CN111730860B - 复合型材的增减材复合加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明的复合型材的增减材复合加工中心，根据制造的成型件所需要的材料类型，如粉末状材料或者管束材料，来选择不同的增材工艺，并且在粉末增材工艺制造过程中，将粉末推料装置、粉末压实装置和成型件压实紧密装置集合到同一移动单元构件上，能够实现送料和压实工艺共同进行，且移动单元的移动考虑到了加工激光头的加工，限定了激光加工头的加工顺序与移动单元移动方向相适应，管束材料增材工艺中，先使用激光束将上层打印材料表面变为半熔融状态，再将材料打印上去，进一步增加了打印件的结合强度。

Description

复合型材的增减材复合加工中心

技术领域

本发明涉及机械加工工程技术领域，具体涉及一种复合型材的增减材复合加工中心。

背景技术

在航空制造及检测等高端精密制造领域，需要完成一些特定形状零件的加工，而单纯的通过增材加工或者减材加工已经不能满足要求，迫切需要一种能够局部增材和减材加工交替进行的加工中心，因此增减材复合加工中心应运而生，如专利文献1，其公开了一种增减材复合加工中心，能够对工件进行增材和减材的复合加工，但是，在增材和减材进行切换加工时，刀头需要进行变更，需要对坐标进行重新校对切换复杂；又如专利文献2，其公开了一种增材加工工艺，其使用粉末材料进行铺粉后，使用激光进行烧结加工，而且在激光烧结前考虑到粉末的松散性，在烧结前使用光学石英玻璃面板对粉末进行压紧，在加工过程中，激光透过玻璃面板进行烧结加工，但是由于激光需要透过玻璃面板，因此，可能造成激光由于玻璃的折射而偏离原来轨道，影响加工精度，且在激光烧结的整个过程中，石英玻璃面板均紧贴加工粉末，有可能由于石英玻璃面板将热量导通到需要加工的路径之外，进一步影响加工精度，同时粉末活塞缸和成型活塞缸分别进动作，粉末量供应和成型端的成型件下沉量不协调；又如专利文献3，其公开了一种提高3D打印金属件的致密性的方法，通过两道不同的激光进行打印，第一道激光使合金粉末熔融形成打印层，随后再利用尾随的第二道激光对3D打印得到的打印层进行重熔，其虽然能够使得金属件的致密性得到提高，但是，其合金粉末在进行铺设以及激光熔融粉末的过程为分开的，两个步骤之间并没有衔接性，打印效率不高；又如专利文献4，其公开了一种金属和非金属复合增材的制造设备与制造方法，其可以对金属和非金属两种材质进行复合增材，但是，该制造设备所使用的范围较窄，仅适合电子产品的制造，通用性较差。

[专利文献1] CN107336023A；

[专利文献2] CN104785780A；

[专利文献3] CN103173760A；

[专利文献4] CN107471632A。

综上所述，现有技术中，均未提供一种无需更换刀具，铺粉、打印前粉末振实、激光打印、打印后续金属件致密性提高四个步骤紧密进行、能够对金属或非金属进行增减材，以及能够对粉末和条形材料等复合型材进行复合增材的增减材复合加工中心，基于此，本申请提供了一种增减材复合加工中心。

发明内容

为了克服现有增减材复合加工中心的不足，本发明提供了一种技术方案，复合型材的增减材复合加工中心，包括L型架体、粉末仓、成型仓、进行增材加工和减材加工的加工激光头、出料喷头、五轴联动机构，L型架体包括底座和背支撑架，粉末仓和成型仓设置于底座内，且上表面与底座上表面平齐，粉末仓和成型仓沿底座水平方向布置，加工激光头和出料喷头均通过五轴联动机构连接于背支撑架上，在底座上还设置有移动单元，移动单元包围粉末仓设置，粉末仓内填装有粉末，成型件位于成型仓内，移动单元包括粉末推料装置、粉末压实装置、成型件压实紧密装置和驱动单元，粉末推料装置、粉末压实装置和成型件压实紧密装置围成一框架结构，粉末推料装置和粉末压实装置形成一U型框架结构，驱动单元驱动移动单元运动，将粉末仓内的粉末推送到成型仓内，成型件压实紧密装置连接于U型框架结构末端，并且包括能够对成型件进行压实紧密的设备，加工中心还包括出料喷头停留工位和激光头停留工位，加工激光头和出料喷头择一进行工作，当选择加工激光头进行加工时，出料喷头停留于出料喷头停留工位，加工激光头位于成型仓上端，移动单元进行动作，在粉末推料装置将粉末推送到成型仓的过程中，成型件压实紧密装置同时对经过加工激光头烧结后的成型件进行压实紧密；当选择出料喷头进行加工时，加工激光头位于激光头停留工位上，出料喷头移动到成型仓上方，移动单元停留于粉末仓上，仅使用出料喷头进行熔融沉积快速成型（FDM）；

