[发明专利]一种机器人末端带辅助装置的悬空结构增材工艺

说明书

本发明提供了一种带悬空结构零件的成形方法，该成形方法为：在Solidworks软件中对零件进行建模；通过增材软件对进行切片处理，通过路径规划算法，获得零件非悬空区域的扫描填充路径；通过采取机器人末端加装辅助装置的方法，对零件的悬空区域进行增材成形，该悬空装置可以送出与零件材料成分相同的双丝或薄片，用于支撑增材悬空结构时丝材熔化形成的熔池，增材成形悬空结构。本发明实现了带悬空结构的复杂零件增材成形，适用于实际工程问题。

技术领域

本发明属于受控电弧增材制造技术领域，具体涉及一种机器人末端带辅助装置的悬空结构增材工艺。

背景技术

电弧增材制造技术(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)属于金属增材制造领域，是一种近年来发展势头强劲的快速成形技术。基于离散-堆积的制造原理，以电弧作为热源熔化金属丝材然后逐层熔覆沉积，最终实现零件的成形。该技术成形出的零件与传统的锻造、机加工件相比具有强度高、韧性好、化学成分均匀、致密度高等优点。与激光和电子束作为热源的增材制造技术相比，具有生产成本和设备成本低、材料利用率高、沉积效率高、层间结合能力好等优点广泛应用于航空航天、汽车制造、航海等领域。

零件的堆积成形过程是以高温熔融态的金属熔滴过渡方式进行的，熔覆过程中，前后层会经历复杂的热循环过程，其中会导致热量积累难以散热，熔池过热易流淌从而出现坍塌的现象最终导致零件无法成形。这种逐层堆积的方式难以实现复杂结构件的增材应用，例如带有悬空柱状结构的构件。

图1所示为悬空柱状结构示意图。悬空柱状结构是一种水平方向的柱状体，其下方处于悬空状态，与直臂结构的沉积方向垂直，且位于直臂的中心位置。

如公开号为CN106041075A，名称为“一种金属零件悬空结构的高能束增材制造方法”的中国发明专利申请文件中公开了一种金属零件悬空结构的高能束增材制造方法，使增材技术能够用于成形拥有悬空结构的复杂金属构件制造，并保证增材制造的高效、高性能。其在悬空结构下方采用与悬空结构下表面保持平行的支撑基板作为悬空结构成形的基准，通过添加支撑的方式成形。

然而上述方法中的实体支撑部分会增加模型的设计时间，并且增材制造过程中对该支撑部分的成形过程也会花费更多的时间，成形完成后还需要将多余的支撑部分通过减材加工的方式去除，造成材料浪费。上述添加支撑结构增材悬空结构的方法虽然可行，但是从材料利用率、模型设计时间以及增减材加工时间的角度来说尚有欠缺。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明解决的技术问题是，因此，本领域的技术人员致力于研发一种悬空结构电弧增材工艺方法，这种方法能够解决悬空结构难以成形的问题，同时解决了增材悬空结构时，添加支撑结构带来的材料浪费、加工时间成本更高等问题。

本发明提供了一种用于成形带悬空结构结构的成形件的受控电弧增材工艺方法，具体为一个辅助装置安装在机器人末端，辅助装置输送支撑材料，支撑材料为悬空结构部分增材起辅助支撑作用，支撑材料会在成形悬空结构时熔融成为悬空结构的一部分，后期对悬空构件表面精加工处理，获得具有悬空结构的目标增材样件，具体包括以下步骤：

步骤S101:获得要成形件的模型，模型有至少一个或多个悬空结构；使用Solidworks软件建立目标零件的三维CAD模型，转化成STL格式的数据文件，分层切片得到增材件每层轮廓数据，根据轮廓数据规划出增材样件的熔覆填充路径；

步骤S102:采用CMT电弧增材的方法，按照已经规划出的熔覆填充路径对非悬空部分进行增材打印，该成形过程应选择成形质量好、效率高的工艺参数；