[发明专利]一种增减材复合成型设备及加工方法

说明书

一种增减材复合成型设备及加工方法，包括机箱，机箱内设有工作台，工作台底面设有XY轴移动机构，所述机箱内设有主轴，该主轴与驱动器连接，主轴的左侧装设有减材成型工具库，主轴的右侧装设有增材成型工具库和送粉激光喷头，主轴下端装设有工作头，送粉激光喷头通过激光光纤与激光器连接，送粉激光喷头通过送粉管与送粉器连接，激光送粉器通过管路与保护气供给装置连接，保护气供给装置通过气管与送粉激光喷头连接。本发明提高了快速成型加工和切削加工的效率，提升加工质量。

技术领域

本发明涉及一种增减材复合成型设备及加工方法。

背景技术

激光熔融快速成形技术保留了传统 3D 打印可实现柔性设计和制造、减少产品研发制造的成本以及周期、可一次成形复杂结构零件等一系列优势。同时，与其它金属零件3D打印技术相比，激光熔融快速成形技术所成形零件的尺寸更大，成形速度更快，粉末利用率更高。但采用激光熔融成形技术加工时，在零件表面流淌有一层质地致密、坚硬的不规则外层面， 零件表面存在明显的台阶效应， 平整度与光洁度不高，生成的金属制件由于很难再进行后处理，致使所获得的零件产品在精度和表面质量上存在较大的问题，从而严重影响了该 3D 打印技术在精密零件制造产业上的广泛推广和应用。

目前市场上主流的激光喷头多采用的是多路同轴光外送粉，采用了多层粉路环状包围激光束的结构，在激光快速成形中，粉末的入光路线为斜抛运动路线，金属粉末斜抛进入激光熔池，粉斑会聚较大，且不易保持原位，限制了其在零件制造过程中精度的进一步提高。同时，多路同轴粉末不能够完全消除方向性问题，激光扫描轨迹方向的变化时，粉末熔覆量会有所变化，导致所形成的金属零件的厚度和高度波动较大，难以保证均匀一致，这种波动在后续的堆积中不能够被消除，形成误差的积累。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种增减材复合成型设备和方法，提高了快速成型加工和切削加工的效率，提升加工质量。为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种增减材复合成型设备，包括机箱，机箱内设有工作台，工作台底面设有XY轴移动机构，所述机箱内设有主轴，该主轴与驱动器连接，主轴的左侧装设有减材成型工具库，主轴的右侧装设有增材成型工具库和送粉激光喷头，主轴下端装设有工作头，送粉激光喷头通过激光光纤与激光器连接，送粉激光喷头通过送粉管与送粉器连接，激光送粉器通过管路与保护气供给装置连接，保护气供给装置通过气管与送粉激光喷头连接。

所述激光器还通过管路与冷水机连接，冷水机通过冷水管与送粉激光喷头连接。

所述送粉激光喷头是一种反射式中空激光光内送粉激光喷头，该送粉激光喷头内设置喷气管和出粉管，该喷气管、出粉管和送粉激光喷头同轴设置。

所述减材成型工具库通过连接装置与主轴后侧的立柱连接，减材成型工具库可为斗笠式或伞型式；增材成型工具库通过连接装置与主轴后侧的立柱连接，增材成型工具库可为斗笠式或伞型式。

一种增减材复合成型设备的加工方法，包括以下步骤：

S1，先进行增材操作，将送粉激光喷头装配在主轴的工作头上，工作台按照加工指令运动，送粉激光喷头同轴输出金属粉末、激光束和保护气，随着工作台的移动在工作台上进行熔敷；

S2,熔敷完一层后，主轴向上抬升至设定高度，工作台按照加工指令继续运动，重复进行熔敷操作形成叠层，逐层叠加造型使叠层厚度达到切削刀具的有效刃长；

S3,主轴向上抬升至预设安全高度，进行送粉激光喷头与切削刀具的切换，从减材工具库中抓取切削刀具装配到主轴的工作头上，利用切削刀具对叠层侧面进行切削加工；

S4,反复进行熔敷、叠层造型和高速切削加工；

S5,最终形成具有精密加工表面的立体形状造型。