镜5。

所述工件吸附机构为吸管16，吸管16通过管路连接空压机21，通过吸 管16的吸附力将工件进行固定。空压机21是为工件(材料)提供气体压力， 并控制气压的间歇性开闭。

所述密封加工仓内部设有惰性气体喷气口19，惰性气体喷气口19连通设 置在密封加工仓外部的惰性气体储存罐8。

所述光纤激光器1波长为1064nm，激光功率20～100W可调，光束质量 M²＜1.1。

所述激光切割振镜4入射光孔径为30mm，响应时间低于1微秒，扫描范 围为350×350mm；所述激光焊接振镜5入射光孔径为20mm，响应时间低于 0.5微秒，扫描范围为250×250mm。所述聚焦镜6为F-θ聚焦镜。

金属薄板叠加制造复杂形状零件的加工方法如下：

步骤一：三维模型数据处理

首先，在金属薄板底部添加高度为2mm的竖直支撑杆，作为成型基板和 薄板的连接部分，方便加工结束后将成型后的零件从成型基板上切割下来； 然后，在水平方向为薄板添加三根方形定位连接杆，使薄板在加工过程中能 够精确定位，使零件成型过程更加稳固；最后，以成型的薄板厚度作为层厚， 为三维零件分层，然后计算出每一层的轮廓数据和关键焊接点位；

步骤二：激光叠层加工