[发明专利]一种控制金属增材成型表面质量的装置

说明书

技术领域

本发明属于金属三维增材制造领域，具体涉及一种控制金属增材成型表面质量的装置。

技术背景

增材制造技术(又称为“3D打印”)正在快速改变着传统的生产和生活方式，其核心思想是将三维零件进行二维离散，形成片层数据，按照零件的三维CAD模型的分层数据，将离散态的成型材料被逐步结合在一起，形成一个个分层截面，继而逐层堆积形成实体零件，无需模具，直接制造零件，可以大大降低成本，缩短研制周期。目前，相对成熟的金属件增材制造技术主要有激光快速成型，如选区激光熔融(Selective Laser Malting，SLM)、直接金属烧结(Direct Metal Laster Sintering，DMLS)和激光净近成型(Laser Engineering NetShaping，LENS)；电子束快速成型，如电子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)，和电子束实体自由成型(Electron Beam Freeform Fabrication，EBF)；等离子快速成型，如等离子溶剂直接制造(Plasma Powder Deposition Manufacturing，PPDM)；电弧熔积快速成型，如电弧直接制造技术(Arc Direct Rapid Prototyping Manufacturing，ADRPM)等。

在增材制造技术中，零件的制造过程通过“层层叠加”的方式实现加工，先对STL文件格式的三维模型进行二维离散，然后再用二维离散数据堆积成三维实物。因此，在零件的轮廓表面上会留下大量的呈楼梯状台阶，导致实际的零件表面与期望的零件表面有较大的区别，进而影响零件的表面质量。这种现象被称之为台阶效应，台阶效应是由于增材制造技术的固有成型原理带来的，造成成型零件加工尺寸不准确、成形零件表面粗糙无法满足使用要求、成型零件表面质量差等问题。目前，只能通过优化零件的制作方向减少台阶效应来提高制件的表面质量，或者通过后处理二次加工修形使零件表面光滑。工艺优化只能部分提高成型质量，无法彻底解决问题；后处理往往工艺复杂，二次加工后造成零件表面应力释放，引起零件变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制金属增材成型表面质量的装置，该装置能够提高零件成型精度且在使用时工件定位方便。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：包括能够带动涡轮组件转动的蜗杆立柱，蜗杆立柱内部安装有伸出蜗杆立柱下端的导柱，且导柱伸出蜗杆立柱下端的一端上还设有用于实现成型的喷头；所述的涡轮组件上安装有能够沿导柱轴向方向移动的横梁，横梁上安装有能够沿导柱径向方向运动的竖梁，竖梁的下端设有能自由转动并能将成型零件表面轮廓覆平的覆平滚轮。

所述的喷头为激光同轴送粉喷头或能够提供金属熔熵的熔熵喷头。

所述的横梁上设有能够带动横梁沿导柱径向方向移动的横梁电机，竖梁上设有能够带动竖梁沿导柱轴向运动的竖梁电机。

所述的蜗杆立柱顶端安装有能够带动蜗杆立柱转动的立柱电机。

所述的覆平滚轮采用陶瓷和石墨制成。

所述的覆平滚轮采用极坐标运动方式。

所述的涡轮组件通过轴承安装在涡杆立柱上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明与增材成形设备配套使用，使用时不改变增材成形设备原有成形方法原理，而是在成形过程中对零件表面进行处理，提高成形质量，是对增材成形设备的一种补充。而且，本发明装置适用金属增材成形所使用的的增材成形设备，因此，本发明具有通用性。另外，本发明利用覆平滚轮在金属熔液或熔滴没有完全凝固的状态下将零件表面覆平，避免金属流淌造成表面不光滑和和成型质量差等问题，简化了加工工艺，避免了二次加工造成零件表面应力释放，引起零件变形，提高了零件成型精度。

进一步，本发明覆平滚轮采用极坐标运动方式，因此，特别适合加工某些适合采用极坐标参数描述的曲线，阿基米德螺线、渐开线，螺旋线等，其控制采用电机控制，因此，本发明控制方法简单，加工精度相对高，避免了轮廓表面成型的台阶效应，加工二次曲线，如椭圆、抛物线、双曲线等形式的零件时，具有工件定位方便，加工精度高等特点，可以有效的提高零件的表面成型质量。

附图说明

图1是本发明采用熔熵喷头的装置结构原理图；

图2是本发明采用激光同轴送粉喷头的装置结构原理图；