[发明专利]空间扭曲曲面的叶轮叶片的五轴联动打印方法

说明书

本发明公开了一种空间扭曲曲面的叶轮叶片的五轴联动打印方法，建立叶轮叶片CAD三维模型，对叶轮叶片进行分层，提取每层轮廓线上参考点的层高和宽度信息；确定参考点的层高信息和宽度信息与激光功率、送粉量及扫描速度的函数关系；将参考点的层高信息和宽度信息通过数据库检索或者函数计算得到激光的功率、送粉量及扫描速度的数据，通过CAM系统生成包含轨迹参考点位，刀轴方向，激光功率，送粉量和扫描速度的机床的控制代码，输入数控五轴增材制造装备，对叶轮叶片进行打印。本发明的优点在于：本发明生成与模型几乎一致的制造用的程序，制造出的零件形状最大限度接近设计形状。增材制造过程机构运动流畅，制造效率高。

技术领域

本发明涉及一种打印方法，尤其涉及一种空间扭曲曲面的叶轮叶片的五轴联动打印方法。

背景技术

三元叶轮广泛应用在航空发动机，蒸汽轮机，空气压缩机鼓风机等产品上，叶轮的叶片在空间上扭曲的曲面，压缩的液体流动损失小，效率更高。传统的三元叶轮制造方法包括五轴加工中心加工，电解加工，化学腐蚀等，这些方法加工效率不高，由于使用材料去除的方法去除大量的叶片中间材料，材料利用率低。近年来出现使用激光近净成形制造的方式制造叶轮的方法。

激光近净成形(LENS)是使用激光作为热源，使用金属粉末或者丝材作为原料，通过数控CNC装备的运动，实现金属材料的层层叠加，建造特殊形状的零件。通常的CNC装备为三轴(XYZ)运动,用平面均匀厚度的切片方法来实现增材制造。虽然机构简单易于实现，但是针对空间复杂形状结构，需要设计和制造大量的辅助支撑；同时，由于切片是平面的，很多较平坦的区域表面质量差，不得不减少切片的厚度，来提高表面质量，但是却降低了制造的效率。

申请号为201510481989.7一种三元叶轮叶片激光近净成形方法，该发明公开了一种三元叶轮叶片激光近净成形方法，该发明使用三轴的CNC数控设备，其原理根据叶轮叶片倾斜角度和扭转角度将整个叶轮叶片分段，针对分段叶轮叶片，为激光束与垂直方向设定合理的预设夹角，然后进行叶轮叶片成形。

该发明由于使用三轴的CNC数控设备，无法直接制造扭曲的叶片曲面，所以把零件分成若干段扭转制造。首先扭转激光头偏转的过程需要人工干预，偏转后要重新设置制造基准点，增加制造的不可控性。叶片是连续光滑的曲面，分段制造必须加大零件的余量，增加增材制造和去除余量的时间，增加材料和能源的消耗。该发明没有从根本上改变分层的方式，增材制造后零件的表面会有很多台阶。

发明内容

针对传统三轴激光近净成形增材制造的平面分层切片加工余量大，表面粗糙等问题，提出空间的非均匀厚度分层切片方式，每个切片层中间的层高可以逐渐变化；同时，在扫描运动轨迹的的垂直方向上，沉积的宽度也可以逐渐变化。

这种空间扭曲曲面的叶轮叶片的五轴联动打印方法，步骤如下：

A.建立叶轮叶片CAD三维模型，对叶轮叶片进行分层，提取每层轮廓线信息，并同时在每层切片上提取参考点的层高及宽度信息；

B.确定参考点的层高信息与激光功率、送粉量及扫描速度的函数关系；

C.确定参考点的宽度信息与激光功率、送粉量及扫描速度的函数关系；

D.将参考点的层高信息与激光功率、送粉量及扫描速度的函数关系和参考点的宽度信息与激光的功率、送粉量及扫描速度的函数关系，通过CAM生成机床的控制代码并输入五轴增材制造装备，对叶轮叶片进行打印。

所述的激光也可以为离子束、电子束以及电弧等热源。

所述的送粉也可以为送丝，就是说送进的材料可以为粉末也可以为丝材。