一種金屬薄板疊加制造復雜形狀零件的設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及增材制造領域，尤其涉及一種金屬薄板疊加制造復雜形狀零件的設備。
【背景技術】
[0002]增材制造又俗稱3D打印，是通過CAD設計數據采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統(tǒng)的材料去除(切削加工)技術，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。相比傳統(tǒng)制造技術，增材制造具有能夠成型復雜形狀零件、成型精度高、節(jié)約材料等優(yōu)點。而金屬增材制造由于能夠直接制造結構致密、冶金結合的高精度金屬零件，成為了目前最熱門的制造技術。
[0003]目前金屬增材制造的成型材料主要是粉末材料，根據不同的送粉模式，分為預置式送粉模式和同軸噴粉模式兩種，其中激光選區(qū)熔化和電子束選區(qū)熔化就是預置式送粉模式的代表技術，激光近凈成型就是同軸噴粉模式的代表技術。這類粉末材料的金屬增材制造技術能夠成型結構致密、冶金結合的金屬零件，而且能夠成型一些傳統(tǒng)切削方式無法成型的復雜形狀零件。
[0004]但是粉末材料的金屬增材制造技術也存在以下的一些缺陷:首先，預合金金屬粉末材料的成本較高;而且每一層都需要通過激光束或電子束掃描熔化，成型的時間較長;其次，傳統(tǒng)金屬打印的加工零件范圍受限，目前主要的加工零件范圍在250 X 250 X 250mm范圍以內，在一些航空航天、模具等較大型零件的直接成型應用上受限；最后，傳統(tǒng)金屬3D打印技術無法解決的難題是成型件內部應力大，成型過程中易出現球化、翹曲和飛濺等缺陷，使成型出的金屬零件表面相對粗糙或出現變形。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種金屬薄板疊加制造復雜形狀零件的設備。本實用新型具有成型效率高、成型精度高、材料來源較廣泛等優(yōu)點，能夠彌補粉末類金屬增材制造的不足。
[0006]本實用新型通過下述技術方案實現:
[0007]—種金屬薄板疊加制造復雜形狀零件的設備，包括密封加工倉、光學加工系統(tǒng)和工控機22，其特征在于:所述密封加工倉的底部軸向依次設置有升降式焊接倉10、切割倉11和升降式材料倉12;密封加工倉還設置有由工控機22控制的材料傳送機構，該材料傳送機構包括設置在密封加工倉內側壁的可伸縮的移動桿19、設置在可伸縮的移動桿19端部的吸盤20和設置在密封加工倉外部的用于給吸盤20提供吸力的空壓機21;
[0008]所述升降式焊接倉10、切割倉11和升降式材料倉12的上部端口位置，分別設有連接空壓機21的工件吸附機構。
[0009]所述密封加工倉設置有氣體循環(huán)過濾裝置7，氣體循環(huán)過濾裝置7用于過濾加工過程中產生的煙塵和雜質。[0010 ]所述光學加工系統(tǒng)包括依次連接的光纖激光器1、擴束鏡2、振鏡、聚焦鏡6;所述振鏡為激光切割振鏡4或者激光焊接振鏡5。
[0011]所述工件吸附機構為吸管16，吸管16通過管路連接空壓機21，通過吸管16的吸附力將工件進行固定?？諌簷C21是為工件(材料)提供氣體壓力，并控制氣壓的間歇性開閉。
[0012]所述密封加工倉內部設有惰性氣體噴氣口19，惰性氣體噴氣口 19連通設置在密封加工倉外部的惰性氣體儲存罐8。
[0013]所述光纖激光器I波長為1064nm，激光功率20?100W可調，光束質量M2< 1.1。
[OOM] 所述激光切割振鏡4入射光孔徑為30mm，響應時間低于I微秒，掃描范圍為350 X350mm;所述激光焊接振鏡5入射光孔徑為20mm，響應時間低于0.5微秒，掃描范圍為250 X250mm。所述聚焦鏡6為F-θ聚焦鏡。
[0015]金屬薄板疊加制造復雜形狀零件的加工方法如下:
[0016]步驟一:三維模型數據處理
[0017]首先，在金屬薄板底部添加高度為2_的豎直支撐桿，作為成型基板和薄板的連接部分，方便加工結束后將成型后的零件從成型基板上切割下來;然后，在水平方向為薄板添加三根方形定位連接桿，使薄板在加工過程中能夠精確定位，使零件成型過程更加穩(wěn)固；最后，以成型的薄板厚度作為層厚，為三維零件分層，然后計算出每一層的輪廓數據和關鍵焊接點位；
