CN106216685B - 三维增材成型强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三维增材成型强化系统，提供了一种方案和其相应的装置，能够实现金属材料的成型与锻造相结合，为了达到上述的目的本系统方案所采用的方法是:将三维成型物的制造分为三个步骤这三个步骤为：沉积、铣制、喷丸；将喷丸处理技术引入金属材料三维增材制造的过程中可以解决金属材料三维增材成型中的强度低致密度差的问题。

Description

三维增材成型强化方法
技术领域
本发明是一种用于金属材料三维快速增材成型领域的强度提升与表面整形方案，具体是一种能提高金属材料三维增材技术制造成型零件的表面平整度和零件强度的一种方案和装置。
背景技术
近年来随着科学的进步，“三维增材制造技术”得到了快速蓬勃的发展,现在的技术已经可以直接制造金属部件,但是其三维成型物的强度低、密度低的问题一直导致其技术不能大规模应用。
发明内容
本发明提供了一种方案和其相应的装置，能够实现金属材料的成型与锻造相结合，以达到可以直接制造出高强度的三维成型物。
为了达到上述的目的本系统方案所采用的方法是:将三维成型物的制造分为三个步骤，这三个步骤为：沉积、铣制、喷丸；将喷丸处理技术引入金属材料三维增材制造的过程中可以解决金属材料三维增材成型中的强度低致密度差的问题，本发明的具体实施步骤如下
1在三维成型物沉积一层或多层的制造时进行一次铣削；
2在三维成型物完成一层或多层的制造时对其使用高速运动的弹丸流连续冲击沉积表面，迫使沉积层变得致密紧实，然后继续进行成型工序。
喷丸的工序有两道，分为一次喷丸和二次喷丸。
一次喷丸是指在三维成型物完成一层或多层的制造时对其使用高速运动的弹丸流连续冲击沉积表面；
二次喷丸是指在三维成型物完全成型之后对其进行整体喷丸处理。
在喷丸处理过程中，金属球击中三维成型物会使金属球和三维成型物的温度升高，为了使其冷却，喷丸中会使用低温惰性气体进行降温。
喷丸口由数控运动系统带动，其喷丸口的移动路径是根据三维成型物的切片形状进行运动的。
金属弹丸由低温惰性气体驱动，气体模块能供应高压低温的的惰性气体。
所述成型头是三维增材成型中用于喷出金属材料的核心部件。
所述铣头是一种用于金属加工的铣制装置。
所述喷丸模块是用于喷射金属弹丸的装置，由喷丸口、管道、阀门、丸室、气体模块组成。
所述运动模块是数控设备中所使用的数控滑轨、滑台和多轴摆角头，由数控系统操作。
所述隔门是一种用于隔开成型区域和喷丸区域的隔离门，在进行加工的时候关闭，在进行成型工序和喷丸工序的转换时开启。
所述喷丸口是用于精确喷出金属弹丸的装置，由运动模块进行精确的位移。
所述丸室是存储金属弹丸的的罐体。
所述成型室是用于进行三维增材成型和铣制的空间。
所述喷丸室是用于喷丸处理的空间。
所述成型台是承载三维成型物的数控运动平台。
所述阀门是用于控制金属弹丸流导通的阀门。
所述管道是一种用于导通金属弹丸流的高强度软管。
所述气体模块是一种可以供应低温惰性气体的装置，其供应的低温惰性气体有以下用途：1驱动金属弹丸高速运动、2冷却金属弹丸、3冷却加工面。
所述金属弹丸是一种金属球，其大小和材料根据三维成型物的大小和材料进行选定。
附图说明
图1为本发明的安装实例图。
图2为本发明的结构实例图。
图3为本发明工作时的模拟图。
图4 为本发明喷丸模块的结构图。
图5为本发明的工作流程图。
图6是本发明二次喷丸的流程示意图。
图中 1成型头2铣头3喷丸模块4运动模块5隔门6喷丸口7丸室8气体模块9成型室10喷丸室11成型台12阀门13管道14金属弹丸。
以下结合图示和具体实例对本发明进行说明：
