[实用新型]一种应用于金属增材制造的叠层制造设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及增材制造领域，尤其涉及一种应用于金属增材制造的叠层制造设备。

背景技术

增材制造技术即3D打印，是一种直接依据待制造零件的数字化模型，采用区别于传统机加工的“自下而上”逐层累加堆积的方法，依托于增材制造设备，制造实体零件的新兴制造技术。相比传统制造技术，增材制造能够成型制造个性化要求下形状复杂的零件，具有开发周期短、节省原料、成本较低且设计局限性小等优点。增材制造技术成型的零件具有精度高、强度高、结构致密、冶金结合等诸多优点，具有广泛的应用。增材制造技术的发展具有广阔的空间和重要的意义。

目前金属增材制造的成型材料主要是粉末材料。根据不同的送粉模式，金属增材制造方法可以分为预置式送粉模式和同轴喷粉模式两种，其中激光选区熔化和电子束选区熔化是预置式送粉模式的代表技术，激光近净成型是同轴喷粉模式的代表技术。这类粉末材料的金属增材制造技术能够成型结构致密、冶金结合的金属零件，而且能够成型一些传统切削方式无法成型的复杂形状零件。

现有的应用于金属零件制造领域的增材制造技术，还存在很多不足：预置式送粉模式增材制造技术的每一层都需要通过激光束或电子束扫描熔化，成型的时间较长，耗时几小时到十几小时甚至几十小时不等；传统金属增材方法制造的金属零件尺寸较小，比较多的应用于医学领域，在零件尺寸要求较大的航空航天、模具等高附加值领域应用较少；传统金属增材方法制造的金属零件虽然精度、强度、致密度比较好，但仍然存在内部应力大等不足，且成型零件存在球化、翘曲和飞溅等缺陷；传统金属增材制造方法在零件成型过程中支撑添加不可避免，在一些成型表面要求较高的场合，支撑去除会影响到成型零件的表面特征，支撑添加不当也会导致成型零件出现翘曲变形等缺陷；金属粉尘尺寸很小，极易弥散到空气中，对工作人员身体健康和周围环境造成不良影响；再者，传统金属增材方法的原材料以金属粉末为主，金属粉末的价格较高，增大了生产成本，限制了金属增材制造方法的推广和应用。最后，激光或者电子束熔化粉末，再凝固堆积获得实体零件，不可避免获得具有较高表面粗糙度的金属零件(一般在Ra10-30um之间)。

然而，现有的很多薄板材料厚度在0.04-0.2mm之间，可以薄到近乎激光选区熔化每一层粉末的堆积层厚(一般在0.02-0.1mm之间)，只要将多层薄板按照零件对应层轮廓累积起来，层层通过某种焊接方式获得足够强度，便可以获得满足工程应用的金属零件。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种应用于金属增材制造的叠层制造设备。本实用新型不必逐点连续打印零件各分层的每个点，而是通过激光焊接已被逐层切割好的切割层，自下而上堆积而成型金属零件。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种应用于金属增材制造的叠层制造设备，包括成型室16、激光切割系统、激光焊接系统、金属切片传送系统E以及计算机控制系统17；

所述计算机控制系统连接控制激光切割系统、激光焊接系统、金属切片传送系统；

激光切割系统包括：切割激光器系统A以及切割基台系统B；所述切割基台系统B设置在成型室16的底部，用于供给待激光切割的金属带材3；切割激光器系统设置在成型室16的上部，用于按照规划路径通过激光将金属带材3切割成所需形状的金属切片；

激光焊接系统包括：焊接激光器系统C以及焊接基台系统D；所述焊接基台系统D包括升降焊接成型缸11；

金属切片传送系统E用于将切割基台系统上完成的金属切片运送至焊接基台系统D的升降焊接成型缸11上；焊接激光器系统C用于将层叠在升降焊接成型缸11上的金属切片按照规划路径，通过激光逐层焊接成型，进而得到所需形状的完整金属零件。

所述切割基台系统B包括用于原料筒5、切割基板6和废料筒7；金属带材3卷绕在原料筒5上；原料筒5用于供给待切割金属带材3的放卷，废料筒7用于对完成金属切片的金属带材3进行收卷；金属带材3的待切割区域绕过导向轮2并在废料筒7的牵拉作用下，在切割基板6上表面的切割工位停留/或者移动。

所述原料筒5和废料筒7由放卷电机4和收卷电机8驱动；在切割基板6右侧设有位置传感器9；在导向轮2的外侧设有张紧轮1；