CN109604598A - 一种增减材复合加工设备 - Google Patents
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Abstract
一种增减材复合加工设备，包括密封腔室和共同处于密封腔室中的增材制造装置和减材制造装置，增材制造装置包括上送粉机构、铺粉机构、铺粉机构驱动模组、激光器、激光器升降机构和成型仓，上送粉机构向铺粉机构定量送粉，铺粉机构用于将粉均匀铺在成型仓内的成型基板上，激光器升降机构对激光器的高度位置进行调整，激光器对铺均匀的粉进行烧结打印；减材装置包括三轴运动的CNC主轴、刀库及测刀装置，CNC主轴在控制系统的控制下从刀库进行取刀，并经测刀装置测刀后对所打印的模型轮廓进行减材加工。该设备可完成复杂模型的内部减材加工，有效提高了激光打印精度，打印和CNC加工的稳定性好，加工质量高。
Description
技术领域
本发明涉及金属3D打印技术领域，特别是涉及一种增减材复合加工设备。
背景技术
金属3D打印技术是不同于传统减材制造的一种技术，金属3D打印技术即是增材制造，是从无到有，由材料堆积成型的制造过程，首先使用CAD构建模型，然后进行层堆积制造，可以完成一些具有复杂外形及内部结构工件的制造，具有成本低，结构多样化，材料无限组合等优点。但现有金属3D打印仍然存在一些缺陷，打印出的模型表面相对粗糙，留有加工余量需要后期减材加工才可使用，而一些具有复杂内部结构的零件很难进行后期的减材加工(例如模型内部的冷却水路)，难以满足生产需求；现有金属3D打印设备的激光器由于焦距大，激光打印精度无法得到有效的控制；现有金属3D打印设备采用左右的通风方式，这样的通风方式距离远，内部空气循环紊乱，打印产生的烟雾和金属冷凝物会四处扩散，从而影响其他部件的使用寿命和工作环境；现有金属3D打印设备采用金属的基座，在打印过程中激光产热量大，易引起基座的热变形；现有金属3D打印设备是采用直接冲入惰性气体的方式来保证气体环境，这样达到要求的速度慢且空气排出不彻底；现有金属3D打印设备采用裸露或者一定程度防尘的直线导轨，这样仍然无法避免金属粉末进入到导轨上，从而造成导轨磨损，使用寿命降低。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种增减材复合加工设备。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种增减材复合加工设备，包括密封腔室和共同处于所述密封腔室中的增材制造装置和减材制造装置，所述增材制造装置包括上送粉机构、铺粉机构、铺粉机构驱动模组、激光器、激光器升降机构和成型仓，所述上送粉机构设置在所述铺粉机构的上方，用于向所述铺粉机构定量送粉，所述铺粉机构驱动模组耦合到所述铺粉机构，所述成型仓内设置有成型基板，所述铺粉机构用于将粉均匀铺在所述成型基板上，所述激光器安装在所述激光器升降机构上，所述激光器升降机构用于对所述激光器的高度位置进行调整，所述激光器用于对铺均匀的粉进行烧结打印；所述减材装置包括能够进行三轴运动的CNC主轴和与所述CNC主轴相配合设置的刀库及测刀装置，所述刀库用于供所述CNC主轴取刀，所述测刀装置用于测量刀具高度，所述CNC主轴用于在所述增材制造装置完成一层或几层打印后，在控制系统的控制下进行取刀，并经所述测刀装置测刀后对所打印的模型轮廓进行减材加工。
进一步地：
还包括与所述CNC主轴相配合设置的主轴冷却装置。
还包括设置在所述成型基板上溢粉仓，所述溢粉仓用于回收所述铺粉机构铺粉后产生的多余的粉末。
还包括惰性气体供应装置，所述密封腔室还设置有进气口，所述进气口连接所述惰性气体供应装置，用于向所述密封腔室内输入惰性气体。
所述密封腔室还设置有出风口，打印过程中产生的烟雾通过所述出风口抽出，所述进气口与所述出风口在所述成型仓的前后方向设置。
还包括抽真空装置，所述抽真空装置用于先对所述密封腔室进行抽真空以促进所述惰性气体对粉末间空气的清除效果。
所述铺粉机构驱动模组为直线模组，所述铺粉机构为双向铺粉机构。
所述CNC主轴的周围设置有风琴防护罩。
所述上送粉机构与所述成型仓之间通过防尘钣金隔开。
还包括大理石基座，所述增材装置和所述减材装置共同安装于所述大理石基座上。