优选地，出料喷头包括喷头主体，位于喷头主体下方的喷嘴，位于喷头主体上方的进料通道，位于喷嘴内的加热模块，位于喷头主体内的一对输送辊，耗材管束从进料通道内伸入喷头主体，经过输送辊的输送，进入喷头主体内，经过加热模块的加热后形成熔融状态，从喷嘴内喷出，进行快速成型增材制造，在喷头主体上还附接有融化激光束，融化激光束在喷嘴进行喷涂前开启，在成型过程中使用激光高能束将预沉积层预热至半熔融态，再使喷嘴喷出材料；

优选地，出料喷头停留工位位于背支撑架的最右端，激光头停留工位位于背支撑架的最左端；

优选地，粉末推料装置为推料辊，粉末压实装置为两套，分别设置于推料辊的两端，粉末压实装置包括侧边档杆，套设于侧边档杆上的旋转套筒，旋转套筒上固定设置有一压实板，成型件压实紧密装置包括一固定丝杠，滑动设置于固定丝杠上的滑动底座，滑动底座上可拆卸的设置有强化喷嘴，对加工激光头烧结后的成型件进行冲击强化，侧边档杆一端连接推料辊，另外一端固定连接固定丝杠；

优选地，驱动单元包括驱动滚轮和驱动电机，驱动电机驱动驱动滚轮转动，为驱动滚轮提供转动力，驱动滚轮安装于固定丝杠的两端，在底座表面还设置有与驱动滚轮相配合的运行轨道，驱动滚轮在运行轨道内滚动；

优选地，粉末压实装置还包括一旋转驱动电机，旋转驱动电机安装于侧边挡杆内，旋转套筒内包括内齿，旋转驱动电机的输出齿啮合内齿，从而可以带动旋转套筒顺时针或者逆时针转动，带动压实板进行相应方向转动，实现对运送到成型仓内的粉末进行压实；

优选地，底座包括上部体和下部腔体，粉末仓和成型仓设置于上部体内，下部腔体为一空心结构，底部设置有底座斜面，成型仓包括成型壁、成型件平台和成型件托杆，成型件设置于成型件平台上，成型件托杆驱动成型件平台沿成型壁进行上下滑动；

优选地，增减材复合加工中心还包括联动机构，联动机构设置于下部腔体内，包括平衡连杆、平衡支点、转动座和驱动缸，转动座固定设置于底座内，平衡连杆一端铰接于托料活塞端部，另外一端铰接于成型件托杆端部，平衡连杆中部转动连接于转动座上，形成平衡支点，驱动缸一端转动连接于底座内，另外一端转动连接于平衡连杆上，用于驱动联动机构转动，从而实现托料底座和成型件平台的运动；

优选地，在固定丝杠上还固定设置一与固定丝杠平行的滑动杆，滑动底座上设置有与固定丝杠配合的丝杠螺母以及穿过滑动杆的滑动槽，滑动底座上设置有能够带动丝杠螺母旋转的电机，从而通过电机驱动丝杠螺母沿着固定丝杠滑动，调整滑动底座的位置；

优选地，在滑动底座上设置一与固定丝杠平行的转动销轴，通过转动销轴铰接一安装底座，安装底座与转动轴相对的一端设置有驱动油缸，驱动油缸连接于安装底座与滑动底座之间，从而通过调整驱动油缸的伸出长度即可调节安装底座的角度，从而可以调整安装于安装底座上的能够对成型件进行压实紧密的设备的冲击角度；

优选地，两侧边档杆相互平行，侧边档杆的长度大于粉末仓和成型仓的尺寸，侧边档杆的距离也大于粉末仓和成型仓的尺寸，侧边档杆的长度尺寸大于粉末仓尺寸，且小于粉末仓左端边缘到成型仓左端边缘之间的距离。

本发明的有益效果为：

1）、本发明的增减材复合加工中心，能够对金属、非金属粉末进行复合加工，且通用性较高，同时，针对非金属材料的加工，其可以使用粉末或者条形材料两种材料进行复合加工，进一步提高了加工中心通用性；

