CN106003712A - 一种用于増材制造的辊压装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于増材制造的辊压装置，属于増材制造技术领域，特征是在现有高能束增材制造设备的基础上，增设有在制件成型过程中对加工工件进行辊压的装置。具体构造是在工作腔的上方分别固定安装有左右横梁，左右横梁上安装有滑动横梁，滑动横梁上安装有滑动横梁滑块，连接板上端与滑动横梁滑块连接，下端与升降机构箱体连接，升降机构的传动齿轮与辊压机构箱体上固定连接的工形板齿条相啮合。优点是在增材制造的过程中，工件在压力的作用下产生塑性变形，消除了材料在增材制造过程中产生的疏松和质地不均匀等缺陷，使加工零件的内部组织更加紧密坚实，优化了微观组织结构，提高了零件的机械性能和产品质量。

Description

一种用于増材制造的辊压装置
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于增材制造的辊压装置。
背景技术
增材制造技术是近年来迅速发展起来的一种运用计算机生成零件的三维CAD数字模型，利用专业软件按照一定的Z轴向厚度对模型进行切片分层，从而将每一层的数据转化为XY轴向的平面运动轨迹，再将每一层的运动轨迹数据输入到3D打印设备中，3D打印设备在计算机系统的控制下，利用高能热源将金属或非金属粉末等耗材加热，实现材料Z轴向的层叠堆积，最终形成三维实体零件。
以激光束、电子束为能量源的高能束增材制造技术是该技术领域的重要发展方向，该类技术在航空航天领域有良好的应用前景，国内外都非常重视。主要有激光选区烧结、激光熔覆和电子束成形等。其中激光选区烧结的成形过程如下：在3D打印设备工作腔内，铺粉装置在基板上铺上一个层厚的粉末，高能激光束在计算机系统控制下，依据切片后的运动轨迹，对粉末进行选择性扫描，高能激光束扫描过的粉末粘接或熔化，从而得到该层的零件形状；基板在Z轴向下降一个层厚，重新铺粉后高能激光束再次进行选择性扫描，得到该层的实体零件形状，如此反复，逐层叠积，最终得到三维CAD数字模型一致的实体零件。
目前，高性能金属构件增材制造一般是通过高能束流加热，在极端远离平衡的条件下，通过高能束微细熔池的冶金过程，对材料进行逐层叠加，从而实现增材制造，该技术生产的产品内部质量比较疏松，极大影响了增材制造零件的推广使用。虽然有文献报道宣称可以达到100%致密，但往往是从密度测量的角度或与前期覆膜烧结技术相比较而言，内部缺陷不可避免，包括气孔、夹杂、疏松和裂纹等问题。这些缺陷的特点是尺度小、弥散分布，对现有的检测技术是一个挑战。受缺陷的影响，钛合金等材料的高周疲劳性能具有较大分散性，对于服役要求高的零件，还需要进行大量的后期处理。
发明内容
本发明提供一种用于増材制造的辊压装置，可有效的克服现有技术存在的缺点。
本发明是这样实现的：其特征是在现有高能束增材制造设备的基础上，增设有在制件成型过程中对加工工件进行辊压的装置，如图1、图2、图3、图4和图5所示，在高能束增材制造设备工作腔1内，安装有基板2，在高能束增材制造设备工作腔1的上方左右分别固定安装有相互平行的左右横梁6、7，在左右横梁6、7的同一端分别安装有左右横梁主动带轮6.3、7.3，在左右横梁6、7的另一端分别安装有左右横梁被动带轮6.6、7.6，左右横梁同步带6.4、7.4分别套装在左右横梁主动带轮6.3、7.3和左右横梁被动带轮6.6、7.6上，滑套在左右横梁导轨6.1、7.1上的左右横梁滑块6.5、7.5分别与左右横梁同步带6.4、7.4固定连接在一起；滑动横梁8的左右端分别支承在左右横梁滑块6.5、7.5上，在滑动横梁8的一端固定安装有中部电机8.2，中部电机8.2的输出轴端安装有滑动横梁主动带轮8.3，在滑动横梁8的另一端安装有滑动横梁被动带轮8.6，滑动横梁同步带8.4套装在滑动横梁主动带轮8.3和滑动横梁被动带轮8.6上，滑动横梁滑块8.5