[发明专利]激光增材制造复杂金属构件的无支撑成形方法及其多自由度平台装置

权利要求书

1.一种激光增材制造复杂金属构件的多自由度平台装置，其特征在于，包括可调节支撑结构以及安装在可调节支撑结构上方的运动平台，其中：

所述的可调节支撑结构，包括中部可调节支撑结构以及外侧可调节支撑结构；所述的中部可调节支撑结构，包括底部旋转平台以及第二伸缩杆；第二伸缩杆的下端与底部旋转平台铰接，而第二伸缩杆的上端则与运动平台的中部位置铰接；

所述的外侧可调节支撑结构，数量至少有3个；各外侧可调节支撑结构周向均布在中部可调节支撑结构的外围；每一个外侧可调节支撑结构均包括底部运动组件以及第一伸缩杆；第一伸缩杆的上端与运动平台铰接，而下端则与底部运动组件铰接，且所述的第一伸缩杆与底部运动组件之间的铰接位点能够在第一伸缩杆所处的平面内移动。

2.根据权利要求1所述的激光增材制造复杂金属构件的多自由度平台装置，其特征在于，所述的底部运动组件包括支撑底座、驱动电机、轴承支座、滑轨以及滑动式球铰座，其中：

所述的支撑底座上设置有倾斜支撑面；

所述驱动电机的固定部分以及轴承支座均安装在倾斜支撑面上；

所述滑轨通过轴承支座定位支撑在倾斜支撑面，且滑轨与驱动电机的动力输出端连接；

滑动式球铰座可移动地安装在滑轨上，而第一伸缩杆的下端铰接在滑动式球铰座中；

所述的滑动式球铰座在驱动电机的动力带动下沿着滑轨平移，以带动第一伸缩杆的下端沿着倾斜支撑面平移，实现运动平台的多自由度调整。

3.根据权利要求1所述的激光增材制造复杂金属构件的多自由度平台装置，其特征在于，所述运动平台下表面的中心位置安装有顶部虎克铰链，第二伸缩杆的上端与所述的顶部虎克铰链铰接。

4.根据权利要求2所述的激光增材制造复杂金属构件的多自由度平台装置，其特征在于，所述的外侧可调节支撑结构的数量为3个；所述运动平台的下表面设置有3个以顶部虎克铰链为中心而周向均匀分布的顶部球铰座，对应为第一至第三顶部球铰座；各外侧可调节支撑结构的第一伸缩杆的两端均配装有一个球铰；第一伸缩杆上端的球铰安装在对应的滑动式球铰座中，而下端的球铰则安装在相应的顶部球铰座中。

5.根据权利要求4所述的激光增材制造复杂金属构件的多自由度平台装置，其特征在于，所述轴承支座的数量有两个；两个轴承支座对应为第一、第二支座，并间隔安装在倾斜支撑面上；滑轨通过第一、第二支座定位支撑，且滑动式球铰座套接在第一、第二支座之间的滑轨上；同时所述第一、第二支座之间安装有导向轨，导向轨与所述滑轨相互平行，且滑动式球铰座与所述的导向轨可移动连接。

6.一种激光增材制造复杂金属构件的无支撑成形方法，基于权利要求1所述的激光增材制造复杂金属构件的多自由度平台装置而实现，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、针对待成型构件，工控机内预存有对应的二维平面切片数据；

步骤二：将基板固定在运动平台上；

步骤三、根据工控机内预存的二维平面切片数据，在基板上周期性扫描粉末，以从下到上逐一沉积各沉积层，直至待成型构件沉积成形；在沉积过程中，从第二沉积层开始，在每一层沉积层N的铺粉工序前，工控机均会预先模拟判断沉积层N与上一沉积层N-1之间的夹角ξ是否不小于极限成形角θ；在判断结果表明夹角ξ大于极限成形角θ时，通过变换运动平台的位姿来调控沉积层N与上一沉积层N-1之间的夹角ξ，直至夹角ξ不小于极限成形角θ时，开始在基板上铺粉，进而激光沉积成形沉积层N。

7.根据权利要求6所述的激光增材制造复杂金属构件的无支撑成形方法，其特征在于，步骤三中，通过仿真计算出沉积成形沉积层N所需的空间位姿变换量后，转化为运动平台的空间变换量，进而划分为三根不同伸缩杆的变换量，从而通过三根伸缩杆的变换使得运动平台达到预期位姿，以实现夹角ξ不小于极限成形角θ；运动平台通过三组外侧可调节支撑结构支撑，每一个外侧可调节支撑结构均包括有一根所述的伸缩杆。