CN113510484A - 增材和减材复合制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种增材和减材复合制造系统，包括密封外壳、控制模块、成型模块、送料模块和工作台，所述成型模块和所述工作台设置于所述密封外壳内，所述送料模块输送物料至工作台上，所述成型模块包括增材机构和减材机构，所述工作台连接有导线，在成型时所述增材机构与所述物料接触并施加压力，所述增材机构与所述物料和所述工作台形成闭合回路，所述物料在电阻热和压力的作用下形成三维实体，所述减材机构对所述三维实体进行减材处理，所述控制模块统筹控制所述增材机构和所述送料模块，通过设置的增材机构对三维实体进行成型，再通过减材机构对成型的三维实体进行减材，从而提高成型效率的同时，提高了一体成型的精度，避免了二次加工。

Description

增材和减材复合制造系统
技术领域
本发明涉及工业制造技术领域，特别涉及一种增材和减材复合制造系统。
背景技术
金属增材制造技术领域正在快速发展，有选择性激光烧结(SLS)、电子束熔炼(EBM)、选择性热烧结(SHS)等几十种增材制造技术，已发展的较为成熟，其成型方式大多为：首先在计算机上完成符合需要的三维CAD模型，再用分层软件对模型进行分层，得到每层的截面，采用自动控制技术，使激光有选择地烧结出与计算机内零件截面相对应部分的粉末，使粉末经烧结熔化，冷却，凝固，成形，完成一层烧结后再进行下一层烧结，且两层之间烧结相连。如此层层烧结、堆积，结果烧结部分与CAD原型一致的实体。
但上述方法加工出来的零件存在较大的组织缺陷和其成型精度较低，其缺陷大多为：表面粗糙，热应力大，且其热成型尺寸具有一定偏差，需要进行二次加工，增加了操作的复杂性，降低了效率。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种增材和减材复合制造系统，解决金属增材制造技术中组织缺陷及成型精度低的技术问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：一种增材和减材复合制造系统，包括密封外壳、控制模块、成型模块、送料模块和工作台，所述成型模块和所述工作台设置于所述密封外壳内，所述送料模块输送物料至工作台上，所述成型模块包括增材机构和减材机构，所述工作台连接有导线，在成型时所述增材机构与所述物料接触并向所述物料施加压力，所述增材机构与所述物料和所述工作台形成闭合回路，所述物料在电阻热和压力的作用下形成三维实体，所述减材机构对所述三维实体进行减材处理，所述控制模块统筹控制所述增材机构和所述送料模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置的增材机构对三维实体进行成型，再通过减材机构对成型的三维实体进行减材，从而提高成型效率的同时，提高了一体成型的精度，避免了二次加工。
具体的，所述控制模块包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，所述第一控制模块控制所述增材机构，所述第二控制模块控制所述减材机构，所述第三控制模块控制所述送料模块。
具体的，所述增材机构包括第一机械臂、电极轮和电极信号控制器，所述电极信号控制器设置于所述电极轮一端，所述电极轮和所述电极信号控制器设置于所述第一机械臂的活动端，增材时，所述控制模块控制所述第一机械臂的机械运动，所述电极轮与所述物料和所述工作台形成闭合回路，通过设置的电极轮在增材时其以电阻热为热源，产生热量少，成型质量好，且设备简单，成本低，同时，通过电极加热熔化物料，可以使每一层的厚度更加精确可控，提高了成型的尺寸精度。