与滑动横梁同步带8.4连接在一起，滑动横梁滑块8.5的下端与连接板9相连接；连接板9上面安装有温度传感器9.1和压力传感器9.2，连接板9的下端与升降机构箱体5连接；如图6、7、8、9所示，辊轮机构箱体4与升降机构箱体5之间通过工形板齿条4.4与传动齿轮5.1啮合；辊压轮4.1安装在辊轮机构箱体4内，辊压轮4.1中心轴的一端通过轴承支承在箱体壁上，其另一端通过辊压轮联轴节4.3与安装在辊轮机构箱体4外壁上的辊压电机4.2相连接；升降机构箱体5内安装有传动齿轮5.1，传动齿轮5.1的一端通过轴承支承在升降机构箱体5的侧壁上并与位置检测传感器5.3相连接，另一端通过联轴节与固定连接在升降机构箱体5侧壁上的传动电机5.2相连接，安装在辊轮机构箱体4与升降机构箱体5之间的工形板齿条4.4以滑动配合安装在升降机构箱体5背壁上开设的条形开口内，工形板齿条4.4与辊轮机构箱体4背壁固定连接在一起。
本发明优点及积极效果是：①通过辊压装置的辊轮对层叠堆积物实现辊压，在压力的作用下使得层叠堆积物产生塑性变形，消除了材料在增材制造过程中产生的疏松和质地不均匀等缺陷，使加工零件的内部组织更加紧密坚实，提高了零件的机械性能和产品质量，优化了微观组织结构，具有稳定的力学、物理和化学性能，可直接作为功能零件投入使用。
②辊压装置中，辊压轮启动频次可控可调可设，可实现不同辊压需要。
③辊压装置中的升降机构，可实现辊轮的压下量微调。
④辊压装置中，在温度、位置和压力传感器检测作用下，能够实现计算机设定的温度、位置和压力闭环。
附图说明
图1本发明在增材制造设备工作腔内安装示意图
图2左横梁结构示意图
图3右横梁结构示意图
图4滑动横梁结构示意图
图5辊轮机构和升降机构示意图
图6辊轮机构示意图
图7辊轮机构、升降机构和连接件结构示意图
图8辊轮机构与升降机构俯视图
图9辊轮机构、升降机构和连接件爆炸图
图中：1—高能束增材制造设备工作腔；2—基板；3—层叠堆积物；4—辊轮机构箱体；5—升降机构箱体；6—左横梁；7—右横梁；8—滑动横梁；9—连接板；4.1—辊压轮；4.2—辊压电机；4.3—辊压轮联轴节；4.4—工形板齿条；5.1—传动齿轮；5.2—传动电机；5.3—位置检测传感器；6.1—左横梁导轨；6.2—左横梁电机；6.3—左横梁主动带轮；6.4—左横梁同步带；6.5—左横梁滑块；6.6—左横梁被动带轮；7.1—右横梁导轨；7.2—右横梁电机；7.3—右横梁主动带轮；7.4—右横梁同步带；7.5—右横梁滑块；7.6—右横梁被动带轮；8.1—滑动横梁导轨；8.2—中部电机；8.3—滑动横梁主动带轮；8.4—滑动横梁同步带；8.5—滑动横梁滑块；8.6—滑动横梁被动带轮；9.1—温度传感器；9.2—压力传感器；Ⅰ—第一计算机控制系统；Ⅱ—第二计算机控制系统。
具体实施方式
如图1所示，在高能束増材制造设备工作腔1内增设有在制件成型过程中对加工工件进行辊压的装置。在基板2上实施层叠堆积物3后，通过辊压装置的辊压轮4.1对层叠堆积物3实施辊压。
设定用于控制激光増材制造的第一计算机控制系统Ⅰ，用于控制辊压装置的第二计算机控制系统Ⅱ。通过第一计算机控制系统Ⅰ完成零件的三维CAD数字模型设计，并对三维CAD数字模型进行切片处理，得到各层两维平面内层叠堆积的运动轨迹后，传递给第二计算机控制系统Ⅱ。
第二计算机控制系统Ⅱ初始化零点，设定左横梁6上左横梁滑块6.5运动方向为X轴，右横梁7与左横梁6平行；设定滑动横梁8上滑动横梁滑块8.5运动方向为Y轴。左右横梁6、7靠近电机一侧的终点为X轴零点，滑动横梁8靠近左横梁6的一端的终点为Y轴零点。