本发明具有如下有益效果：
本发明增减材复合加工设备是增减材同工位的复合设备，能够在增材制造的过程中实施减材加工，可控制每打印几层都进行一次减材加工，加工部位一直是轮廓，这样就可以完成复杂模型的内部减材加工，从而达到预期的加工效果；由于激光器安装在可升降的激光器升降机构上，每次需要打印时将激光器移动到标准焦距位置，有效地解决了由于焦距不可调导致激光打印精度无法得到有效控制的弊端；通过采用前后通风方式，有利于缩短通风距离，可以有效地解决打印产生的烟雾和金属冷凝物的循环过滤；通过采用大理石基座，抗热变形能力极强，可以保证打印过程和CNC加工过程的稳定性，从而保证加工的工件质量；通过设置抽真空装置，先抽真空再冲入惰性气体的方式来保证气体环境，可以排出包括金属粉末之间的空气，建立有利的气体环境。采用无尘室直线模组，可以有效的防止金属粉末，从而提高模组的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种实施例的增减材复合加工设备的外部示意图；
图2为本发明一种实施例的增减材复合加工设备的内部结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1和图2，在一种实施例中，一种增减材复合加工设备，包括密封腔室12和共同处于所述密封腔室12中的增材制造装置和减材制造装置，所述增材制造装置包括上送粉机构1、铺粉机构2、铺粉机构驱动模组3、激光器7、激光器升降机构15和成型仓4，所述上送粉机构1设置在所述铺粉机构的上方，用于向所述铺粉机构2定量送粉，所述铺粉机构驱动模组3耦合到所述铺粉机构2，所述成型仓4内设置有成型基板5，所述铺粉机构2用于将粉均匀铺在所述成型基板5上，所述激光器7安装在所述激光器升降机构15上，所述激光器升降机构15用于对所述激光器7的高度位置进行调整，所述激光器7用于对铺均匀的粉进行烧结打印；所述减材装置包括能够进行三轴运动的CNC主轴8和与所述CNC主轴8相配合设置的刀库9及测刀装置10，所述刀库9用于供所述CNC主轴8取刀，所述测刀装置10用于测量刀具高度，所述CNC主轴8用于在所述增材制造装置完成一层或几层打印后，在控制系统的控制下进行取刀，并经所述测刀装置10测刀后对所打印的模型轮廓进行减材加工。
在优选的实施例中，所述增减材复合加工设备还包括与所述CNC主轴8相配合设置的主轴冷却装置。
在优选的实施例中，所述增减材复合加工设备还包括设置在所述成型基板5上溢粉仓6，所述溢粉仓6用于回收所述铺粉机构2铺粉后产生的多余的粉末。
在优选的实施例中，所述增减材复合加工设备还包括惰性气体供应装置(未图示)，所述密封腔室12还设置有进气口16，所述进气口16连接所述惰性气体供应装置，用于向所述密封腔室12内输入惰性气体。
在更优选的实施例中，所述密封腔室12还设置有出风口17，打印过程中产生的烟雾通过所述出风口17抽出，所述进气口16与所述出风口17在所述成型仓4的前后方向设置。
在更优选的实施例中，所述增减材复合加工设备还包括抽真空装置(未图示)，所述抽真空装置用于先对所述密封腔室12进行抽真空以促进所述惰性气体对粉末间空气的清除效果。
在优选的实施例中，所述铺粉机构驱动模组3为直线模组，所述铺粉机构2为双向铺粉机构。
在优选的实施例中，所述CNC主轴8的周围设置有风琴防护罩13。
在优选的实施例中，所述上送粉机构1与所述成型仓4之间通过防尘钣金14隔开。
在优选的实施例中，所述增减材复合加工设备还包括大理石基座11，所述增材装置和所述减材装置共同安装于所述大理石基座11上。
以下进一步描述具体实施例的特征和优点。
一种实施例的增减材复合加工设备，包括增材制造装置和减材制造装置。增材制造装置包括可升降的激光装置、成型仓、溢粉仓、上送粉机构和双向铺粉机构，粉末储存在送粉机构里面，由送粉机构定量送粉，经双向铺粉机构铺均匀后激光装置开始烧结作业完成一层打印；减材装置包括一个可三轴运动的CNC主轴、一个旋转刀库、测刀装置和主轴冷却装置，在增材装置完成一层或几层打印后，由控制系统发出指令控制CNC主轴进行取刀、测刀后对模型轮廓进行加工。在增材制造的过程中实施减材加工的原理是在每几层都进行一次减材加工，加工部位一直是轮廓，这样就可以完成复杂模型的内部减材加工，从而达到预期的加工效果。