具体的，所述电极信号控制器控制所述电极轮的工作参数，所述工作参数为：电极压力、焊接电流、焊接速度。
具体的，所述减材机构包括第二机械臂、激光发射器、冷却组件和激光信号控制器，所述激光发射器的激光发射端设有冷却组件，所述激光发射端设置于所述第二机械臂的活动端，减材时，所述控制模块控制所述第二机械臂的机械运动，所述激光发射端射出激光对成型的三维实体的多余部位进行切割，所述冷却组件冷却所述激光发射端的温度，从而保持所述激光发射端处于正常工作温度，通过设置的激光器进行减材，此方式具有如下优点：激光切割速度快，成型精度高，切缝窄，切割面光滑。
具体的，通过进行增材机构的电极轮冷却、凝固、成型一层或多层后，采用激光器对已成型构件进行修复，其中激光器通过第二机械臂可实现修复构件的任意位置，且其割缝平整，切割精度高，通常其精度能达到0.1mm。
具体的，所述冷却组件包括铜嘴，所述铜嘴上呈喇叭状，沿其中轴线设有激光通道，所述铜嘴上设有冷却出口和冷却入口，所述冷却出口和所述冷却入口通过铜嘴内部的冷却通道连通。
具体的，所述冷却通道围绕所述铜嘴不少于一圈设置。
具体的，所述铜嘴上还设有吹气孔，所述吹气孔对称设置于铜嘴的侧壁上，并由上至下贯穿所述铜嘴，所述吹气孔气流方向与所述激光发射器的激光法向相同。
具体的，通过设置的冷却入口、冷却出口和冷却通道，由于激光属于高能光束，且激光头贴紧待切割构件，其切割时产生的高能光束在气化并切割构件的同时产生大量的热量，其热量对切割头会造成一定损伤，因此冷却通道可将热量带走，减少了热量对切割头的损伤，之后高压气体通过吹气孔吹出，将气化后的金属吹开，防止其在铜嘴上凝结对激光减材造成影响。
具体的，所述送料模块包括支撑板，所述支撑板两端设有螺纹孔，所述工作台两侧设有滑槽，沿所述滑槽方向设有丝杆，所述丝杆一端与同步电机连接，所述支撑板两端螺纹连接于两条所述滑槽的丝杆上，所述同步电机用于驱动所述支撑板沿着所述丝杆往复运动，具体的，所述同步电机正转带动所述支撑板做向前运动，反转，则向后运动。
具体的，所述送料模块还包括连接台，所述连接台设置于所述支撑板上，并可跟随所述支撑板运动，更具体的，所述连接台为气缸，所述连接台上设有步进电机，所述连接台可通过所述步进电机在所述支撑板上进行左右运动。
具体的，所述送料模块还包括送料台，所述送料台设置于所述气缸伸缩端，所述气缸伸缩端伸缩时可带动送料台进行上下运动，其步进电机可带动连接台在支撑板上做轴向运动，再通过同步电机带动丝杆转动，从而带动支撑板做径向运动，即形成了连接台可在工作台上进行轴向以及径向运动，其次气缸的伸缩可使得送料台在垂直于工作台的方向上进行运动，实现了物料在一定范围内全方位送料，使得送料模块可进行多方向送料，即此为实现成型复杂构件的基础。
具体的，所述送料台包括支架、送料轮、校直轮、切割刀和驱动电机，所述支架为两块并平行设置，且呈“L”型，所述送料轮设置于两块所述支架之间的水平端，所述校直轮为两个，两个所述校直轮间隔设置于所述支架的竖直端，所述驱动电机驱动其中一个所述校直轮转动，并输送夹持在两个所述校直轮之间的物料。
具体的，所述切割刀设置于所述校直轮后端，所述切割刀上部的两端铰接于两块所述支架之间，所述切割刀下方设有抵台，所述抵台抵住物料的下部，所述切割刀的刀刃抵在所述物料上端，且所述切割刀所在平面与两个所述校直轮中轴线连线形成的平面内呈一定夹角设置，当所述驱动电机反向转动，拉回所述物料时，所述切割刀割断所述物料。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明增材和减材复合制造系统中的主要结构；
图2为本发明增材和减材复合制造系统中的冷却组件剖面结构示意图；
图3为本发明增材和减材复合制造系统中的送料模块主要结构示意图；
