CN110193668A - 一种激光熔丝增材制造*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光熔丝增材制造***，包括控制***、连接控制***的多维运动机构、连接控制***的送丝机构以及安装在该多维运动机构的激光熔丝头，该控制***根据产品分层信息及加工路径数据由该多维运动机构执行激光熔丝头的增材路径，还包括可围绕该激光熔丝头转动的超声波振动组件，该超声波振动组件包括超声波振动头以及转动安装在该超声波振动头上的超声振动滚压柱，该激光熔丝头在增材路径上将送丝机构的金属熔融形成增材层，该超声振动滚压柱对该增材层进行超声振动滚压。本发明的激光熔丝增材制造***通过设置的辅助超声振动实现层层消除残余应力，层层晶粒细化，提高增材制造产品的性能。
Description
技术领域
本发明涉及激光增材制造技术领域，特别是涉及一种结构金属零件的激光熔丝增材制造***。
背景技术
直接金属增材制造由零件三维数字模型建立产品数据，通过分层切片以及路径规划等算法，采用材料逐层叠加的方法实现快速成型。由于增材制造简化或省略了传统制造中的车、铣、磨、锻、铸、焊等部分工艺环节，使产品数字化设计制造高度一体化，缩短加工制造周期，满足个性化小批量复杂零件的生产制造，并且正在由快速成型向快速制造转变。
根据能量源不同，金属丝材增材制造主要有电子束、电弧和激光三大类加工大型复杂结构件。金属丝材电子束熔丝增材制造需要在真空环境下进行，设备成本最高，电弧熔丝和激光熔丝增材制造不需要真空的加工环境，电弧熔丝由于其热影响区较大，晶粒生长大，通常配备滚压机构，所需滚压力较大，对设备要求较高，激光器熔丝由于热影响区小，快速熔凝，晶粒生产小，不需要较大的滚压机械。
中国专利申请第201621354756.7号披露了一种用于激光增材制造的超声波辅助成形装置，包括主要由双支撑转台和加工台构成的精密双轴数控转台，设置于加工台上的支撑紧固基座，安置于支撑紧固基座上的带有凹槽的模具，穿过所述加工台和支撑紧固基座设置并与模具底部连接的超声波装置，安置于所述模具上的凹槽内的基板，以及位于基板上方的送粉喷嘴。本实用新型利用超声波振动传递至基板，使之产生共振，从而在激光增材制造过程的激光作用下形成的熔池内部进行超声振动搅拌，产生空化效应和机械效应
但是，由于现有技术中的超声波振动头对基板进行超声波振动，而激光增材制造过程中增材熔池相对于基板是不断移动的，对基板进行超声波振动只能实现在超声波振动位置处的熔池能很好的实现振动搅拌；但实际上增材制造零件为逐层增长，从基板来的超声波强度随着激光熔丝头与基板的距离增加而衰减，远离基板的层与层之间的结合状态改善减弱。
因此，现有的激光熔丝增材制造技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明针对以上存在的技术问题，提供一种由控制***全自动控制进行增材制造以及超声波辅助跟随振动增材层，实现层层消除残余应力、层层细化晶粒，提高增材制造产品性能的激光熔丝增材制造***。
本发明实施方式提供的技术方案是：提供一种激光熔丝增材制造***，包括控制***、连接控制***的多维运动机构、连接控制***的送丝机构以及安装在该多维运动机构的激光熔丝头，该控制***根据产品分层信息及加工路径数据由该多维运动机构执行激光熔丝头的增材路径，还包括可围绕该激光熔丝头转动的导轨连接件以及安装在该导轨连接件上的超声波振动组件，该超声波振动组件包括超声波振动头以及转动安装在该超声波振动头上的超声振动滚压柱，该激光熔丝头在增材路径上将送丝机构的金属熔融形成增材层，该超声振动滚压柱对该增材层进行超声振动滚压。
该送丝机构包括送丝喷嘴，该送丝喷嘴从该激光熔丝头前方或者侧向送丝，该超声振动滚压柱在该激光熔丝头的后方跟随该激光熔丝头的增材路径对该增材层进行滚压。
该多维运动机构设置环形导轨，该导轨连接件包括可在该环形导轨转动的连接齿轮以及连接臂，该连接齿轮连接至伺服传动组件，该伺服传动组件连接至控制***。
该导轨连接件的连接臂连接至调整部，该超声波振动组件包括连接块，该调整部与该连接块之间设置弹性缓冲层。
该连接臂设置齿条，该调整部包括齿轮以及驱动该齿轮的伺服电机，该齿条与该齿轮配合实现该调整部沿着连接臂的上下运动。
