[发明专利]一种直接金属沉积增材制造设备

说明书

发明公开了一种直接金属沉积增材制造设备，包括可移动的支撑平台；直接金属沉积系统，包含熔覆头，该熔覆头由安装在支撑平台附近的多轴机械臂控制，多轴机械臂可以根据要求实时移动熔覆头；中央处理器集成计算机数控系统，以使直接金属沉积系统沉积连续的金属沉积层以构建或修复所述构件。本发明的直接金属沉积增材制造设备，中央处理器在闭环控制下，通过对支撑平台和多轴机械臂联合控制实现增材制造，以使每一连续沉积的金属层能够依据构件的3D模型，对所述构件进行增材制造和修复。

技术领域

本发明涉及一种用于构件的构建或修复的直接金属沉积增材制造设备，该设备基于分层技术，通过施加电弧或电磁束，或者通过感应加热来熔化金属原料，从而进行金属分层熔覆沉积。

背景技术

各种直接金属沉积系统应用于零件的增材制造，与通过电磁束选区熔化进行金属沉积的3D金属打印并行。直接金属沉积系统包括基于焊接成形的金属沉积系统，通过电弧将金属丝或金属棒熔化形成熔池，如钨极气保焊（TIG）、熔化极气保焊（MIG），或通过等离子、感应加热熔化金属形成熔池的其他系统。直接金属沉积系统还包括喷粉沉积系统，通过电磁束，比如采用激光或者电子束技术，熔融吹制的金属粉末来实现金属沉积，其中直接激光沉积系统（DLD）是最常用的系统。

不同的直接金属沉积系统有不同的应用场景。一些系统更适合于生产净成型或近净成型产品,比如喷粉沉积系统。所有的直接金属沉积系统的构建时间都比粉末床选区熔化沉积系统的构建时间短，其中基于焊接成形的沉积系统具有最快的构建时间，但是该系统通常适用于构件能够辅以机械加工，或其他后处理操作来达到目标效果的原型生产。喷粉沉积系统，特别是DLD直接激光沉积系统，能够在构建时间和构件质量（比如尺寸精度和表面光洁度）两者之间达到一个平衡，既能缩短增材制造的时间，又能使构件的精度和表面光洁度能够达到净成型或近净成型产品的要求。

DLD实际上是最常用的增材制造技术之一。在DLD增材制造过程中，金属粉末被吹入由高能激光束产生的熔池中。与其他激光粉末床技术相比，比如选区激光熔覆工艺，DLD不受粉末床尺寸的限制，在为航空航天工业制造大型零件的应用上显示出绝对的优势。

Ti-6Al-4V (Ti64)是世界上使用最广泛的钛合金，被DLD广泛用于飞机以及其他工程部件的制造。然而，通过DLD构建Ti64构件，在增材制造过程中容易形成沿沉积方向生长的大柱状晶体，这导致了构件在不同方向上的力学性能各向异性，具体在下文中做描述。限制DLD技术应用的另一个问题是，在增材制造过程中，构件容易形成缺陷或孔洞，这些缺陷或孔洞在增材制造过程中可能随机形成。大型部件，如飞机上的钛合金部件，作为承载部件，其疲劳寿命至关重要，但缺陷和孔洞会导致部件的疲劳寿命急剧下降。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明提供了一种直接金属沉积增材制造设备，能够细化和均匀化构件的晶粒结构，并且减少或消除增材制造过程中产生的缺陷或孔洞。

为解决其技术问题，本发明提供的直接金属沉积增材制造设备，包括：用于进行构建或修复构件的支撑平台，该支撑平台能够沿水平延伸的X-Y平面进行移动。该增材制造设备还包括直接金属沉积系统，该直接金属沉积系统具有熔覆头，该熔覆头由多轴机械臂在支撑平台上方承载，该多轴机械臂设置在支撑平台附近。该多轴机械臂用于驱动熔覆头在三维坐标轴上与支撑平台保持联动，该三维坐标轴包括平行于水平延伸平面的X轴和Y轴，以及垂直于水平延伸平面的Z轴。该增材制造设备还包括中央处理器，该中央处理器集成计算机数控系统，以使直接金属沉积系统沉积连续的金属沉积层以构建或修复构件。该中央处理器集成了支撑平台相对于水平延伸的X-Y平面运动的控制以及多轴机械臂的驱动，以在每层金属沉积层沉积完成后驱动多轴机械臂沿Z轴远离支撑平台运动以调整熔覆头，从而实现金属的逐层累积沉积。计算机数控系统具有反馈监控功能并形成闭环控制，以在金属沉积过程中实时检测熔池的温度和熔覆质量，并根据所述构件的3D模型，对所述构件进行增材制造和修复。实际上，该设备能够在中央处理器的控制下，通过锻造头进行同步原位锻造，在沉积的金属层处于半熔融状态时进行同步轧制。