图4为本发明增材和减材复合制造系统中的支撑板与工作台连接处的局部剖面示意图；
图5为图1中的A处局部放大结构示意图；
图6为图3中的B处局部放大结构示意图；
图中：10.密封外壳；20.控制模块；30.增材机构；40.减材机构；50.工作台；60.送料模块；70.导线；
301.第一机械臂；302.电极轮；401.第二机械臂；402.激光发射器；403.冷却组件；404.铜嘴；405.冷却入口；406.冷却出口；407.冷却通道；408.吹气孔；501.丝杆；601.支撑板；602.连接台；603.步进电机；604.支架；605.切割刀；606.物料；607.送料轮；608.抵台；609.校直轮。
具体实施方式
为了便于更好地理解本发明，下面将结合相关实施例附图对本发明进行进一步地解释。附图中给出了本发明的实施例，但本发明并不仅限于上述的优选实施例。相反，提供这些实施例的目的是为了使本发明的公开面更加得充分。
本发明的目的在于提供一种增材和减材复合制造系统，解决金属增材制造技术中组织缺陷及成型精度低的技术问题。
请参阅图1，本发明的一实施例提供了一种增材和减材复合制造系统，包括密封外壳10、控制模块20、成型模块、送料模块60和工作台50，所述成型模块和所述工作台50设置于所述密封外壳10内，所述送料模块60输送物料606至工作台50上，所述成型模块包括增材机构30和减材机构40，所述工作台50连接有导线70，在成型时，所述增材机构30与所述物料606接触并向所述物料606施加压力，所述增材机构30与所述物料606和所述工作台50形成闭合回路，所述物料606在电阻热和压力的作用下形成三维实体，所述减材机构40对所述三维实体进行减材处理，所述控制模块20统筹控制所述增材机构30和所述送料模块60。
有益效果：通过设置的增材机构30对三维实体进行成型，再通过减材机构40对成型的三维实体进行减材，从而提高成型效率的同时，提高了一体成型的精度，避免了二次加工。
具体的，所述控制模块20包括第一控制模块20、第二控制模块20和第三控制模块20，所述第一控制模块20控制所述增材机构30，所述第二控制模块20控制所述减材机构40，所述第三控制模块20控制所述送料模块60。
具体的，所述增材机构30包括第一机械臂301、电极轮302和电极信号控制器，所述电极信号控制器设置于所述电极轮302一端，所述电极轮302和所述电极信号控制器设置于所述第一机械臂301的活动端，增材时，所述控制模块20控制所述第一机械臂301的机械运动，所述电极轮302与所述物料606和所述工作台50形成闭合回路，通过设置的电极轮302在增材时其以电阻热为热源，产生热量少，成型质量好，且设备简单，成本低，同时，通过电极加热熔化物料606，可以使每一层的厚度更加精确可控，提高了成型的尺寸精度。
具体的，所述第一控制模块20控制增材时的增材参数，所述增材参数为：电流：0-10KA，压力：1-8KN，焊接速度：10-20m/min，加热温度与所选物料606的熔点相近。
具体的，所述电极信号控制器控制所述电极轮302的工作参数，所述工作参数为：电极压力、焊接电流、焊接速度。
具体的，所述减材机构40包括第二机械臂401、激光发射器402、冷却组件403和激光信号控制器，所述激光发射器402的激光发射端设有冷却组件403，所述激光发射端设置于所述第二机械臂401的活动端，减材时，所述控制模块20控制所述第二机械臂401的机械运动，所述激光发射端射出激光对成型的三维实体的多余部位进行切割，所述冷却组件403冷却所述激光发射端的温度，从而保持所述激光发射端处于正常工作温度，通过设置的激光器进行减材，此方式具有如下优点：激光切割速度快，成型精度高，切缝窄，切割面光滑。