2）、本发明的增减材复合加工中心，在进行粉末增材加工和减材加工时，使用同一加工刀具进行加工，避免了切换刀具造成的加工精度降低的问题；

3）、本发明的增减材复合加工中心，可以针对粉末状材料进行激光烧结增材工艺，加工中心包括了送粉装置、激光烧结前将粉末进行压实的装置、激光头和激光烧结后对成型件进行压实紧密的装置，并且将送粉装置、激光烧结前将粉末进行压实的装置和激光烧结后对成型件进行压实紧密的装置集合到同一结构上，该独特设计使得送料工艺和成型件压实紧密工艺同时进行，节约增材工艺制造时间，提高加工效率；

4）、本发明的增减材复合加工中心的送料缸和成型缸活塞杆通过联杆进行连接，且送料缸和成型缸大小相同，尺寸一致，从而使得各个缸之间为联动的，在送料缸上升一定距离时，另外一个成型缸则下降相同的距离，由于两个缸的移动体积相同，因此，送料缸被推送多少原料，则另外一个成型缸则接受相同的原料，避免原料的浪费；

5）、本发明的增减材复合加工中心将送粉装置、激光烧结前将粉末进行压实的装置和激光烧结后对成型件进行压实紧密的装置围成一环形结构，从而使得送粉装置在进行推送粉时，将粉限制在一封闭空间内，避免了粉末材料在进行转移过程中造成漏失；

6）、本发明的对激光烧结前将粉末进行压实的装置选择为可翻转折叠的板状结构，在平时运送物料时处于打开状态，在需要对粉末进行压实时，由驱动装置进行驱动，从而对待激光烧结的粉末进行拍打压实，提高激光烧结的质量；

7）、本发明的增减材复合加工中心的激光烧结后对成型件进行压实紧密的装置，安装在一可拆卸底座上，从而可以根据增材工艺所选用的粉末类型，如金属粉末或者塑料颗粒粉末，选用不同的压实紧密装置，进一步提高装置的便利性和通用性；

8）、本发明的增减材复合加工中心，激光和压实结构不会发生干涉，本复合加工中心各加工步骤合理、紧凑，且将加工平台底部设置为空心结构，空心结构的底部为斜面结构，从而使得加工中心可以对所使用的粉末材料进行回收，斜面结构进一步提高了粉末材料的聚集，提高了回收效率；

9）、本发明增减材复合加工中心，采用了两套刀具进行加工，且两套刀具交替进行更换使用相同导轨，针对所进行加工所用的原料类型的不同，如粉末状、条形棒状，而采用不同的加工刀具，提高了加工中心的通用性。

10）、粉末压实装置通过压实板的拍打来对粉末进行压实，其在压实粉末内的间隙的同时，也能够使得成型件平台上的粉末铺叠均匀，使得成型加工的成型件加工精度以及加工条件更好。

11）、加工激光头加工方向与移动单元相适应，成型件压实紧密装置能够在粉末完成激光烧结后，进行两次压实紧密的步骤，且并没有增加额外工艺时间，两次压实紧密步骤位于加料和激光烧结之间，进一步提高了成型件的质量。

附图说明

图1为本发明的加工激光头处于工作状态下的增减材复合加工中心的主视图；

图2为本发明的出料喷头处于工作状态下的增减材复合加工中心的主视图；

图3为图1中的C-C视图；

图4为图1中的A-A视图；

图5为图1中的B-B视图；

图6为图5中的D-D视图；

图7为图2中的E-E视图。

标号说明

1、L型架体；1-1、底座；1-2、背支撑架；1-3、上部体；1-4、下部腔体；2、粉末仓；3、成型仓；4、加工激光头；5、五轴联动机构；6、粉末推料装置；7、粉末压实装置；8、成型件压实紧密装置；9、移动单元；10、驱动单元；11、联动机构；12、推料辊；13、侧边档杆；14、旋转套筒；15、压实板；16、固定丝杠；17、滑动底座；18、驱动滚轮；19、加热单元；20、托料底座；21、托料活塞；22、成型壁；23、成型件平台；24、成型件托杆；25、粉末；26、成型件；27、平衡连杆；28、平衡支点；29、转动座；30、驱动缸；31、底座斜面；32、水平滑块；33、水平滑块凹槽；34、水平滑轨；35、X轴直线电机定子；36、X轴直线电机动子；37、竖直滑块；38、Z轴直线电机动子；39、竖直滑块凹槽；40、凸出套筒；41、激光源；42、Y轴直线电机定子；43、Y轴直线电机动子；44、激光头伸缩套；45、套主体；46、限位环；47、连接叉；48、转轴；49、激光头主体；50、锥形套头；51、透光镜；52、反光镜；53、出料喷头；54、出料喷头停留工位；55、激光头停留工位；56、融合激光束；57、耗材管束；58、输送辊；59、喷头主体；60、加热模块；61、喷嘴。