参考图1和图2整个系统有金属三维增材成型功能、铣制功能、喷丸功能，这三个功能可以独立运作也可以配合运作，三维增材成型功能和铣制功能包括在成型工序中，喷丸功能为喷丸工序。
参考图2、图3、图4是喷丸模块的运作原理，在进行喷丸强化工序时11成型台会转移到10喷丸室中，在喷丸室中进行喷丸强化，喷丸模块的运作方式为：由8气体模块提供高压、低温的惰性气体，使7丸室形成高压环境，当12阀门在数控系统的指令下打开时气体会将14金属弹丸通过13管道输送到喷丸口，由6喷丸口喷出14金属弹丸会击打三维成型物的成型表面，以此进行喷丸强化。
参考图5和图6是加工工序的示意图，当三维成型物在9成型室被1成型头和2铣头完成一层或多层的加工时，由4运动模块将成型物转入10喷丸室，10喷丸室和9成型室通过5隔门隔开，当喷丸工序开始时8气体模块给7丸室供应低温惰性气体,12阀门打开,14金属弹丸通过13管道输送到6喷丸口高速喷出,6喷丸口由4运动模块带动,由4运动模块对喷丸的位置精确控制，当喷丸工序结束时5隔门打开11成型台会回到9成型室继续成型，在成型和喷丸的过程中5隔门都保持关闭状态。在三维成型物完全成型时还可以再次将三维成型物转入10喷丸室进行一次喷丸处理。
本发明的特点在于，将喷丸强化工艺加入到三维增材成型工序中，使三维增材成型物不仅表面能够被强化，其整体也能得到强化。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施实例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.三维增材成型强化方法,其特征在于:将三维成型物的制造分为三个步骤，其具体步骤为：沉积、铣制、喷丸,将分层铣制、喷丸处理技术引入金属材料三维增材制造的过程中；
在三维成型物完成一层或多层沉积时进行一次铣削,在三维成型物完成一层或多层的铣削时，对其使用高速运动的金属弹丸连续冲击沉积表面，迫使沉积层变得致密紧实，然后继续进行成型工序，所述金属弹丸是由低温惰性气体驱动，通过喷丸口喷出，在喷丸处理过程中，金属弹丸击中三维成型物会使金属弹丸和三维成型物的温度升高，喷丸过程中使用的低温惰性气体也可以同时对金属弹丸和三维成型物进行降温,在三维成型物完全成型时，对成型物进行一次整体喷丸；
所述喷丸过程是在独立的喷丸室中进行的，在进行喷丸强化工序时成型台会转移到喷丸室中，在喷丸室中进行喷丸强化，喷丸模块的运作方式为：由气体模块提供高压、低温的惰性气体，使丸室形成高压环境，当阀门在数控系统的指令下打开时气体会 将金属弹丸通过管道输送到喷丸口，由喷丸口喷出金属弹丸会击打三维成型物的 成型表面，以此进行喷丸强化；
所述成型和铣制过程是在成型室中进行的，当三维成型物在成型室被成型头和铣头完成一层或多层的加工时，由运动模块将成型物转入喷丸室，喷丸室和成型室通过隔门隔开。
2.根据权利要求1所述三维增材成型强化方法,其特征在于: 整个系统有金属三维增材成型功能、铣制功能、喷丸功能，这三个功能可以独立运作也可以配合运作，三维增材成型功能和铣制功能包括在成型工序中，喷丸功能为喷丸工序。
3.根据权利要求1所述三维增材成型强化方法,其特征在于:喷丸口由数控运动系统带动，其喷丸口的移动路径是根据三维成型物的切片形状进行运动的。
4.根据权利要求1所述三维增材成型强化方法,其特征在于: 所述隔门是一种用于隔开成型区域和喷丸区域的隔离门，在成型和喷丸的过程中隔门都保持关闭状态，在进行成型工序和喷丸工序的转换时开启。
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