[发明专利]一种飞行器蒙皮-桁条结构复合增材减材制造系统与方法

权利要求书

1.一种飞行器蒙皮-桁条结构复合增材减材制造系统，其特征在于：包括冷金属过渡(CMT)电弧增材制造子模块、激光熔化沉积(LMD)增材制造子模块、机器人铣削加工减材制造子模块，其特征在于，包括蒙皮(1)、六轴机器人(2)、送丝机(3)、CMT焊接电源(4)、工控机(5)、光纤激光器(6)、供粉机(7)、铣刀(8)、焊枪(9)、激光熔覆头(10)、夹持装置(11)、弧焊机器人(12)、工作台(13)、桁条(14)；

其中：

六轴机器人(2)和铣刀(8)组成机器人铣削加工减材制造子模块，

送丝机(3)、CMT焊接电源(4)和焊枪(9)组成CMT电弧增材制造子模块，

光纤激光器(6)、供粉机(7)和激光熔覆头(10)组成LMD激光熔化沉积增材制造子模块；

焊枪(9)和激光熔覆头(10)可以安装在夹持装置(11)上面，铣刀(8)安装在六轴机器人(2)的末端执行器上面，增材制造和减材制造最大范围接近机器人的最大行程；

蒙皮上面的桁条(14)是通过CMT电弧增材制造工艺和激光熔化沉积工艺来制备的；

蒙皮(1)和桁条(14)的材料是钛合金或者铝合金；

六轴机器人(2)、弧焊机器人(12)和工作台(13)的中心在同一条直线上，工控机(5)同时控制六轴机器人(2)和弧焊机器人(12)，六轴机器人(2)控制铣削加工的运动轨迹，弧焊机器人(12)控制CMT电弧增材制造和激光熔化沉积的运动轨迹；

送丝机(3)的送丝速度可以线性调节、CMT焊接电源(4)的输出电流可以线性调节、光纤激光器(6)的输出激光能量可以线性调节、供粉机(7)的供粉速度可以线性调节；

激光熔覆头(10)上面的供粉喷嘴有四个，相互之间呈90°分布在激光熔覆头(10)的四周；直接在蒙皮上面采用CMT电弧增材制造和激光熔化沉积工艺制备桁条，然后在同一个工位上面采用铣削加工工艺把桁条加工成与数字模型尺寸一致的结构。

2.一种采用权利要求1所述的制造系统制造飞行器蒙皮-桁条结构复合增材减材制造方法，其特征在于，桁条(14)形状简单的位置采用CMT电弧增材制造工艺，桁条(14)形状复杂的位置采用激光熔化沉积工艺，最后采用机器人铣削减材加工把增材制造的构件加工到与数字模型尺寸一致；

其CMT电弧增材制造工艺、激光熔化沉积工艺、铣削加工模块不能同时开启，一种模块开启的同时另外两种模块必定是关闭的；

具体方法步骤如下：步骤1，制造前先对蒙皮(1)喷砂打磨，然后用丙酮清洗，使用夹具把蒙皮(1)固定在工作台(13)上；步骤2，将金属丝材和粉末颗粒分别装入送丝机(3)和供粉机(7)；步骤3，对数字模型进行评估，规划CMT电弧增材制造和激光熔化沉积位置；步骤4，通过分层切片和路径规划软件建立切片和路径数据；步骤5，根据初始路径参数和评估所确定的送粉和送丝部位，设定工艺参数、扫描策略以及送丝机(3)和供粉机(7)的打开和关闭时间；步骤6，将三维模型、打印参数以及机器人运行代码输入工控机(5)，通过工控机(5)控制弧焊机器人(12)实现逐层打印，如果局部尺寸超过数字模型1mm及以上，则用六轴机器人铣削减材加工去除多余的部分；步骤7，打印结束后，使用六轴机器人铣削减材加工把增材制造的构件加工到与数字模型尺寸一致。

3.如权利要求2所述的飞行器蒙皮-桁条结构复合增材减材制造方法，其特征在于，六轴机器人(2)和弧焊机器人(12)的第六轴移动速度范围为0.1～6.0m/min，送丝机(3)的送丝速度范围为0.5～8.0m/min，CMT焊接电源(4)的输出电流范围是20～350A，光纤激光器(6)的输出功率范围为0.5～6.0kW。