具体实施方式

下面，参照附图说明用于实施本发明的方式。

如图1-7所示，本发明的复合型材的增减材复合加工中心包括L型架体1、粉末仓2、成型仓3、进行增材加工和减材加工的加工激光头4、出料喷头53、五轴联动机构5，L型架体1包括底座1-1和背支撑架1-2，粉末仓2和成型仓3设置于底座1-1内，且上表面与底座1-1上表面平齐，粉末仓2和成型仓3沿底座1-1水平方向布置，加工激光头4通过五轴联动机构5连接于背支撑架1-2上，在底座1-1上还设置有移动单元9，移动单元9包围粉末仓2设置，粉末仓2内填装有粉末25，成型件26位于成型仓3内，移动单元9包括粉末推料装置6、粉末压实装置7、成型件压实紧密装置8和驱动单元10，粉末推料装置6、粉末压实装置7和成型件压实紧密装置8围成一框架结构，粉末推料装置6和粉末压实装置7形成一U型框架结构，驱动单元10驱动移动单元9运动，将粉末仓2内的粉末推送到成型仓3内，成型件压实紧密装置8连接于U型框架结构末端，并且包括能够对成型件26进行压实紧密的设备，加工中心还包括出料喷头停留工位54和激光头停留工位55，加工激光头4和出料喷头53择一进行工作，当选择加工激光头4进行加工时，出料喷头53停留于出料喷头停留工位54，加工激光头4位于成型仓3上端，移动单元9进行动作，在粉末推料装置6将粉末推送到成型仓3的过程中，成型件压实紧密装置8同时对经过加工激光头4烧结后的成型件26进行压实紧密，从而提高成型件26的力学性能；当选择出料喷头53进行加工时，加工激光头4位于激光头停留工位55上，出料喷头53移动到成型仓3上方，移动单元9停留于粉末仓2上，仅使用出料喷头53进行熔融沉积快速成型（FDM）。

优选地，出料喷头53包括喷头主体59，位于喷头主体59下方的喷嘴61，位于喷头主体59上方的进料通道，位于喷嘴61内的加热模块60，位于喷头主体59内的一对输送辊58，耗材管束57从进料通道内伸入喷头主体59，经过输送辊58的输送，进入喷头主体59内，经过加热模块60的加热后形成熔融状态，从喷嘴61内喷出，进行快速成型增材制造。优选地，在喷头主体59上还附接有融化激光束56，融化激光束56在喷嘴61进行喷涂前开启，在成型过程中使用激光高能束将预沉积层预热至半熔融态，再使喷嘴61喷出材料，从而与从喷嘴挤出的丝材更好地融合在一起，能够增大层间的结合强度，有效减少开裂现象。同时针对在已经打印好的成型件26上再进行增材，可以先使用融化激光束56进行加热，将打印前面两层材料进行融化，然后使用喷嘴61将型材喷在成型件26上，继续进行3D打印，进一步提高了设备的通用性。

优选地，粉末推料装置6为推料辊12，粉末压实装置7为两套，分别设置于推料辊12的两端，粉末压实装置7包括侧边档杆13，套设于侧边档杆13上的旋转套筒14，旋转套筒14上固定设置有一压实板15，成型件压实紧密装置8包括一固定丝杠16，滑动设置于固定丝杠16上的滑动底座17，滑动底座17上可拆卸的设置有强化喷嘴，对加工激光头4烧结后的成型件26进行冲击强化，侧边档杆13一端连接推料辊12，另外一端固定连接固定丝杠16；优选地，驱动单元10包括驱动滚轮18和驱动电机，驱动电机驱动驱动滚轮18转动，为驱动滚轮提供转动力，滚轮18安装于固定丝杠16的两端，优选地，为了保证移动单元9的移动准确，在底座1-1表面还设置有与滚轮18相配合的运行轨道，滚轮18在运行轨道内滚动，从而限制移动单元9能够在运行轨道内移动。

优选地，为了提高设备的自动化程度，使得粉末压实装置7还包括一旋转驱动电机，旋转驱动电机安装于侧边挡杆13内，旋转套筒14内包括内齿，旋转驱动电机的输出齿啮合内齿，从而可以带动旋转套筒14顺时针或者逆时针转动，带动压实板15进行相应方向转动，实现对运送到成型仓3内的粉末进行压实，从而进一步保证成型件26的力学性能。