具体的，所述第二控制模块20控制减材时的减材参数，所述减材参数为：如使用CO2激光切割器，激光功率：2000-4000W，切割深度：0-25mm。
具体的，通过进行增材机构30的电极轮302冷却、凝固、成型一层或多层后，采用激光器对已成型构件进行修复，其中激光器通过第二机械臂401可实现修复构件的任意位置，且其割缝平整，切割精度高，通常其精度能达到0.1mm。
请参阅图2，具体的，所述冷却组件403包括铜嘴404，所述铜嘴404上呈喇叭状，沿其中轴线设有激光通道，所述铜嘴404上设有冷却出口406和冷却入口405，所述冷却出口406和所述冷却入口405通过铜嘴404内部的冷却通道407连通。
具体的，所述冷却通道407围绕所述铜嘴404不少于一圈设置。
具体的，所述铜嘴404上还设有吹气孔408，所述吹气孔408对称设置于铜嘴404的侧壁上，并由上至下贯穿所述铜嘴404，所述吹气孔408气流方向与所述激光发射器402的激光法向相同。
具体的，通过设置的冷却入口405、冷却出口406和冷却通道407，由于激光属于高能光束，且激光头贴紧待切割构件，其切割时产生的高能光束在气化并切割构件的同时产生大量的热量，其热量对切割头会造成一定损伤，因此冷却通道407可将热量带走，减少了热量对切割头的损伤，之后高压气体通过吹气孔408吹出，将气化后的金属吹开，防止其在铜嘴404上凝结对激光减材造成影响。
请参阅图3和图4，具体的，所述送料模块60包括支撑板601，所述支撑板601两端设有螺纹孔，所述工作台50两侧设有滑槽，沿所述滑槽方向设有丝杆501，所述丝杆501一端与同步电机连接，所述支撑板601两端螺纹连接于两条所述滑槽的丝杆501上，所述同步电机用于驱动所述支撑板601沿着所述丝杆501往复运动，具体的，所述同步电机正转带动所述支撑板601做向前运动，反转，则向后运动。
具体的，所述送料模块60还包括连接台602，所述连接台602设置于所述支撑板601上，并可跟随所述支撑板601运动，更具体的，所述连接台602为气缸，所述连接台602上设有步进电机603，所述连接台602可通过所述步进电机603在所述支撑板601上进行左右运动。
具体的，所述送料模块60还包括送料台，所述送料台设置于所述气缸伸缩端，所述气缸伸缩端伸缩时可带动送料台进行上下运动，其步进电机603可带动连接台602在支撑板601上做轴向运动，再通过同步电机带动丝杆501转动，从而带动支撑板601做径向运动，即形成了连接台602可在工作台50上进行轴向以及径向运动，其次气缸的伸缩可使得送料台在垂直于工作台50的方向上进行运动，实现了物料606在一定范围内全方位送料，使得送料模块60可进行多方向送料，即此为实现成型复杂构件的基础。
请参阅图5和图6，具体的，所述送料台包括支架604、送料轮607、校直轮609、切割刀605和驱动电机，所述支架604为两块并平行设置，且呈“L”型，所述送料轮607设置于两块所述支架604之间的水平端，所述校直轮609为两个，两个所述校直轮609间隔设置于所述支架604的竖直端，所述驱动电机驱动其中一个所述校直轮609转动，并输送夹持在两个所述校直轮609之间的物料606。
具体的，所述切割刀605设置于所述校直轮609后端，所述切割刀605上部的两端铰接于两块所述支架604之间，所述切割刀605下方设有抵台608，所述抵台608抵住物料606的下部，所述切割刀605的刀刃抵在所述物料606上端，且所述切割刀605所在平面与两个所述校直轮609中轴线连线形成的平面内呈一定夹角设置，当所述驱动电机反向转动，拉回所述物料606时，所述切割刀605割断所述物料606。
