CN105382259A - 一种选区激光熔化复合制造机床及工件复合制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种选区激光熔化复合制造机床，包括升降工作台、主轴、增材制造机构、减材加工机构和能对工件缺陷进行在线检测的缺陷检测机构，增材制造机构包括激光扫描系统和送粉装置，激光扫描系统与激光发生器相连，所述送粉装置包括粉盒和刮板，减材加工机构包括刀具、刀库和换刀托架，所述缺陷检测机构包括缺陷检测头和检测信号采集与分析系统。本发明还公开了一种工件复合制造方法，过程主要为选区激光熔化增材制造、检测缺陷和减材加工循环进行，最终完成复合制造。本发明通过对选区激光熔化增材制造、减材加工和缺陷检测的复合，保证具有高尺寸精度、高表面质量、低内部缺陷的工件的一次成形,有效缩短生产周期，保证零件制造质量和精度。

Description

一种选区激光熔化复合制造机床及工件复合制造方法

技术领域

本发明涉及机床技术领域，具体涉及一种复合制造机床及工件复合制造方法。

背景技术

随着航空航天、核能源、海洋工程制造业对精密复杂零部件的需求日益迫切，目前兴起的增材制造技术以其灵活、高效的特点，在复杂零部件的制造中得到快速发展。但增材制造的复杂零部件精度和表面质量往往低于实际要求，在成型后需要在机床上进行减材(如切削等)加工。由于定位基准发生变化，导致生产效率低下、周期延长、成本增加。增材制造的零部件往往比较复杂，对于这些零部件的减材加工比较困难，甚至不可能。增材制造后的零部件内、外表面粗糙，并且含有微观裂纹、未融化或部分融化粉末、气孔、杂质等缺陷。这些缺陷必须清除，否则会在后续使用过程中造成粉末脱落堵塞或零部件的疲劳破坏从而导致零部件失效。此外，即使在合理的制造工艺参数下，零部件的内部也会有随机的制造缺陷(如气孔、杂质、裂纹等)，这些缺陷必须在零部件的制造过程中加以检测与去除。总而言之，如何提高增材制造零部件的质量和精度是增材制造技术发展和应用中亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对以上提出的现有增材制造零部件的质量存在缺陷和难以控制精度的问题，而研究设计一种选区激光熔化复合制造机床及工件复合制造方法。本发明采用的技术手段如下：

一种选区激光熔化复合制造机床，包括升降工作台、主轴、增材制造机构、减材加工机构和能对工件缺陷进行在线检测的缺陷检测机构，所述机床上设有升降工作台，所述主轴设置于升降工作台的上方，所述增材制造机构包括激光扫描系统和铺粉装置，所述激光扫描系统与激光发生器相连，所述激光扫描系统包括聚焦镜、X轴振镜和Y轴振镜，用现有的激光扫描系统即可实现，所述铺粉装置包括粉盒和刮板，所述刮板能将粉盒中粉末均匀铺在工作台上，激光光束透过所述激光扫描系统照射到所述工作台上，将所述粉末熔化，所述减材加工机构包括刀具、刀库和换刀托架，所述缺陷检测机构包括缺陷检测头和缺陷检测信号采集与分析系统。进一步地，所述主轴、增材制造机构、减材加工机构和缺陷检测机构均由数控系统控制。

进一步地，所述刀库中放置有不同规格的刀具以及缺陷检测头，所述刀库也与数控系统相连，所述换刀托架能从刀库取放刀具和缺陷检测头。

进一步地，所述升降工作台能沿竖直方向移动。

进一步地，所述刮板能沿水平方向移动。

进一步地，所述缺陷检测头为涡流检测器。

一种工件复合制造方法，包括如下步骤：

①在金属基板上进行一定层数的选区激光熔化增材制造；

②减材加工去除表面缺陷；

③对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷则减材加工去除内部缺陷，如果不存在内部缺陷，重复步骤①、②和③直至完成整个工件的制造。

进一步地，步骤③中，对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷，对缺陷区域进行减材加工，去除缺陷区域，并重新在去除缺陷区域的位置进行增材制造。