优选地，底座1-1包括上部体1-3和下部腔体1-4，粉末仓2和成型仓3设置于上部体1-3内，下部腔体1-4为一空心结构，底部设置有底座斜面31。

优选地，粉末仓2包括加热单元19、托料底座20和托盘活塞21，加热单元19包括电阻加热器和电热偶，电阻加热器加热粉末25温度至熔点之下，电热偶保持粉末25温度恒定，托料底座20由托盘活塞21驱动滑动设置于加热单元19内部；优选地，成型仓3包括成型壁22、成型件平台23和成型件托杆24，成型件26设置于成型件平台23上，成型件托杆24驱动成型件平台23沿成型壁22进行上下滑动。

优选地，增减材复合加工中心还包括联动机构11，联动机构11设置于下部腔体1-4内，包括平衡连杆27、平衡支点28、转动座29和驱动缸30，转动座29固定设置于底座1-1内，平衡连杆27一端铰接于托料活塞21端部，另外一端铰接于成型件托杆24端部，平衡连杆27中部转动连接于转动座29上，形成平衡支点28，驱动缸30一端转动连接于底座1-1内，另外一端转动连接于平衡连杆27上，用于驱动联动机构11转动，从而实现托料底座20和成型件平台23的运动。

优选地，五轴联动机构5包括X轴直线电机导轨系统、Z轴直线电机导轨系统、Y轴直线电机导轨系统、水平滑块32和竖直滑块37，X轴直线电机导轨系统水平设置于背支撑架1-2上，水平滑块32滑动设置于X轴直线电机导轨系统上，水平滑块32上设置有Z轴直线电机导轨系统，竖直滑块37滑动设置于Z轴直线电机导轨系统上，竖直滑块37上设置有Y轴直线电机导轨系统，加工激光头4滑动设置于Y轴直线电机导轨系统上，

优选地，X轴直线电机导轨系统包括水平滑轨34、X轴直线电机定子35和X轴直线电机动子36，水平滑轨34固定设置于背支撑架1-2上，X轴直线电机定子35固定设置于水平滑轨34的上下两端，X轴直线电机动子36设置于水平滑块32上，且分别与X轴直线电机定子35相对应，在水平滑块32上还设置有水平滑块凹槽33，水平滑轨34配合伸入水平滑块凹槽33内；Z轴直线电机导轨系统包括Z轴直线电机动子38、Z轴直线电机定子和竖直滑块凹槽39，Z轴直线电机动子固定设置于竖直滑块37上，Z轴直线电机定子固定设置于水平滑块32上，水平滑块32上设置有与竖直滑块37上的竖直滑块凹槽39配合的Z轴滑轨，Z轴滑轨配合伸入竖直滑块凹槽39内；Y轴直线电机导轨系统包括Y轴直线电机定子42和Y轴直线电机动子43，Y轴直线电机定子42设置于竖直滑块37内，Y轴直线电机动子43设置于加工激光头4外，Y轴直线电机定子42和Y轴直线电机动子43相对设置。

如图5-7所示，竖直滑块37为空心壳体结构，其包括竖直滑块主体、位于竖直滑块主体前端的凸出套筒40，Z轴直线电机导轨系统位于竖直滑块主体的后端，竖直滑块主体内部固定设置有激光源41；加工激光头4包括激光头主体49、位于激光头主体49下端的锥形套头50和位于激光头主体49侧端的激光头伸缩套44，还包括反光镜52、透光镜51，透光镜51设置于锥形套头50内，激光头伸缩套44能够滑动伸入凸出套筒40内，从而实现加工激光头4的Y轴位置调节，激光头伸缩套44包括套主体45，设置于套主体45末端的限位环46，设置于套主体45另外一端的连接叉47，连接叉47为分叉结构，通过转轴48转动连接于激光头主体49上，从而使得加工激光头4实现沿X轴转动，同时，激光头伸缩套44可以在凸出套筒40内转动，从而实现沿Y轴转动，X轴、Y轴的转动均通过电机驱动实现，不是本发明的重点，为一般结构，因此，此处不再复述。同时，五轴联动机构还包括控制器，以控制X轴直线电机导轨系统、Z轴直线电机导轨系统和Y轴直线电机导轨系统中的电流，实现，X轴、Y轴、Z轴移动。最后，加工激光头4的X轴、Y轴、Z轴移动、X轴转动和Y轴转动共同组成了五轴联动。激光源41发射出激光后，经过反光镜52反光后穿过透光镜51后从锥形套头50透出，实现激光切割或者增材工艺制造。

