[发明专利]一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置

说明书

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置。该装置包括控制中心、增材制造系统、碎屑及粉末收集系统、减材加工及接触测量系统和辅助送粉系统，可以实现增减材复合制造过程，同时实现零件尺寸及精度的实时检测反馈，解决了复杂结构件精密成形中的表面质量及尺寸检测难题。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置。

背景技术

选区熔化成形技术，通过聚焦精细光源照射预先铺展好的金属粉末，逐层堆积成三维金属零件。选区熔化成形具有能够获得快速凝固的非平衡组织，内部晶粒细小，综合力学性能优异、可成形结构复杂的零部件等诸多优点。

目前由于粉末粒径、快速加热冷却过程产生的变形等因素的影响，选区熔化成形尺寸精度在20-50μm，表面粗糙度在20-50μm，这种表面质量能够满足一般产品的要求。但是对内形结构复杂且表面要求质量高的零部件(如异曲面内流道)，成形精度和表面粗糙度达不到要求(成形精度要求3-10μm，表面粗糙度要求1-3μm、)，且这种内形复杂的构件在增材制造成形后又很难或无法通过后续的机加工工艺(如铣削、抛光等)改善，由此限制了选区熔化技术在精密构件成形上进一步应用。

增材制造与减材制造技术具有各自的优点，将增材与减材结合的增减材复合制造技术融合了两者的综合优点。而目前国内外关注的增减材复合制造技术主要集中在基于送粉的激光熔化沉积(Laser Melting Deposition)增材制造与数控加工的复合，且已经有相关的专利装置和成功应用案例，该工艺能够顺利发展的主要原因之一是复合制造过程不存在粉末对减材加工刀具影响以及切削碎屑对下一层送粉成形的影响。但是基于粉末床熔融的选区熔化技术不同于基于送粉的熔化沉积增材制造技术，其需要在成形腔一层层铺满粉末，且成形件被粉末包围，因此就需要考虑成形腔中的粉末对减材加工的影响以及减材加工产生的碎屑对下一层成形过程的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置，以解决如何实时测定增减材复合制造后的尺寸精度和表面粗糙度的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置；该装置包括控制中心、增材制造系统、碎屑及粉末收集系统、减材加工及接触测量系统和辅助送粉系统；

控制中心，用于控制各个系统的协调工作；

增材制造系统，用于通过增材制造方法打印零件；

碎屑及粉末收集系统，用于在减材加工前清理零件成形体附近粉末，以及在减材加工完成后收集成形体周围产生的碎屑；

减材加工及接触测量系统，用于对成形体进行减材加工，以及对成形体的尺寸精度和粗糙度进行测量；

辅助送粉系统，用于对成形体附近采用区域送粉，将减材加工及碎屑清理后在成形体附近形成的缺粉区域填平，达到同周围区域相近，保证下一道铺粉过程后，整层粉末高度一致，保证选区成形的正常进行。

进一步地，增材制造系统包括增材制造系统：包括供粉缸、刮刀、激光系统、收粉缸、过滤回收系统和成形缸；其中，供粉缸用于装载成形需要的金属粉末；成形缸用于零件的成形；收粉缸用于铺粉过程多余粉末的收集；激光系统用于提供增材制造过程中的光源；刮刀用于将供粉缸中的金属粉末平整铺展在成形缸上用于零件成形；过滤回收系统，用于将收集的残余金属粉末和加工碎屑过滤回收。

进一步地，减材加工及接触测量系统，根据测定的数据和真实零件尺寸轮廓数据进行对比分析，获取零件的减材过程机加补偿值，构成零件减材过程的机加补偿量数据库。