[发明专利]增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统及方法

说明书

本发明公开了一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统及方法，所述系统包括：增材制造模块、减材切削模块、激光预热模块、模块切换单元、控制单元和工作台；所述增材制造模块、所述激光预热模块、所述减材切削模块均安装在所述模块切换单元上；所述增材制造模块、所述减材切削模块、所述激光预热模块、所述模块切换单元、所述工作台均与所述控制单元连接；所述工作台用于放置待成形零件。本发明通过在线激光预热模块能够有效地提高材料的切削性能，延长刀具寿命，并彻底消除传统增材和增减材工艺对额外退火热处理工序的要求。此含有激光辅助切削模块的增减材复合制造系统能够生产高复杂度、高精度的零件。

技术领域

本发明属于零件加工制造领域，具体涉及一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统及方法。

背景技术

传统的减材制造方法渐渐无法满足近年来工业领域高端零件设计与快速制造越来越迫切的需求。近些年来兴起的增材制造技术由于其一系列优点，如快速、灵活、低浪费等，很好地弥补了传统制造方法的不足，适合复杂零件的快速制造。然而，增材制造的方法也有着许多难以克服的劣势，比如表面粗糙度高，热应力明显，易形变，精度差等，限制了其在先进零件制造领域的应用。为了提高增材制造零件的适用性，往往需要二次成型或加工过程如热处理、表面修型等，降低了加工效率并增加了操作复杂性。

为了解决这些问题，将增材制造和减材切削相结合已经成了行业研究和产品研发的热点。通过增材和减材的结合，成形零件的表面粗糙度和成形精度都能够在减材过程中得到保证，复杂零件的中空部位和内孔可以通过成形过程中的减材切削来加工，避免了纯增材制造方法中难以去除的支撑结构，极大地提高了制造效率和加工质量。然而，现有的增材减材相结合的工艺也有非常明显的劣势。因为高能束增材制造过程中熔池尺寸小、冷却速率极快，整个凝固过程中材料处于非稳态，凝固组织内部微观缺陷多，位错密度高，导致材料硬而脆，非常不利于切削操作，致使刀具磨损大，寿命短。

激光辅助切削作为一种有效的表面改性方法能够软化待切削材料，减少材料微观组织缺陷，降低位错密度，提高材料延展性；同时，随着材料软化和延展性的提高，切削力将大大降低，减少了刀具磨损并延长了刀具寿命。此外，介于零件的内部微观和高位错密度，增材或增减材处理后的零件还需要最终的整体离线退火热处理工序。至此，将激光辅助切削用于增材制造过程并消除离线退火热处理的方法尚无报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统及方法，解决现有技术中增材制造零件的适用性差、加工操作复杂、表面粗糙度高、加工精度差以及减材制造零件刀具磨损的问题。

为解决上述问题，本发明一方面提供了一种增材制造和激光预热辅助减材切削的复合制造系统，所述系统包括：增材制造模块、减材切削模块、激光预热模块、模块切换单元、控制单元10和工作台；所述增材制造模块、所述激光预热模块、所述减材切削模块均安装在所述模块切换单元上；所述增材制造模块、所述减材切削模块、所述激光预热模块、所述模块切换单元、所述工作台均与所述控制单元10连接；所述工作台用于放置待成形零件12。

优选地，所述增材制造模块包括送粉器1、送粉喷嘴2、增材制造激光源9，所述送粉器1与所述送粉喷嘴2连接，所述送粉喷嘴2靠近所述增材制造激光源9设置，并能够将所述送粉器1中的原料送至所述增材制造激光源9的热源聚焦处，所述增材制造激光源9与所述控制单元10连接。

优选地，所述减材切削模块包括铣削刀具6和驱动电机7，所述铣削刀具6连接于所述驱动电机7的输出转轴，所述驱动电机7连接于所述控制单元10。

优选地，所述减材切削模块还包括放置有多种铣削刀具的刀具库5，所述铣削刀具6通过所述控制单元10进行更换。