优选地，如图5-6所示那样，如图7所示，出料喷头53采用与加工激光头4相同的五轴联动机构设置于背支撑架1-2上，优选地，使用一条X轴直线电机导轨系统。

优选地，为了保证滑动底座17能够在固定丝杠16上平稳滑动，在固定丝杠16上还固定设置一与固定丝杠16平行的滑动杆，滑动底座17上设置有与固定丝杠16配合的丝杠螺母以及穿过滑动杆的滑动槽，滑动底座17上设置有能够带动丝杠螺母旋转的电机，从而通过电机驱动丝杠螺母沿着固定丝杠16滑动，调整滑动底座17的位置。优选地，为了能够调节安装于滑动底座17上的能够对成型件26进行压实紧密的设备，如激光冲击强化喷嘴和/或机械喷丸强化喷嘴的冲击角度进行调节，在滑动底座17上设置一与固定丝杠16平行的转动轴，通过转动轴铰接一安装底座，安装底座与转动轴相对的一端设置有驱动油缸，驱动油缸连接于安装底座与滑动底座17之间，从而通过调整驱动油缸的伸出长度即可调节安装底座的角度，从而可以调整安装于安装底座上的能够对成型件26进行压实紧密的设备（如激光冲击强化喷嘴和/或机械喷丸强化喷嘴）的冲击角度。

优选地，粉末仓2和成型仓3尺寸结构相同，平衡支点28选择在平衡连杆27的正中间处。优选地，侧边档杆13底部接触底座1-1上表面，从而与推料辊12形成封闭空间，将粉末推送到成型仓3。优选地，两侧边档杆13相互平行，侧边档杆13的长度大于粉末仓和成型仓的尺寸，侧边档杆13的距离也大于粉末仓和成型仓的尺寸。优选地，侧边档杆13的长度尺寸大于粉末仓尺寸，且小于粉末仓左端边缘到成型仓左端边缘之间的距离。

优选地，为了回收落入下部腔体1-4内的粉末，在底座斜面31的最底端设置有吸尘装置，以将粉末吸入吸尘装置中，减少粉末的浪费。

优选地，两块压实板15在折叠合起时，刚好能够封住移动单元9的框架结构，在没有进行粉末压实操作时，其处于打开状态，如图1所示，位于底座1-1上，当需要进行粉末压实操作时，侧边档杆13内的电机驱动压实板15转动180°，压实粉末。

优选地，出料喷头停留工位54位于背支撑架1-2的最右端，激光头停留工位55位于背支撑架1-2的最左端。

本发明的复合型材增减材复合加工中心具体加工步骤如下：首先，控制器分析所要进行增减材复合加工的成型件26所需要的材料；其次，在所打印层的材料仅需要粉末材料，通过控制器控制五轴联动机构5的直线电机运动，使得出料喷头53运动到出料喷头停留工位54，启动加工激光头4运动到成型仓3上方合适位置准备进行增材制造，控制驱动缸30动作，使得左边的粉末仓2内的粉末高出底座1-1表面，启动驱动单元10动作，驱动单元10带动移动单元9从粉末仓2运动到成型仓3，此时，粉末由推料辊12、侧边档杆13共同围成的封闭结构推送到成型仓3，当推料辊12运动到成型仓3的左边缘后，说明粉末材料已经运送到成型仓，停止驱动单元10的驱动，粉末压实装置7内的位于侧边档杆13内的电机驱动压实板15转动180°，轻轻拍击成型件平台23上的粉末材料，将其铺匀，然后驱动电机反转，使得压实板15打开，启动加工激光头4，使得其打印顺序为从右到左，即打印的方向为从成型仓指向粉末仓的方向，同时启动驱动单元10反转，移动单元9的运动速度小于加工激光头4的X轴方向的速度，控制器根据加工激光头4的运动路径调整滑动底座17上的激光冲击强化喷嘴和/或机械喷丸强化喷嘴的冲击角度，使得其与加工激光头4相适应，当加工激光头4打印完后，关闭激光头4内的激光源，移动单元9继续往回运动，当推料辊12回到原位后，移动单元9完成一次往返，当判断下层打印材料仍然需要粉末材料时，驱动缸30动作，将粉末推出粉末缸，驱动单元10反转，又推送粉末运往成型仓，滑动底座17上的激光冲击强化喷嘴和/或机械喷丸强化喷嘴继续按照加工激光头4打印的相反路径强化打印后的成型件26，当然，为了保证加工安全，当激光冲击强化喷嘴和/或机械喷丸强化喷嘴位于成型仓外，则自动停止喷嘴动作，当推料辊12运动到成型仓3的左边缘后，说明粉末材料已经运送到成型仓，停止驱动单元10的驱动，粉末压实装置7内的位于侧边档杆13内的电机驱动压实板15转动180°，轻轻拍击成型件平台23上的粉末材料，将其铺匀，然后驱动电机反转，使得压实板15打开，启动加工激光头4，使得其打印顺序为从右到左，后续动作与前面描述的相同，当移动单元9再一次完成往返后，继续判断下层打印材料，若需要流体材料，停止移动单元9的运动，控制器控制五轴联动机构5的直线电机运动，使得加工激光头4运动到激光头停留工位55，启动出料喷头53运动到成型仓3上方合适位置准备进行增材制造，融合激光束56开启，将上层打印的型材表面进行半熔融处理，关闭融合激光束56，同时，出料喷头53喷出材料进行增材制造，加工完一层后，若下层材料仍然需要流体材料，则喷头53继续进行增材制造，若下层材料需要粉末材料，则通过控制器控制五轴联动机构5的直线电机运动，使得出料喷头53运动到出料喷头停留工位54，启动加工激光头4运动到成型仓3上方合适位置准备进行增材制造，加工激光头4的运动方式与上述描述相同。当增材工艺制造完成型件26后，启动驱动缸30动作，使得成型件平台23下降，低于上部体1-3下表面，从而使得成型仓内的粉末都进入下部腔体1-4内，然后使得驱动缸30伸出，带动成型件平台23上升，直到成型件平台23上表面与底座1-1上表面齐平，通过控制器控制五轴联动机构5的直线电机运动，使得出料喷头53运动到出料喷头停留工位54，启动加工激光头4运动到成型仓3上方合适位置准备进行减材加工，此时，即可启动加工激光头4进行减材加工。