该多维运动机构在控制***控制下执行激光熔丝头的增材路径，该控制***根据该增材路径确定该超声波振动组件的跟随路径，并根据该跟随路径通过该伺服传动组件调整该超声振动头相对于激光熔丝头的角度。
具体实施时，该连接块连接至安装块，该超声波振动组件包括换能器、变幅杆以及该超声波振动头，该超声波振动头安装在该安装块上。
在一个实施例中，该超声波振动头底端开设收容槽，该收容槽内设置转轴，该超声振动滚压柱可转动安装在该转轴上。
在另一个实施例中，该超声波振动头底端开设收容槽，该收容槽的缺口直径小于该超声振动滚压柱的直径。
本发明实施方式的有益效果是：本实施例的激光熔丝增材制造***通过超声振动滚压柱的滚动运动，避免辅助制造时出现滑动运动和干磨擦等不良运动影响增材层的质量，可由控制***全自动控制进行增材制造以及全自动控制超声波辅助跟随振动增材层，实现层层消除残余应力、层层细化晶粒，提高增材制造产品性能。
附图说明
图1是本发明实施例的激光熔丝增材制造***的结构示意图；
图2是本发明实施例的激光熔丝增材制造***的激光熔丝头与超声波振动组件的结构关系图；
图3是本发明实施例的激光熔丝增材制造***的超声波振动组件的超声波振动头的第一实施例的结构示意图；以及
图4是本发明实施例的激光熔丝增材制造***的超声波振动组件的超声波振动头的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
请参考图1，本实施例的激光熔丝增材制造***，包括机架100、连接机架100上控制***102的多维运动机构120、连接控制***102的送丝多维运动机构140、由该送丝多维运动机构140驱动的送丝机构70、安装在该多维运动机构120上的激光熔丝头20以及与该激光熔丝头20联动的超声波振动组件50。该机架100设置控制器102来对整个***进行控制。
该控制***102根据增材制造产品的分层信息及加工路径数据确定该激光熔丝头20的增材路径，再由该多维运动机构120执行该激光熔丝头20的增材路径。该超声波振动组件50安装在导轨连接件130从而实现围绕该激光熔丝头20的转动。
该超声波振动组件50包括换能器52、变幅杆54以及超声波振动头56。该超声波振动头56的底部设置可滚动的超声振动滚压柱57，该激光熔丝头20在增材路径上将送丝机构70的金属熔融形成增材层32，该超声振动滚压柱57对该增材层32进行超声振动滚压。
该多维运动机构120设置环形导轨，该导轨连接件130包括可在该环形导轨转动的连接齿轮以及连接臂135，该连接齿轮连接至伺服传动组件，该伺服传动组件连接至控制***100，由控制***102控制该伺服传动组件的转动。
该多维运动机构120在控制***102控制下执行激光熔丝头20的增材路径，该控制***102还根据该增材路径确定该超声波振动组件50的跟随路径，并根据该跟随路径通过该伺服传动组件调整该超声波振动组件50相对于激光熔丝头20的跟踪角度。本实施例的激光熔丝增材制造***通过该多维运动机构120可由控制***102全自动控制进行增材制造。熔丝增材产品30固定在基座10上，具体实施时，该基座10为工作台可在Y轴上水平往复运动。
该多维运动机构120通过设置环形导轨130使得该超声波振动组件50可以围绕激光熔丝头20转动以及沿着Z轴方向的连接臂135上下调整位置，从而实现控制***102控制全自动超声波辅助跟随平整该增材层32。
请参考图2，该送丝机构70包括送丝机构72以及送丝喷嘴74。该送丝多维运动机构140带动该送丝喷嘴74从该激光熔丝头20前方或者侧向送丝，该超声振动滚压柱57在该激光熔丝头20的后方跟随该激光熔丝头20的增材路径对该增材层32进行滚压。
该导轨连接件130的连接臂135连接至调整部60，该超声波振动组件50包括连接块58，该调整部60与该连接块58之间设置弹性缓冲层59。该缓冲层59将该超声波振动组件50的振动与激光熔丝头20的运动机构隔离，保证激光熔丝头20的增材路径的准确度，提高增材制造的精度。
为了实现该调整部60在该连接臂135上沿着Z轴方向的调整，在具体实施时，该连接臂135设置齿条，该调整部60包括齿轮以及驱动该齿轮的伺服电机，该齿条与该齿轮配合实现该调整部60沿着连接臂135的上下运动。
