[发明专利]一种多能场增材制造成形系统

说明书

本发明提供了一种多能场增材制造成形系统，通过将SLM技术与FDM等技术结合，充分发挥各自优势，理论上可以实现任意尺寸大小复杂金属构件的高精度成形。该多能场增材制造成形系统中，Y方向水平导轨系统能够带动FDM打印系统、铣削减材加工系统以及激光打印光路系统整体沿着Z方向升降导轨系统上下运动；局部粉床防护罩固定安装于激光打印光路系统的下方，并与激光打印光路系统相互封闭隔绝；局部粉床防护罩的上端面具有对应于激光打印光路系统的通光区域，局部粉床防护罩的下端面为空，其宽度大于第一侧壁与第二侧壁的间距；局部粉床防护罩的下部的左、右侧面设置有用于排出烟尘的通道；铺粉及送粉装置设置于局部粉床防护罩的前侧面。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种增材制造成形系统，尤其适用于加工大尺寸复杂构件。

背景技术

增材制造(Additive manufacturing，AM)，又被称为“3D打印”，是以数字CAD模型数据为基础，采用类似数学积分的叠加法制造原理，将三维实体的制造降阶为二维截面逐点逐层累制造的方法，实现了三维零件的降维成形，不受形状复杂程度的限制，能够实现任意复杂形状零件的快速、优质、高效、经济、全智能化和全柔性化制造。增材制造是先进制造业的重要组成部分，是近三十年来迅速发展起来的高端数字化制造技术，相对于传统的等材制造(制造过程中ΔM＝0，铸造、锻造等)，减材制造(ΔM0，车铣刨磨钻等)，是一种“自下而上”的材料累加成形的制造方法，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，实现了制造方式从等材、减材到增材的重大转变，改变了传统制造的理念和模式。

金属增材制造是最前沿和最有潜力的增材制造技术，是先进制造技术的重要发展方向。金属增材制造技术中激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)和激光近净成形技术(Laser Engineered Net Shaping,LENS)，近年来得到了快速发展。SLM工艺由于粉末可以起到自支撑作用，可以成形任意复杂的金属构件，但是可成形的零件尺寸较小(一般小于500mm)。而LENS工艺，光斑直径大，可以成形大型构件，但成形件的精度较低，且很难成直接成形复杂的金属构件。工艺熔融沉积制造技术(Fused Deposition Modeling,FDM)是发展最为成熟的非金属增材制造技术之一，其最大的特点在于成本低，效率高，但精度较低、成形速度相对较慢，不适合构建大尺寸复杂零件。

制造大尺寸金属构件是SLM技术长期很难突破的技术瓶颈，这是由于SLM逐层累计铺粉的工艺特点决定了成形缸体的尺寸一定要大于成形零件的截面尺寸，无论成形多大的零件，都需要逐层铺粉激光扫描成形。同时，SLM成形过程中熔池温度极高，需要充入惰性气体保护，以防止成形过程中零件被氧化，成形零件的尺寸越大，需要气体保护的空间也越大。目前，德国EOS、弗朗霍夫研究院、SLM Solution、Concept laser等以及国内华中科技大学、苏州西帝摩等单位，通过采用多光束拼接方式，相继开发的成形尺寸在500mm或略大的SLM装备，但是对于更大尺寸的零件却束手无策。

以薄壁且内部复杂的环形零件为例，零件尺寸动辄几米甚至十几米，传统的加工采用多段焊接制造，制造难度非常大，精度很难保证，制造周期长，成本高昂，良品率低。在零件设计过程中，为了保证可加工性，往往在结构设计的时候进行简化，牺牲了零件本来应该具备的功能和结构要求。即便如此，此类零件的加工制造也非常困难，工艺流程繁琐复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有增材制造工艺及设备难以成形大尺寸复杂零件的技术瓶颈，提供了一种多能场增材制造成形系统，通过将SLM技术与FDM等技术结合，充分发挥各自优势，理论上可以实现任意尺寸大小复杂金属构件的高精度成形。

本发明的技术方案如下：

该多能场增材制造成形系统，包括回转工作台、X方向水平导轨系统、Y方向水平导轨系统、Z方向升降导轨系统、激光打印光路系统、FDM打印系统、铣削减材加工系统、局部粉床防护罩、铺粉及送粉装置；