上述实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种增材和减材复合制造系统，包括密封外壳、控制模块、成型模块、送料模块和工作台，其特征在于：所述成型模块和所述工作台设置于所述密封外壳内，所述送料模块输送物料至工作台上，所述成型模块包括增材机构和减材机构，所述工作台连接有导线，在成型时，所述增材机构与所述物料接触并向所述物料施加压力，所述增材机构与所述物料和所述工作台形成闭合回路，所述物料在电阻热和压力的作用下形成三维实体，所述减材机构对所述三维实体进行减材处理，所述控制模块统筹控制所述增材机构和所述送料模块。
2.根据权利要求1所述的增材和减材复合制造系统，其特征在于：所述增材机构包括第一机械臂、电极轮和电极信号控制器，所述电极信号控制器设置于所述电极轮一端，所述电极轮和所述电极信号控制器设置于所述第一机械臂的活动端，增材时，所述控制模块控制所述第一机械臂的机械运动，所述电极轮与所述物料和所述工作台形成闭合回路。
3.根据权利要求2所述的增材和减材复合制造系统，其特征在于：所述电极信号控制器控制所述电极轮的工作参数，所述工作参数为：电极压力、焊接电流、焊接速度。
4.根据权利要求1所述的增材和减材复合制造系统，其特征在于：所述减材机构包括第二机械臂、激光发射器、冷却组件和激光信号控制器，所述激光发射器的激光发射端设有冷却组件，所述激光发射端设置于所述第二机械臂的活动端，减材时，所述控制模块控制所述第二机械臂的机械运动，所述激光发射端射出激光对成型的三维实体的多余部位进行切割，所述冷却组件冷却所述激光发射端的温度，从而保持所述激光发射端处于正常工作温度。
5.根据权利要求4所述的增材和减材复合制造系统，其特征在于：所述冷却组件包括铜嘴，所述铜嘴上呈喇叭状，沿其中轴线设有激光通道，所述铜嘴上设有冷却出口和冷却入口，所述冷却出口和所述冷却入口通过铜嘴内部的冷却通道连通。
6.根据权利要求5所述的增材和减材复合制造系统，其特征在于：所述冷却通道围绕所述铜嘴不少于一圈设置。
7.根据权利要求5所述的增材和减材复合制造系统，其特征在于：所述铜嘴上还设有吹气孔，所述吹气孔对称设置于铜嘴的侧壁上，并由上至下贯穿所述铜嘴，所述吹气孔气流方向与所述激光发射器的激光法向相同。
8.根据权利要求1所述的增材和减材复合制造系统，其特征在于：所述送料模块包括支撑板，所述支撑板两端设有螺纹孔，所述工作台两侧设有滑槽，沿所述滑槽方向设有丝杆，所述丝杆一端与同步电机连接，所述支撑板两端螺纹连接于两条所述滑槽的丝杆上，所述同步电机用于驱动所述支撑板沿所述丝杆往复运动。
9.根据权利要求8所述的增材和减材复合制造系统，其特征在于：所述送料模块还包括连接台，所述连接台设置于所述支撑板上，并可跟随所述支撑板运动；
所述连接台为气缸，所述连接台上设有步进电机，所述连接台可通过所述步进电机在所述支撑板上进行左右运动；
所述送料模块还包括送料台，所述送料台设置于所述气缸伸缩端，所述气缸伸缩端伸缩时可带动送料台进行上下运动；
所述送料台包括支架、送料轮、校直轮、切割刀和驱动电机，所述支架为两块并平行设置，且呈“L”型，所述送料轮设置于两块所述支架之间的水平端，所述校直轮为两个，两个所述校直轮间隔设置于两块所述支架之间的竖直端，所述驱动电机驱动其中一个所述校直轮转动，并输送夹持在两个所述校直轮之间的物料；
所述切割刀设置于所述校直轮后端，所述切割刀上部的两端铰接于两块所述支架之间，所述切割刀下方设有抵台，所述抵台抵住物料的下部，所述切割刀的刀刃抵在所述物料上端，且所述切割刀所在平面与两个所述校直轮中轴线连线形成的平面内呈一定夹角设置，当所述驱动电机反向转动，拉回所述物料时，所述切割刀割断所述物料。
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