[发明专利]一种分层挤出成形增材制造同步微铣削成形复杂成形件的方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，公开了一种分层挤出成形增材制造同步微铣削成形复杂成形件的方法，包括以下步骤：(1)准备分层挤出成形用浆料；准备分层挤出成形用3D打印装置，该3D打印装置的成形腔中设置有铣刀；(2)3D打印形成多层生坯层，当新形成的多层生坯层的层数达到预先设定的目标层数时，中断针头的3D打印，利用铣刀铣削掉这些生坯层的打印余量，优化表面；(3)恢复针头的3D打印，重复步骤(2)得到表面优化后的整体生坯；(4)固化得到成形件。本发明通过在分层挤出成形过程中实施同步微铣削，同步切除逐层打印形成的层间台阶，有效提高了成形件的表面质量，可实现高表面质量复杂铸型或型芯等成形件的成形。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地，涉及一种分层挤出成形增材制造同步微铣削成形复杂成形件的方法，能够得到高表面质量的复杂成形件(如，铸型或型芯)。

背景技术

分层挤出成形增材制造技术是一种基于浆料挤出的新型快速成形方法,与选择性激光烧结、微喷粘接等常用快速成形技术相比，分层挤出成形型/芯能够在常温、无需激光加热的条件下成形复杂型/芯，具有设备成本低、材料体系绿色环保等突出优点，拓宽了快速成型技术在铸造领域的应用。但是其缺点也是明显的：分层挤出成形的铸型或型芯由于层间台阶导致浇注的铸件表面质量差。为优化表面质量，现有技术中也有相关现有技术通过涂覆涂料来优化表面，但是对于复杂内腔结构的铸型，打印后难以在内腔涂覆涂料，难以解决层间台阶的问题。

鉴于此，现有技术基于分层挤出成形增材制造，往往需要寻找新的方法来解决层间台阶导致铸型内腔或型芯外表面粗糙的典型问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种分层挤出成形增材制造同步微铣削成形复杂成形件的方法，其中通过在分层挤出成形过程中实施同步微铣削，同步切除逐层打印形成的层间台阶(打印余量)，有效提高了成形件的表面质量，可实现高表面质量复杂铸型或型芯等成形件的成形。以铸型或型芯的成形为例，本发明可有效解决复杂铸型或型芯分层挤出成形后存在打印层间台阶等凹凸不平之处，严重影响铸件精度的难题，能够实现高质量型/芯快速制造，达到节约能源和绿色短流程铸造的目的。

为实现上述目的，按照本发明提供了一种分层挤出成形增材制造同步微铣削成形成形件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备分层挤出成形用浆料；同时准备分层挤出成形用3D打印装置，该3D打印装置的成形腔中除了设置有打印针头外，还设置有铣刀；

(2)将浆料输送至所述3d打印装置，利用针头挤出浆料，打印形成多层生坯层，其中，每一层打印均包含有打印余量；当新形成的多层生坯层的层数达到预先设定的目标层数时，中断针头的3D打印，然后利用铣刀铣削掉这些生坯层的打印余量，得到表面优化后的生坯层；

(3)恢复针头的3D打印，并重复步骤(2)直到完成全部生坯的分层挤出成形，得到表面优化后的整体生坯；

(4)将得到的生坯固化，清除表面毛刺，即可得到成形件。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中：

针头在每打印完一层后，将返回起预先设置的始打印位置，这一针头回程过程与铣刀互不干涉；并且，所述中断针头的3D打印，是在针头已返回至起始打印位置后再中断的；

铣刀在完成铣削后，也将返回预先设置的起始位置，这一铣刀回程过程与针头互不干涉。

作为本发明的进一步优选，所述3D打印装置中，所述铣刀与所述针头同时受控于打印步进系统。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，在针头的3D打印过程中，所述铣刀同步跟随针头行进，但不进行铣削、且与针头互不干涉。

作为本发明的进一步优选，所述铣刀为可调工作角度的直径为50mm～0.1mm的直角立铣刀。