[发明专利]一种复合增减材加工成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种复合增减材加工成形装置及方法，通过在工作台板上设置铺粉刮刀，工作台板上开设有通孔，工作台板下端固定有与工作台板通孔连通的成形缸体，成形缸体内设有能够在成型缸体内上下移动的活塞组件，活塞组件上设有打印基板，工作台板上通过铺粉刮刀能够将打印粉料铺设在打印基板上，利用多类型激光协同复合扫描系统与能够在工作台板上增材成形的铺粉刮刀系统形成能够同时增减材装置，采用脉冲激光冲击加工零件表面，能有效调控零件在长时间交替热作用下的残余应力状态，从而减少零件翘曲变形，提高成形质量，能够在增材成形过程中消除增材制造参与应力的问题，同时不需要分离空间，可在一个氛围空间下完成增减材，提高了生产效率。

技术领域

本发明属于增减材制造技术领域，具体涉及一种复合增减材加工成形装置及方法。

背景技术

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)是一种增材制造技术，其借助计算机辅助设计与制造，基于“离散-分层-累加”的原理，利用高能激光束将金属粉末直接熔化成形为全致密的三维零件，成形过程无需模具，也不受零件结构复杂程度的限制，未熔粉末可充当支撑材料，从而获得冶金结合、高精度、高结构复杂性的金属功能件，具有广阔的应用前景。

虽然SLM打印零件精度可达到±0.05mm，表面质量可到Ra5.0，但是受限于粉末粒度、逐层打印等材料与工艺因数，以及激光器的低激光强度造成材料熔化并持续蒸发，虽然激光束可以被聚焦成很小的光斑，但是对材料的热冲击依然很大，限制了加工的精度和表面光洁度，SLM技术成型零部件的尺寸精度和表面粗糙度仍然无法满足高精密零部件的精度要求。

同时，SLM成形过程中材料经历了多重循环热交变作用，熔池冷却速率高达107K/s，温度场和应力场变化异常复杂剧烈，产生非常大的内应力，容易导致零件内部产生微裂纹等组织缺陷以及引起零件翘曲变形等问题。因此，如何提高SLM成形过程零件的加工质量，提高加工精度，需要对SLM成形进一步研究改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合增减材加工成形装置及方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合增减材加工成形装置，包括工作台板以及设置于工作台板上的铺粉刮刀，工作台板上开设有通孔，工作台板下端固定有与工作台板通孔连通的成形缸体，成形缸体内设有能够在成型缸体内上下移动的活塞组件，活塞组件上设有打印基板，工作台板上通过铺粉刮刀能够将打印粉料铺设在打印基板上，工作台板上端设有多类型激光协同复合扫描系统，多类型激光协同复合扫描系统的扫描激光能够作用于打印基板上的打印粉料进行打印成型。

进一步的，成形缸体上端设有连接耳，成形缸体与工作台板通过螺栓固定连接，成形缸体与工作台板之间设有密封垫。

进一步的，工作台板上端设有成型腔体，成型腔体上端固定有顶板，多类型激光协同复合扫描系统固定于顶板上，工作台板、成型腔体和顶板之间形成成型腔空间。

进一步的，工作台板上设有活塞电缸，铺粉刮刀固定于活塞电缸的驱动杆上。

进一步的，铺粉刮刀包括刮刀本体以及设置于刮刀本体的粉仓，工作台板上端一侧固定有落粉仓，落粉仓的出料口位于铺粉刮刀上端，落粉仓内的粉料通过出料口能够落入铺粉刮刀的粉仓内。

进一步的，工作台板上开设有收粉口，工作台板上位于收粉口下端设有收粉盒。

进一步的，活塞组件包括由上至下依次设置加热板、水冷板和伺服牵引机构，打印基板固定于加热板上。

进一步的，多类型激光协同复合扫描系统包括连续激光扫描系统、脉冲激光扫描系统和飞秒/皮秒激光扫描系统。