[发明专利]砂型支撑复合式双龙门增材制造装备与打印方法

说明书

本发明提供一种砂型支撑复合式双龙门增材制造装备和打印方法，包括金属3D打印系统、砂型3D打印系统、双龙门机床、工作台和控制系统，金属3D打印系统为送粉式金属3D打印系统或者电弧熔丝3D打印系统；金属3D打印系统具有用于在基板上进行金属3D打印的工作头；砂型3D打印系统具有一打印喷头进行砂型3D打印，打印喷头和工作头固定到第一连接板上；控制系统控制打印喷头和工作头在基板上逐层打印金属零件和砂型支撑作业交替进行，其中每层砂型支撑打印后均通过第二连接板上的压盘进行压实操作。本发明可解决普通电弧增材制造设备无法打印支撑、不能制造具有大倾斜角、局部镂空等特征的复杂金属零件的问题。

技术领域

本发明涉及金属3D打印技术领域领域，具体而言涉及一种砂型支撑复合式双龙门增材制造装备与打印方法。

背景技术

大型金属材料复杂结构件增材制造(3D打印)技术源于快速原型(RapidPrototyping,RP)技术，近十年来在国内得到了广泛的重视和发展。该技术的核心工艺是在数控设备的辅助下，将金属材料以球状粉末或丝材的形式通过高能束流(包括激光、等离子束或电子束等)进行逐层的熔融沉积形成大型结构件。与传统的“去除”式的切削加工方式不同，该技术以“生长”式的理念进行逐层沉积，极大地提升了原材料的利用率；同时由于避免了大量模具的设计和加工过程，极大地缩短了构件的制备周期。作为金属材料传统成形方法的有益补充，3D打印技术解决了许多通过热变形制备技术无法攻克的难题，不断发展和成熟，已经广泛应用到新产品设计、医疗器械、航空航天等领域，是传统制造技术与新材料制造技术的完美结合，可称之为制造业领域的一次重大技术革命。

电弧熔丝3D打印技术(又称电弧增材制造技术，简称WAAM)，采用逐层堆焊的方式制造金属实体构件，主要基于TIG、MIG/MAG、PLASMA等焊接技术发展而来，成形零件由电弧熔丝构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成形环境对成形件尺寸理论上无限制，成形速率可达4-8kg/h。随着我国航天技术的发展，固体火箭发动机作为运载火箭助推器成为可行的技术方案。固体助推器的关键部件为与芯级连接的捆绑连接环大尺寸异型结构，采用传统的车铣复合加工，材料浪费巨大，加工周期长、成本高，成为制约固体助推器研制的关键技术瓶颈。而电弧增材制造在大尺寸异型构件方面的高度可实现性为解决上述瓶颈提供了重要突破口。

然而电弧熔丝3D打印技术受到自身工艺流程和技术特点所限，并非普适于所有的金属材料结构件，也具有其适用范围和局限性。电弧熔丝3D打印技术为线成型，适合实心件打印成型，但是不适合做断续打印，所以很难打印金属支撑，无法打印具有大倾斜角、局部镂空等特征的复杂零件；另外打印完成后基板与零件分离难度大、费时费力。

发明内容

本发明目的在于提供一种砂型支撑复合式双龙门增材制造装备与打印方法，旨在解决普通电弧增材制造设备无法打印支撑、不能制造具有大倾斜角、局部镂空等特征的复杂金属零件，同时打印零件与基板分离时费时费力的问题。

为实现上述目的，本发明使用的技术方案如下：

砂型支撑复合式双龙门增材制造装备，包括：包括金属3D打印系统、砂型3D打印系统、双龙门机床、工作台和控制系统，其中：

所述双龙门机床具有一对底座，相对的底座上分别安装两组立柱，分别为第一立柱组和第二立柱组，第一立柱组和第二立柱组均被设置成可相对于底座滑动运动，并限定了滑动方向为X方向；

所述第一立柱组上设置有第一横梁，横跨地安装到第一立柱组的两个立柱上，第一横梁被设置成沿着立柱所定义的竖直方向运动，并限定运动方向为Z方向；所述第一横梁上设置有第一连接板，被设置成可沿着第一横梁所定义的方向运动，并限定运动方向为Y1方向；

所述第二立柱组上设置有第二横梁，横跨地安装到第二立柱组的两个立柱上，第二横梁被设置成沿着立柱所定义的竖直方向运动，并限定运动方向为Z方向；所述第二横梁上设置有第二连接板，被设置成可沿着第二横梁所定义的方向运动，并限定运动方向为Y2方向；