本发明的复合型材的增减材复合加工中心，根据制造的成型件所需要的材料类型，如粉末状材料或者管束材料，来选择不同的增材工艺，并且在粉末增材工艺制造过程中，将粉末推料装置、粉末压实装置和成型件压实紧密装置集合到同一移动单元构件上，能够实现送料和压实工艺共同进行，且移动单元的移动考虑到了加工激光头的加工，限定了激光加工头的加工顺序与移动单元移动方向相适应，管束材料增材工艺中，先使用激光束将上层打印材料表面变为半熔融状态，再将材料打印上去，进一步增加了打印件的结合强度，本中心加工效率高，自动化程度高，精度较高，适合航天、航空等制造领域。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.复合型材的增减材复合加工中心，包括L型架体（1）、粉末仓（2）、成型仓（3）、进行增材加工和减材加工的加工激光头（4）、出料喷头（53）、五轴联动机构（5），L型架体（1）包括底座（1-1）和背支撑架（1-2），粉末仓（2）和成型仓（3）设置于底座（1-1）内，且上表面与底座（1-1）上表面平齐，粉末仓（2）和成型仓（3）沿底座（1-1）水平方向布置，加工激光头（4）和出料喷头（53）均通过五轴联动机构（5）连接于背支撑架（1-2）上，其特征在于：在底座（1-1）上还设置有移动单元（9），移动单元（9）包围粉末仓（2）设置，粉末仓（2）内填装有粉末（25），成型件（26）位于成型仓（3）内，移动单元（9）包括粉末推料装置（6）、粉末压实装置（7）、成型件压实紧密装置（8）和驱动单元（10），粉末推料装置（6）、粉末压实装置（7）和成型件压实紧密装置（8）围成一框架结构，粉末推料装置（6）和粉末压实装置（7）形成一U型框架结构，驱动单元（10）驱动移动单元（9）运动，将粉末仓（2）内的粉末推送到成型仓（3）内，成型件压实紧密装置（8）连接于U型框架结构末端，并且包括能够对成型件（26）进行压实紧密的设备，加工中心还包括出料喷头停留工位（54）和激光头停留工位（55），加工激光头（4）和出料喷头（53）择一进行工作，当选择加工激光头（4）进行加工时，出料喷头（53）停留于出料喷头停留工位（54），加工激光头（4）位于成型仓（3）上端，移动单元（9）进行动作，在粉末推料装置（6）将粉末推送到成型仓（3）的过程中，成型件压实紧密装置（8）同时对经过加工激光头（4）烧结后的成型件（26）进行压实紧密；当选择出料喷头（53）进行加工时，加工激光头（4）位于激光头停留工位（55）上，出料喷头（53）移动到成型仓（3）上方，移动单元（9）停留于粉末仓（2）上，仅使用出料喷头（53）进行熔融沉积快速成型（FDM）。