[0018]步驟二:激光疊層加工
[0019]升降式材料倉12將金屬薄板17向上推一層，吸盤20將該金屬薄板17吸住，并將其傳送到切割倉11上方，通過吸管16將金屬薄板17的邊緣吸附固定，切割的產生的金屬粉末被惰性氣體噴氣口 19吹走;工控機22控制光纖激光器I發(fā)出連續(xù)激光，通過擴束鏡2、激光切割振鏡4和聚焦鏡6的控制，對金屬薄板17進行激光掃描切割，切割出該層的輪廓形狀;切割結束后，金屬薄板17切割余料18落入切割倉11底部，得到單層零件外形;關閉切割倉吸管的吸力，吸盤20將切割好的單層零件外形傳送到升降式焊接倉10中，吸管將定位連接桿吸住，光纖激光器I切換為脈沖模式，采用激光焊接振鏡5對該單層零件外形的截面內的關鍵點進行焊接，保證上下層貼合緊密;激光焊接加工過程中，對單層零件外形的加工面進行惰性氣體保護，防止加工面產生氧化;氣體循環(huán)凈化裝置7過濾掉加工過程中產生的煙塵和雜質；激光焊接完一層后，成型基板下降一層的高度;如此循環(huán)，不斷疊加制造，直至得到成型零件15后結束；
[0020]步驟三:成型零件后處理步驟:
[0021]去除成型零件表面的支撐和定位連接桿，對成型零件進行高壓高溫熱擴散焊接；然后對成型零件進行熱處理，釋放成型零件內部殘余應力。
[0022]本實用新型相對于現有技術，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0023]本實用新型升降式焊接倉、切割倉和升降式材料倉集成于一體;密封加工倉還設置有由工控機控制的材料傳送機構，該材料傳送機構包括設置在密封加工倉內側壁的可伸縮的移動桿、設置在可伸縮的移動桿端部的吸盤和設置在密封加工倉外部的用于給吸盤提供吸力的空壓機。
[0024]氣體循環(huán)過濾裝置保證了密封加工倉內的氣體純凈，加工過程中將激光切割和焊接產生的黑色煙塵、材料飛濺等雜質瞬間吸走，并通過過濾器凈化后將純凈氣體返回密封加工倉內，保證了密封加工倉內的氣體純凈。
[0025]本實用新型光纖激光器相比長波長激光有更高的精度和更好的切割效果。該激光器可以在連續(xù)模式和脈沖模式之間進行切換，不僅用于切割薄板輪廓，還用于焊接薄板之間的關鍵點，其中切縫寬度低于20μπι，點焊速度達到30焊點/S。
[0026]本實用新型密封加工倉設置了由工控機控制的材料傳送機構，其可伸縮并在密封加工倉內部自由移動。并在升降式焊接倉、切割倉和升降式材料倉的上部端口位置，分別設有連接空壓機的工件吸附機構。保證切割過程中金屬薄板的穩(wěn)定，使其下部懸空，切割產生的金屬粉末可以被惰性氣體及時吹走。工件吸附機構保證了金屬薄板在接倉、切割過程的穩(wěn)固緊密貼合、精確定位，使加工過程中不發(fā)生翹動和滑移。
[0027]綜上所述。本實用新型技術手段簡便易行，切割精度高，加工出的零件尺寸精度在5微米以內；選用金屬薄板作為成型材料，相比金屬粉末材料成本較低;而且選用金屬薄板材料不會因為材料內部組織缺陷(如夾雜)導致力學性能的降低，也不會因為應力累積造成零件變形；相比粉末類的金屬增材制造技術，成型效率提高2倍以上，成型出的零件表面質量較好。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型結構不意圖。
[0029]圖2為本實用新型密封加工倉的俯視圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步具體詳細描述。
[0031 ] 實施例
[0032]如圖1、2所示。本實用新型金屬薄板疊加制造復雜形狀零件的設備，包括密封加工倉、光學加工系統(tǒng)和工控機22，其特征在于:所述密封加工倉的底部軸向依次設置有升降式焊接倉10、切割倉11和升降式材料倉12;密封加工倉還設置有由工控機22控制的材料傳送機構，該材料傳送機構包括設置在密封加工倉內側壁的可伸縮的移動桿19、設置在可伸縮的移動桿19端部的吸盤20和設置在密封加工倉外部的用于給吸盤20提供吸力的空壓機21;
[0033]所述升降式焊接倉10、切割倉11和升降式材料倉12的上部