[发明专利]一种增减材复合制造方法及系统

说明书

本发明公开了一种增减材复合制造方法及系统。该系统主要包括密封箱体、循环冷却系统、循环净化系统和控制系统。密封箱体用于构建增减材设备的工艺环境的载体，将箱体内部气氛与外界空气隔离；循环冷却系统将密封箱体内的惰性气体转换为高压冷却气体，用于冷却减材工艺的切削刀具和工件；循环净化系统用于密封箱体内的惰性气体的循环和净化，控制水氧含量，实现增材工艺气氛环境的指标；控制系统通过接收设备指令和采集传感器数据，控制电磁阀、风机、压缩机动作，监测密封箱体内气体实时状态和控制循环冷却系统、循环净化系统的启停。应用本发明中所公开的气氛循环系统，可高效、经济、稳定的制造各类尺寸、性能和质量优良的复杂金属零件。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种增减材复合制造设备的气氛循环方法及系统。

背景技术

增减材复合制造设备的最终制件性能由增材工艺和减材工艺共同影响。增材工艺需在密封箱体内通入氩气、氮气等惰性气体以减少高温下金属成型的氧化现象，提高材料性能和致密度。因此，水、氧含量恒定的惰性气氛环境是增材工艺的质量保证。减材工艺中，为了提高精度和质量，需引入冷却介质对切削刀具或工件进行充分冷却。

目前，刀具冷却采用的介质包含气体和液体(含喷雾)两种，然而将上述两种冷却介质直接应用于增减材复合制造设备存在极大的限制：

一、冷却液(含喷雾)。由于增材加工区域和减材加工区域共处于密封箱体内，采用冷却液进行刀具冷却会引起密封箱体内水含量的急剧变化，导致工件氧化严重。此外，使用冷却液，也会导致粉末沾染水、有机溶剂和其他杂质，降低二次回收金属粉末的利用率，增加设备使用的材料成本。

二、气体冷却。减材机床气体冷却介质主要是压缩空气。空气中含有21％氧气和少量水蒸气，不利于获得增材工艺所需稳定的惰性气氛环境。

发明内容

为了解决由于减材工艺中冷却介质对增材工艺气氛环境的影响，导致的工件氧化严重、设备使用成本高的问题，本发明提供一种增减材复合制造方法及系统。

通过分析发现，如果将减材工艺中的冷却介质压缩空气更换为组分恒定、超高纯度的惰性气体，即可维持增材工艺所需稳定的惰性气氛环境。但是，惰性气体与压缩空气相比其成本较高，如果使用惰性气体作为冷却气体，将明显增加增减材复合制造的工艺成本。

因此，考虑到增材工艺的惰性气氛环境，本发明将增材工艺中惰性气体直接作为减材工艺中切削刀具的气体冷却介质来源，重复利用惰性气体，降低减材工艺中冷却介质对增材工艺气氛环境的影响。

本发明的技术解决方案是提供一种增减材复合制造方法，包括以下步骤：

步骤一：向增减材复合制造系统的密封箱体中充入惰性气体；

步骤二：循环净化密封箱体中的惰性气体至水氧含量达标；

步骤三：利用增材工艺加工工件；

步骤四：将惰性气体引出密封箱体并冷却输出至密封箱体内部，用于冷却刀具和工件，进行减材工艺加工。

本发明还提供一种实现上述增减材复合制造方法的增减材复合制造系统，其特殊之处在于：包括密封箱体、循环净化系统、循环冷却系统及控制系统；

上述密封箱体用于构建增减材设备的工艺环境的载体，将箱体内部气氛与外界空气隔离，上述密封箱体上设有气体输入接口、传感器单元及卸荷气路；刀具及待加工工件均置于密封箱体内部；上述传感器单元用于实时监测密封箱体内部的惰性气体状态；

上述循环净化系统的入口端及出口端均与密封箱体连通，用于循环净化密封箱体中的惰性气体至气体状态达标；

上述循环冷却系统包括气体制冷单元，循环冷却系统的入口端与出口端均与密封箱体连通，用于将密封箱体内的惰性气体输出并冷却后输送至密封箱体内部进行刀具及工件冷却；