2.如权利要求1所述的复合型材的增减材复合加工中心，其特征在于：出料喷头（53）包括喷头主体（59），位于喷头主体（59）下方的喷嘴（61），位于喷头主体（59）上方的进料通道，位于喷嘴（61）内的加热模块（60），位于喷头主体（59）内的一对输送辊（58），耗材管束（57）从进料通道内伸入喷头主体（59），经过输送辊（58）的输送，进入喷头主体（59）内，经过加热模块（60）的加热后形成熔融状态，从喷嘴（61）内喷出，进行快速成型增材制造，在喷头主体（59）上还附接有融化激光束（56），融化激光束（56）在喷嘴（61）进行喷涂前开启，在成型过程中使用激光高能束将上层喷射凝结的成型件变成半熔融态，再使喷嘴（61）喷出材料。

3.如权利要求1或2所述的复合型材的增减材复合加工中心，其特征在于：出料喷头停留工位（54）位于背支撑架（1-2）的最右端，激光头停留工位（55）位于背支撑架（1-2）的最左端。

4.如权利要求1所述的复合型材的增减材复合加工中心，其特征在于：粉末推料装置（6）为推料辊（12），粉末压实装置（7）为两套，分别设置于推料辊（12）的两端，粉末压实装置（7）包括侧边档杆（13），套设于侧边档杆（13）上的旋转套筒（14），旋转套筒（14）上固定设置有一压实板（15），成型件压实紧密装置（8）包括一固定丝杠（16），滑动设置于固定丝杠（16）上的滑动底座（17），滑动底座（17）上可拆卸的设置有强化喷嘴，对加工激光头（4）烧结后的成型件（26）进行冲击强化，侧边档杆（13）一端连接推料辊（12），另外一端固定连接固定丝杠（16）。

5.如权利要求1或2所述的复合型材的增减材复合加工中心，其特征在于：驱动单元（10）包括驱动滚轮（18）和驱动电机，驱动电机驱动驱动滚轮（18）转动，为驱动滚轮提供转动力，驱动滚轮（18）安装于固定丝杠（16）的两端，在底座（1-1）表面还设置有与驱动滚轮（18）相配合的运行轨道，驱动滚轮（18）在运行轨道内滚动。

6.如权利要求4所述的复合型材的增减材复合加工中心，其特征在于：粉末压实装置（7）还包括一旋转驱动电机，旋转驱动电机安装于侧边挡杆（13）内，旋转套筒（14）内包括内齿，旋转驱动电机的输出齿啮合内齿，从而可以带动旋转套筒（14）顺时针或者逆时针转动，带动压实板（15）进行相应方向转动，实现对运送到成型仓（3）内的粉末进行压实。

7.如权利要求1所述的复合型材的增减材复合加工中心，其特征在于：底座（1-1）包括上部体（1-3）和下部腔体（1-4），粉末仓（2）和成型仓（3）设置于上部体（1-3）内，下部腔体（1-4）为一空心结构，底部设置有底座斜面（31），成型仓（3）包括成型壁（22）、成型件平台（23）和成型件托杆（24），成型件（26）设置于成型件平台（23）上，成型件托杆（24）驱动成型件平台（23）沿成型壁（22）进行上下滑动。

8.如权利要求6所述的复合型材的增减材复合加工中心，其特征在于：增减材复合加工中心还包括联动机构（11），联动机构（11）设置于下部腔体（1-4）内，包括平衡连杆（27）、平衡支点（28）、转动座（29）和驱动缸（30），转动座（29）固定设置于底座（1-1）内，平衡连杆（27）一端铰接于托料活塞（21）端部，另外一端铰接于成型件托杆（24）端部，平衡连杆（27）中部转动连接于转动座（29）上，形成平衡支点（28），驱动缸（30）一端转动连接于底座（1-1）内，另外一端转动连接于平衡连杆（27）上，用于驱动联动机构（11）转动，从而实现托料底座（20）和成型件平台（23）的运动。

9.如权利要求4所述的复合型材的增减材复合加工中心，其特征在于：两侧边档杆（13）相互平行，侧边档杆（13）的长度大于粉末仓和成型仓的尺寸，侧边档杆（13）的距离也大于粉末仓和成型仓的尺寸，侧边档杆（13）的长度尺寸大于粉末仓尺寸，且小于粉末仓左端边缘到成型仓左端边缘之间的距离。

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