[发明专利]一种金属箔板复合材料的叠层增材制造装置及方法

说明书

本发明公开一种金属箔板复合材料的叠层增材制造装置，包括：金属箔操作模块、激光熔化模块、激光切割模块、打印模块、控制模块，本发明还提供了基于金属箔板的复合材料叠层增材制造的方法，本发明利用金属箔为材料进行叠层增材制造，优化叠层增材工艺，成本更低，制造成品综合力学性能优异，同时打印完成后剩余的多种材料的金属箔板不会相互混合，可进行再次利用或分材质回收，使用原料回收率提高，有效降低增材制造的成本。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种金属箔板复合材料的叠层增材制造装置及方法。

背景技术

增材制造技术是一种能根据数字化模型直接制造出实体零件的新兴近净成形技术。相比传统制造技术，增材制造技术无需模具，能够成形形状复杂的零件，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。

目前可以直接打印金属的增材制造技术较少，其成型材料主要是粉末。主要有基于粉床的激光选区熔化和电子束选区熔化，和基于同轴喷粉的激光熔化沉积技术。增材制造技术的一个特点是分层制造，这样就为成形零件的在性能、功能的多样化提供了可能性。如同一零件采用不同的材料的不同比例叠加形成功能梯度材料，使零件的一部分具有耐高温性能、而另一部分为具有高强度抗疲劳性能，这种梯度材料的特点对于发动机叶片等零件有重要意义。利用增材制造技术，针对零件不同部位的不同性能要求，采用异质材料成型，制作异质材料的梯度性能及复杂形状的零件，是增材制造技术今后重要的发展方向。

但是现有的应用于金属零件制造领域的增材制造技术在制备由两种或多种材料组成的金属结构件上还存在很多不足，如精确送粉、粉末的回收等方面有很多的问题需要解决。最近，国外一种基于金属箔的激光增材制造技术开始被应用，利用几十到几百微米厚的薄板按照零件对应层轮廓层层堆积成形。若将这种技术应用于制备多种材料组成的金属构件，不存在材料混合及回收等问题，但是目前缺少该技术的设备及工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属箔板复合材料的叠层增材制造装置及方法，利用金属箔为材料进行叠层增材制造，优化叠层增材工艺，成本更低，制造成品综合力学性能优异，同时多种材料的金属箔不会相互混合，易于回收再利用。

本发明为实现上述目所采取的技术方案为：一种金属箔板复合材料的叠层增材制造装置，包括：

金属箔操作模块：用于传递金属箔并将金属箔放置于打印模块；

激光熔化模块：用于将打印模块上的熔化成对应形状；

激光切割模块：用于将激光熔化模块熔化得到的材料进行轮廓切割；

打印模块：用于放置金属箔进行叠层处理，并搭载金属箔叠层处理模块；

控制模块，用于对金属箔叠层处理过程中各模块收发操作指令。本发明利用几十至几百微米厚的薄板按照零件对应层轮廓进行层层堆积制造零件，所选用的金属薄板采用金属箔操作模块进行传递和放置于打印模块上，提高金属箔放置过程的智能化程度，并且金属箔在传递过程中受传送辊作用可实现金属箔在激光处理时冷却速率提高，多种材料进行叠层处理时间缩短，所制备的成品件的内部应力分布均匀，构件变形率低，疲劳性能强，整体综合力学性能强。在激光熔化和切割过程中利用控制模块对激光熔化或激光切割过程中进行数值模拟，根据初始设定的叠层厚度和材料参数等对激光增材过程中制造温度进行调控，控制增材制造温度，避免成品件出现裂纹或断裂。相比于现有技术增材技术还解决了多种材料相互混合后难以回收的问题，本装置可实现在金属箔上进行激光熔化和切割所需形状的金属箔进行叠层处理，而未被激光熔化或切割的金属箔可进行再次利用或分材质回收，使用原料回收率提高，有效降低增材制造的成本，同时制备所得的成品综合力学性能优越。