[发明专利]一种电弧增材混合制造复杂悬空结构支撑件的制造方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种电弧增材混合制造复杂悬空结构支撑件的制造方法，步骤如下：对零件三维模型结构特征识别，用三维建模软件UG建立目标零件的CAD几何模型，并提取STL模型，对STL模型进行切片处理，对切片数据进行三次分段NURBS曲线插值，给定步长，反求出曲线上的点，这些点即为焊枪触点；待全部层片堆叠完成，焊枪息弧，整个支撑件包裹其中，即得到成形的悬空结构。本发明能实现电弧增材制造支撑件的快速成形，为具有大跨度结构、外伸结构等悬空特征的模型提供支撑，大大提升了产品的成型质量。对实体模型的形状精度、尺寸精度、表面质量的提高及其后处理具有十分重要的作用。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种电弧增材混合制造复杂悬空结构支撑件的制造方法。

背景技术

航空航天飞行器及武器装备的快速发展对高性能金属结构件提出了更高的要求，大型化、整体化、轻量化、复杂化的金属结构件得到广泛应用。针对该类金属结构件，传统的制造工艺为铸造-热成形-热处理-冷成形或机加工，其生产周期长，材料利用率低，传统制造模式难以满足型号研制和生产过程高效、低成本的制造需求。金属增材技术作为一种无模制造技术，可通过计算机建模实现复杂外形结构件的快速、高效、近净成形，该技术已成为复杂金属结构件极具潜力的制造技术。

目前，根据采用的热源不同，金属增材制造技术主要包括3类：激光增材、电子束增材和电弧增材；根据原料分类可分为铺粉(粉床)、吹粉(同轴、旁轴)和送丝三大类。电弧增材制造技术(Wire Arc Additive Manufacture,WAAM)是一种利用逐层熔覆原理，以电弧为热源，通过焊丝的添加，在程序的控制下,根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。电弧增材制造系统平台硬件一般由机器人、变位机、焊机、送丝机等主要设备组成，通过通讯接口的连接实现机器人程序对各主要输入输出设备的控制。该技术主要基于TIG、MIG、SAW等焊接技术发展而来，成本低，材料利用率高。成形零件由全焊缝构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成形环境对成形件尺寸无限制，成形速率可达每小时几公斤。引入数控铣克服其成形精度差的缺陷，再在增材成形过程集成锻打工艺进一步提高焊道材料的机械性能。从其技术构成和原理不难看出，电弧增材与铸锻铣一体化制造是大尺寸复杂构件的低成本、高效快速近净成最有发展前景的技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种电弧增材混合制造复杂悬空结构支撑件的制造方法，实现电弧增材制造支撑件的快速成形，为具有大跨度结构、外伸结构等悬空特征的模型提供支撑，大大提升了产品的成型质量。这对于实体模型的形状精度、尺寸精度、表面质量的提高及其后处理具有十分重要的作用。

本发明的技术方案如下：

一种电弧增材混合制造复杂悬空结构支撑件的制造方法，步骤如下：

第一步，对零件三维模型结构特征识别，用三维建模软件UG建立目标零件的CAD几何模型，并提取STL模型。

第二步，对STL模型进行切片处理，在STL模型切片的基础上，对切片数据进行三次分段NURBS曲线插值，给定步长λ，反求出曲线上的点，这些点即为焊枪触点，通过公式(1)计算出焊枪位点，实现数控加工路径的规划，生成增材所需的G代码文件A，并将代码发送至机器人；

式中：—焊枪位点；—焊枪触点；R—焊枪半径；—焊枪触点的单位法向量。

第三步，将UG所建的目标零件几何模型导入CAM仿真软件中，进行路径规划，生成G代码文件B，并将G代码发送至数控折弯机；

第四步，启动数控折弯机，运行G代码文件B，将焊丝折成所需支撑件；

第五步，启动机器人，运行代G代码文件A，按照规划路径，机器人控制焊枪，开始在第三步得到的支撑件上堆叠，数控机床上焊丝在送丝机的驱动下由送丝嘴送入熔池中，按照规划路径逐层进行金属薄层堆叠；