在另一实施例中，为了实现该调整部60在该连接臂135上沿着Z轴方向的调整，该调整部60包括直线导轨、丝母、滚珠丝杆以及驱动该滚珠丝杆的伺服电机，实现该调整部60沿着连接臂135的上下运动。
具体实施时，该连接块58连接至安装块，该超声波振动组件50包括换能器52、变幅杆54以及该超声波振动头56，该超声波振动头56安装在该安装块上。
请参考图3，在一个实施例中，该超声波振动头56底端开设收容槽，该收容槽内设置转轴55，该超声振动滚压柱57可转动安装在该转轴55上。
请参考图4，在另一个实施例中，该超声波振动头56底端开设收容槽51，该收容槽51的缺口直径小于该超声振动滚压柱57的直径。
本实施例的激光熔丝增材制造***通过多维运动机构120可由控制***102全自动控制进行增材制造，并且通过设置环形导轨使得该超声波振动组件50可以围绕激光熔丝头转动以及沿着连接臂135上下调整位置，从而实现控制***102控制全自动超声波辅助跟随振动该增材层。本实施例的激光熔丝增材制造***通过设置超声振动滚压柱57可避免辅助平整时该超声波振动头56出现滑动和干磨擦等不良运动影响增材层的质量。本实施例的激光熔丝增材制造***，该调整部60与该连接块之间设置弹性缓冲层59，将该超声波振动组件50的振动与激光熔丝头的运动机构隔离，保证激光熔丝头的增材路径的准确度，提高增材制造的精度。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种激光熔丝增材制造***，包括控制***、连接控制***的多维运动机构、连接控制***的供给激光熔丝的送丝机构以及安装在所述多维运动机构的激光熔丝头，所述控制***根据产品分层信息及加工路径数据由所述多维运动机构执行激光熔丝头的增材路径，其特征在于，还包括可围绕所述激光熔丝头转动的导轨连接件以及安装在所述导轨连接件上的超声波振动组件，所述超声波振动组件包括超声波振动头以及安装在所述超声波振动头上的超声振动滚压柱，所述激光熔丝头在增材路径上将送丝机构的金属熔融形成增材层，所述超声振动滚压柱对所述增材层进行超声振动滚压。
2.根据权利要求1所述的激光熔丝增材制造***，其特征在于，所述送丝机构包括送丝喷嘴，所述送丝喷嘴从所述激光熔丝头前方或者侧向送丝，所述超声振动滚压柱在所述激光熔丝头的后方跟随所述激光熔丝头的增材路径对所述增材层进行超声振动滚压。
3.根据权利要求2所述的激光熔丝增材制造***，其特征在于，所述多维运动机构设置环形导轨，所述导轨连接件包括可在所述环形导轨转动的连接齿轮以及连接臂，所述连接齿轮连接至伺服传动组件，所述伺服传动组件连接至控制***。
4.根据权利要求3所述的激光熔丝增材制造***，其特征在于，所述导轨连接件的连接臂连接至调整部，所述超声波振动组件包括连接块，所述调整部与所述连接块之间设置弹性缓冲层。
5.根据权利要求4所述的激光熔丝增材制造***，其特征在于，所述连接臂设置齿条，所述调整部包括齿轮以及驱动所述齿轮的伺服电机，所述齿条与所述齿轮配合实现所述调整部沿着连接臂的上下运动。
6.根据权利要求5所述的激光熔丝增材制造***，其特征在于，所述多维运动机构在控制***控制下执行激光熔丝头的增材路径，所述控制***根据所述增材路径确定所述超声波振动组件的跟随路径，并根据所述跟随路径通过所述伺服传动组件调整所述超声振动头相对于激光熔丝头的角度。
7.根据权利要求4所述的激光熔丝增材制造***，其特征在于，所述连接块连接至安装块，所述超声波振动组件包括换能器、变幅杆以及所述超声波振动头，所述超声波振动头安装在所述安装块上。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的激光熔丝增材制造***，其特征在于，所述超声波振动头底端开设收容槽，所述收容槽内设置转轴，所述超声振动滚压柱可转动安装在所述转轴上。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的激光熔丝增材制造***，其特征在于，所述超声波振动头底端开设收容槽，所述收容槽的缺口直径小于所述超声振动滚压柱的直径。
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