[发明专利]用于大尺寸轻量化3D打印金属结构的连接方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于大尺寸轻量化3D打印金属结构的连接方法及装置，该方法基于连接装置实现，所述装置包括送粉装置、送粉喷嘴、激光器、振镜和基台；工件设置在基台上，在工件连接部位，采用选区激光熔化方法打印。本发明可实现当前由于设备尺寸限制的大尺寸3D打印金属结构件的打印，通过本发明设计的接头结构形式结合激光熔化沉积方法，将金属结构件连接，有利于大尺寸选区激光熔化结构件的推广和使用。

技术领域

本发明属于3D打印配套技术领域，尤其涉及一种用于大尺寸轻量化3D打印金属结构的连接方法及装置。

背景技术

选区激光熔化技术是当前应用最广的增材制造技术，也是实现点阵结构、仿生结构等轻量化结构制造的有效方法。但受限于增材制造设备真空舱体尺寸限制，选区激光熔化增材技术无法制造大尺寸构件，限制了该技术在大型轻质结构领域的应用。目前的解决方法有两个，即开发大尺寸增材制造设备或采用多块增材制造构件拼接的方法。其中，大尺寸增材制造设备昂贵，如选区激光熔化大尺寸典型设备Conceptlaser 2000R售价高达2000万元且增材制造的质量控制难度大，尤其是增材过程中的形变控制难度极大，技术风险高，给零件制造带来极大的困难以及风险，提高了零件制作成本。而增材制造和增材后拼接的复合制造技术，可行性高，成本低，兼顾了增材制造轻质结构等优异特点和连接技术的便捷性。同时，连接技术也可用于3D打印轻量化结构的排粉口连接、减重板连接。排粉口是为了完成内部粉末的排除，设计的工艺孔，成形后需要连接。如图1所示，减重板式为了减少支撑、排粉设计的上表面开口，需成形后连接。因此，连接技术是3D打印大尺寸轻量化结构的重要辅助技术。

采用传统的焊接技术虽然可以实现增材制造金属结构的连接，但会导致空心轻质结构连接时出现塌陷等影响整体结构，且造成增材制造构件与焊缝之间的明显组织性能差异。传统的焊接技术主要问题如下：

钎焊、扩散焊、搅拌摩擦焊：不适用于复杂结构；

弧焊：精度差，小于2mm，3D打印的精度是0.1mm；

电子束焊：空间受限，复杂结构的柔性差，有塌陷；

激光焊：有塌陷，同时组织一致性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大尺寸轻量化3D打印金属结构的连接方法及装置。

实现本发明目的的技术方案为：一种用于大尺寸轻量化3D打印金属结构的连接方法，该方法基于连接装置实现，所述装置包括送粉装置、送粉喷嘴、激光器、振镜和基台；工件设置在基台上，在工件连接部位，采用选区激光熔化方法打印；选区激光熔化方法为：送粉装置通过送粉喷嘴将激光熔化沉积用粉末预先铺在基台的工件上，激光器通过振镜发出激光束打在粉末上，将粉末和工件连接处熔化，等待凝固后工件连在一起，随着送粉喷嘴和激光束的不断移动，最终将两工件完全连接在一起。

一种用于大尺寸轻量化3D打印金属结构的连接装置，包括送粉装置、送粉喷嘴、激光器、振镜、基台；工件设置在基台上，送粉装置与送粉喷嘴连接，激光器与振镜连接；送粉装置通过送粉喷嘴将激光熔化沉积用粉末预先铺在基台的工件上，激光器通过振镜发出激光束打在粉末上，将粉末和工件连接处熔化，等待凝固后工件连在一起，随着送粉喷嘴和激光束的不断移动，将两工件完全连接在一起。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明有利于大尺寸选区激光熔化结构件的推广和使用，并且在使用激光熔化沉积进行封闭内腔连接时，可以有效减少或防止激光熔化沉积粉末进入封闭内腔，连接的同时保证封闭内腔中没有粉末进入。

附图说明

图1为激光熔化沉积装置示意图。

图2(a)～图2(d)为不同的坡口设计形式图。

具体实施方式