增材装置和减材装置共同处于一个密封腔室12中，在开始打印工作之前使用双抽真空装置进行密封腔室12抽真空，效率高，抽真空完成后再冲入惰性气体，这样可以保证密闭环境的气体条件达标，而且先抽真空再冲入惰性气体可以将上送粉机构1的粉末间的空气有效的清除，可以提高打印工件的品质，CNC主轴8的风琴防护罩13将密封区域划分成前后两个区域，防止打印过程中的粉末进入到后方区域，上送粉机构1与打印成型区之间使用防尘钣金14隔开，可以随时进行开门观察和加粉操作。增材装置和减材装置共同安装于大理石基座11上，可以减小打印过程中的热变形，增加CNC主轴8的加工稳定性，提高轮廓减材加工的加工精度。
打印过程中，上送粉机构1定量送粉到铺粉机构2，后者采用双向铺粉机构，由无尘室直线模组带动双向铺粉机构将粉末均匀的铺到成型仓4内的成型基板5上，多余的粉末推入溢粉仓6回收利用，启动激光升降机构15将激光器7移动到标准焦距位置后进行一层的烧结成型，在烧结过程中由进气口16充入惰性气体，再由出风口17抽气，使打印过程中产生的烟雾和金属冷凝物可以有效的循环过滤，之后双向铺粉机构回刮，再铺一层粉，激光装置7再进行下一次烧结，如此反复进行，直到需要进行减材加工时，由控制系统发出指令，调动CNC主轴8，CNC主轴8首先到刀库9中取出相应的刀具，在测刀装置10测量刀具高度后按照所需的加工路径对成型基板5上已成型部分进行减材加工，减材加工完成后再继续增材制造的加工，如此反复，直到工件打印完成。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种增减材复合加工设备，其特征在于,包括密封腔室和共同处于所述密封腔室中的增材制造装置和减材制造装置，所述增材制造装置包括上送粉机构、铺粉机构、铺粉机构驱动模组、激光器、激光器升降机构和成型仓，所述上送粉机构设置在所述铺粉机构的上方，用于向所述铺粉机构定量送粉，所述铺粉机构驱动模组耦合到所述铺粉机构，所述成型仓内设置有成型基板，所述铺粉机构用于将粉均匀铺在所述成型基板上，所述激光器安装在所述激光器升降机构上，所述激光器升降机构用于对所述激光器的高度位置进行调整，所述激光器用于对铺均匀的粉进行烧结打印；所述减材装置包括能够进行三轴运动的CNC主轴和与所述CNC主轴相配合设置的刀库及测刀装置，所述刀库用于供所述CNC主轴取刀，所述测刀装置用于测量刀具高度，所述CNC主轴用于在所述增材制造装置完成一层或几层打印后，在控制系统的控制下进行取刀，并经所述测刀装置测刀后对所打印的模型轮廓进行减材加工。
2.如权利要求1所述的增减材复合加工设备，其特征在于,还包括与所述CNC主轴相配合设置的主轴冷却装置。
3.如权利要求1所述的增减材复合加工设备，其特征在于,还包括设置在所述成型基板上溢粉仓，所述溢粉仓用于回收所述铺粉机构铺粉后产生的多余的粉末。
4.如权利要求1所述的增减材复合加工设备，其特征在于,还包括惰性气体供应装置，所述密封腔室还设置有进气口，所述进气口连接所述惰性气体供应装置，用于向所述密封腔室内输入惰性气体。
5.如权利要求4所述的增减材复合加工设备，其特征在于,所述密封腔室还设置有出风口，打印过程中产生的烟雾通过所述出风口抽出，所述进气口与所述出风口在所述成型仓的前后方向设置。
6.如权利要求4所述的增减材复合加工设备，其特征在于,还包括抽真空装置，所述抽真空装置用于先对所述密封腔室进行抽真空以促进所述惰性气体对粉末间空气的清除效果。
7.如权利要求1至6任一项所述的增减材复合加工设备，其特征在于,所述铺粉机构驱动模组为直线模组，所述铺粉机构为双向铺粉机构。
8.如权利要求1至6任一项所述的增减材复合加工设备，其特征在于,所述CNC主轴的周围设置有风琴防护罩。
9.如权利要求1至6任一项所述的增减材复合加工设备，其特征在于,所述上送粉机构与所述成型仓之间通过防尘钣金隔开。
10.如权利要求1至6任一项所述的增减材复合加工设备，其特征在于,还包括大理石基座，所述增材装置和所述减材装置共同安装于所述大理石基座上。
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