[发明专利]一种大型金属零件的增材制造方法及装置

权利要求书

1.一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1获取待成形零件的三维CAD模型，对所述模型进行切片处理，然后提取各层的内外轮廓数据，并根据各层的内外轮廓数据生成各层对应的轮廓沉积路径；

S2采用增材制造方法按照轮廓沉积路径进行一层或多层沉积，以形成具有所需厚度和高度的金属腔体；

S3将已经熔炼好的液态金属注入金属腔体内，直至充满整个金属腔体；

S4当注入的金属处于凝固或者半凝固状态时，使用轧辊或挤压装置沿已经凝固或半凝固的零件表面进行轧制处理；

S5轧制完成后，重复步骤S2～S4以完成整个零件的制造。

2.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，所述金属腔体成形的增材制造方法为电弧熔丝增材制造、激光送粉增材制造或激光送丝增材制造。

3.如权利要求2所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，电弧熔丝增材制造的工艺优选为：焊丝直径为1.2mm，焊接电流为200A、电压为20V，焊接速度为4.5mm/s。

4.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，沉积金属腔体的材料和浇铸的填充材料为同种或异种材料。

5.如权利要求4所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，当填充材料和金属腔体材料为同种材料时，液态金属的浇铸温度高于填充材料熔点50～150℃；当填充材料和金属腔体材料为异种材料时，填充材料的熔点高于金属腔体材料熔点时，液态金属的浇铸温度高于填充材料熔点20～60℃，填充材料的熔点低于金属腔体材料熔点时，液态金属的浇铸温度高于金属腔体材料熔点70～200℃。

6.如权利要求4所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，金属腔体的材料为不锈钢焊丝，浇铸的填充材料为碳钢材料，以制备获得芯部强度高且表面具有耐腐蚀性能的零件。

7.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，所述金属腔体的厚度为5-20mm，高度为10-70mm。

8.如权利要求7所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，所述金属腔体的厚度为10mm，高度为50mm。

9.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，步骤S2中，增材制造方法还用于在金属腔体内部制造加强型结构，以提高零件整体强度；所述加强型结构的材料与浇注的材料不同，形成异种金属结构。

10.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法，其特征在于，在注入液态金属前使用机械加工对所沉积的金属腔体进行修整；在使用轧辊或挤压装置对填充金属进行多次碾压时，金属的表面温度不低于材料回复再结晶温度，以避免因碾压而出现裂纹。

11.一种用于实现权利要求1-10任一项所述方法的装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取待成形零件的三维CAD模型，对所述模型进行切片处理，然后提取各层的内外轮廓数据，并根据各层的内外轮廓数据生成各层对应的轮廓沉积路径；

增材制造模块，用于按照轮廓沉积路径进行一层或多层沉积，以形成具有所需厚度和高度的金属腔体；

浇铸模块，用于将已经熔炼好的液态金属注入金属腔体内，直至充满整个金属腔体；

轧制模块，用于当注入的金属处于凝固或者半凝固状态时，沿已经凝固或半凝固的零件表面进行轧制处理。