与现有技术比较，本发明所述的一种复合制造机床及工件复合制造方法具有以下优点：

1、通过对选区激光熔化增材制造、减材加工和缺陷检测的复合，保证工件一次完成高质量、高精度、复杂增材制造和精密减材加工成形；

2、本发明可以在一次定位条件下，实现精密零件的高效、精密的增材减材一体化复合制造，有效缩短生产周期，保证复杂零件制造质量和精度。

附图说明

图1是本发明实施例所述的选区激光熔化复合制造机床的结构示意图。

图2是本发明实施例所述的工件复合制造方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种选区激光熔化复合制造机床，包括升降工作台14、主轴5、增材制造机构、减材加工机构和能对工件13的缺陷进行在线检测的缺陷检测机构，所述机床上设有升降工作台14，所述工作台14能沿竖直方向移动，所述主轴5设置于工作台14的上方，所述增材制造机构包括激光扫描系统和铺粉装置，所述激光扫描系统4通过光纤3与激光发生器2相连，所述铺粉装置包括刮板10和粉盒12，所述减材加工组件包括刀具8、刀库9和换刀托架6，所述缺陷检测机构包括缺陷检测头7和缺陷检测信号采集与分析系统11，所述刀具8和缺陷检测头7放置于刀库9中，所述换刀托架6能从刀库9中取放刀具8和缺陷检测头7。

所述缺陷检测头7为涡流检测器。涡流检测是利用电磁感应原理，通过测定被检导电工件在交变磁场激励作用下所感生的涡流特征，来无损的检测该试件中有无缺陷或评定其技术状态的无损检测方法,具有定量化和高效的特点，因此可以应用于增减材复合制造的缺陷检测模块中。

所述主轴5、增材制造机构、减材加工机构和缺陷检测机构均由数控系统1控制，所述刀库9也与数控系统1相连。

如图2所示，一种工件复合制造方法，使用本实施例所述的复合制造机床，包括如下步骤：

①数控系统1控制激光扫描系统和铺粉装置在金属基板上进行一定层数的增材制造；

②数控系统1控制换刀托架6将对应的刀具8从刀库9中取出并安装于主轴5上，对步骤①得到的工件部分进行减材加工去除表面缺陷；

③数控系统1控制换刀托架6和刀库9卸载刀具8，并安装缺陷检测头7于主轴5上对工件13进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷，则数控系统获得缺陷检测头7当前位置以及缺陷位置和尺寸，数控系统1控制换刀托架6和刀库9卸载缺陷检测头7，并安装刀具8于主轴5上，数控系统1控制主轴5进行减材加工去除内部缺陷所在道次或区域，并重新在该道次或区域进行增材制造；如果不存在内部缺陷，则数控系统1控制换刀托架6将缺陷检测头7从主轴5上卸载，放回刀库9，重复步骤①、②和③直至完成整个工件的制造。由于减材去除内部缺陷的区域是该缺陷所在的一个或若干个增材道次，因此，不会对后续的制造过程有显著影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种选区激光熔化复合制造机床，其特征在于：包括

升降工作台；

主轴，所述主轴设置于升降工作台的上方；

增材制造机构，所述增材制造机构包括激光扫描系统和送粉装置，所述激光扫描系统与激光发生器相连，所述送粉装置包括粉盒和刮板，所述刮板能将粉盒中粉末均匀铺在工作台上；

减材加工机构，所述减材加工机构包括刀具、刀库和和换刀托架；以及能对工件缺陷进行在线检测的缺陷检测机构，所述缺陷检测机构包括缺陷检测头和检测信号采集与分析系统。

2.根据权利要求1所述的复合制造机床，其特征在于：所述主轴、增材制造机构、减材加工机构和缺陷检测机构均由数控系统控制。

3.根据权利要求1所述的复合制造机床，其特征在于：所述刀库中放置有不同规格的刀具以及缺陷检测头，所述刀库也与数控系统相连，所述换刀托架能从刀库取放刀具和缺陷检测头。

4.根据权利要求1所述的复合制造机床，其特征在于：所述升降工作台能沿竖直方向移动。

5.根据权利要求1所述的复合制造机床，其特征在于：所述刮板能沿水平方向移动。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的复合制造机床，其特征在于：所述缺陷检测头为涡流检测器。

7.一种工件复合制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

①在金属基板上进行一定层数的选区激光熔化增材制造；

②减材加工去除表面缺陷；

③对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷则减材加工去除内部缺陷，如果不存在内部缺陷，重复步骤①、②和③直至完成整个工件的制造。

8.根据权利要求7所述的工件复合制造方法，其特征在于：步骤③中，对工件部分进行内部缺陷检测，如果存在内部缺陷，对缺陷区域进行减材加工，去除缺陷区域，并重新在去除缺陷区域的位置进行增材制造。