本实施例中，总体过程是第一计算机控制系统Ⅰ根据三维CAD数字模型的切片数据，对所铺设的粉末进行选择性扫描，高能激光束对扫描过的粉末粘接或熔化，得到该层的零件形状。当第二计算机控制系统Ⅱ判断启动辊压装置为真时，第二计算机控制系统Ⅱ和第一计算机控制系统Ⅰ通讯，取得当前层的模型数据。在第二计算机控制系统Ⅱ的控制下，左右横梁电机6.2、7.2同步驱动左右横梁主动带轮6.3、7.3，左右横梁主动带轮6.3、7.3和左右横梁被动带轮6.6、7.6带动左右横梁同步带6.4、7.4，左右横梁同步带6.4、7.4带动左右横梁滑块6.5、7.5同向运动，从而带动滑动横梁8在左右横梁导轨6.1、7.1上沿X轴方向前后运动；滑动横梁电机8.2驱动滑动横梁主动带轮8.3，滑动横梁主动带轮8.3和滑动横梁被动带轮8.6带动滑动横梁同步带8.4移动，滑动横梁同步带8.4带动滑动横梁滑块8.5在滑动横梁导轨8.1上沿Y轴方向左右运动，从而带动连接板9、升降机构箱体5和辊轮机构箱体4完成X、Y两个轴向上的运动，直到到达模型要求的当前层工件上方。第二计算机控制系统Ⅱ根据位置检测传感器5.3的值，驱动传动电机5.2，带动传动齿轮5.1运转，通过工形板齿条4.4带动辊轮机构箱体4做上下微调，直到达到第二计算机控制系统Ⅱ指定的压下量位置。辊压电机4.2带动辊压轮联轴节4.3驱动辊压轮4.1转动。在辊压电机4.2、传动电机5.2、左横梁电机6.2、右横梁电机7.2和中部电机8.2共同作用下，辊压轮4.1在第二计算机控制系统Ⅱ的控制下做指定路径的辊压运动，根据模型数据做指定路径的辊压运动结束后，辊压装置回零点；一个辊压周期结束。第一计算机控制系统Ⅰ继续逐层增材制造；根据设定，当需要辊压动作时，重新启动一个新的辊压周期，如此反复，直至得到三维CAD数字模型一致的实体零件。

Claims (1)

1.一种用于増材制造的辊压装置，其特征是在现有高能束增材制造设备的基础上，增设有在制件成型过程中对加工工件进行辊压的装置；在高能束增材制造设备工作腔（1）内，安装有基板（2），在高能束增材制造设备工作腔（1）的上方左右分别固定安装有相互平行的左右横梁（6）、（7），在左右横梁（6）、（7）的同一端分别安装有左右横梁主动带轮（6.3）、（7.3），在左右横梁（6）、（7）的另一端分别安装有左右横梁被动带轮（6.6）、（7.6），左右横梁同步带（6.4）、（7.4）分别套装在左右横梁主动带轮（6.3）、（7.3）和左右横梁被动带轮（6.6）、（7.6）上，滑套在左右横梁导轨（6.1）、（7.1）上的左右横梁滑块（6.5）、（7.5）分别与左右横梁同步带（6.4）、（7.4）固定连接在一起；滑动横梁（8）的左右端分别支承在左右横梁滑块（6.5）、（7.5）上，在滑动横梁（8）的一端固定安装有中部电机（8.2），中部电机（8.2）的输出轴端安装有滑动横梁主动带轮（8.3），在滑动横梁（8）的另一端安装有滑动横梁被动带轮（8.6），滑动横梁同步带（8.4）套装在滑动横梁主动带轮（8.3）和滑动横梁被动带轮（8.6）上，滑动横梁滑块（8.5）与滑动横梁同步带（8.4）连接在一起，滑动横梁滑块（8.5）的下端与连接板（9）相连接；连接板（9）上面安装有温度传感器（9.1）和压力传感器（9.2），连接板（9）的下端与升降机构箱体（5）连接；辊轮机构箱体（4）与升降机构箱体（5）之间通过工形板齿条（4.4）与传动齿轮（5.1）啮合；辊压轮（4.1）安装在辊轮机构箱体（4）内，辊压轮（4.1）中心轴的一端通过轴承支承在箱体壁上，其另一端通过辊压轮联轴节（4.3）与安装在辊轮机构箱体（4）外壁上的辊压电机（4.2）相连接；升降机构箱体(5)内安装有传动齿轮（5.1），传动齿轮（5.1）的一端通过轴承支承在升降机构箱体（5）的侧壁上，与位置检测传感器（5.3）相连接，另一端通过联轴节与固定连接在升降机构箱体（5）侧壁上的传动电机（5.2）相连接，安装在辊轮机构箱体（4）与升降机构箱体（5）之间的工形板齿条（4.4）以滑动配合安装在升降机构箱体（5）背壁上开设的条形开口内，工形板齿条（4.4）与辊轮机构箱体（4）背壁固定连接在一起。
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