[发明专利]一种增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法

说明书

本发明公开了一种增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，属于增材制造领域。在增材制造零件的过程中，同工位并行实施如下工序：增材成形工序、等材塑形或塑性成形工序，同时，还同工位并行实施如下工序的一种或者多种：等材矫形工序、减材加工工序和精整加工工序，从而实现一步到位式超短流程的高精度高性能增材制造。同工位并行实施是指待加工零件装夹位置不变，同时在不同加工层或者相同加工层的相同道次或者不同道次中，实施不同的工序。本发明方法实现一步到位式超短流程的高精度高性能增材制造，并且其加工精度高，零件可直接应用。本发明方法具有较强的实际应用价值。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地，涉及一种增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法。

背景技术

高致密金属零件或模具的无模熔积成形方法主要有大功率激光熔积成形、电子束自由成形、等离子弧与电弧熔积成形等方法。

大功率激光熔积成形采用大功率激光，逐层将送到基板上的金属粉末熔化，并快速凝固熔积成形，最终得到近终成形件。该方法成形精度较高，工件的密度远高于选择性激光烧结件，但成形效率、能量和材料的利用率不高、不易达到满密度、设备投资和运行成本高。

电子束自由成形方法采用大功率的电子束熔化粉末材料，根据计算机模型施加电磁场，控制电子束的运动，逐层扫描直至整个零件成形完成。该方法成形精度较高、成形质量较好，然而其工艺条件要求严格，整个成形过程需在真空中进行，致使成形尺寸受到限制，设备投资和运行成本很高，且因采用与选择性烧结相同的层层铺粉方式，难以用于梯度功能材料零件的成形。

等离子熔积成形方法是采用高度压缩、集束性好的等离子束熔化同步供给的金属粉末或丝材，在基板上逐层熔积形成金属零件或模具，该方法比前两种方法成形效率和材料利用率高，易于获得高密度，设备和运行成本低。但是，因弧柱直径较前两者大，成形的尺寸和表面精度不及前两者，故与大功率激光熔积成形方法相似，大都要在成形完后进行精整加工。

为此，出现了等离子熔积成形与铣削加工复合无模快速制造方法，即以等离子束为成形热源，在分层或分段熔积成形过程中，依次交叉进行熔积成形与数控铣削精加工，以实现短流程、低成本的直接精确制造。

上述三种方法中，大功率激光熔积成形法和等离子电弧成形法皆为无支撑、无模熔积成形匀质或复合梯度功能材料零件的方法。与铺粉式的电子束成形、选择性激光烧结/熔化成形，以及采用熔点低的纸、树脂、塑料等的LOM(Laminated Object Manufacturing，纸叠层成形)、SLA(Stereolithography Apparatus，光固化成形)，FDM(Fused DepositionModeling，熔丝沉积制造)、SLS(Selective Laser Sintering，选择性激光烧结)等有支撑的无模堆积成形的方法相比，避免了成形时因需要支撑而须添加和去除支撑材料导致的材料、工艺、设备上的诸多不利，减少了制造时间，降低了成本，并可成形梯度功能材料的零件。但是，同时也因无支撑而在有悬臂的复杂形状零件的成形过程中，熔融材料在重力作用下，可能产生下落、流淌等现象，导致难以熔积成形。

等离子熔积和铣削复合制造方法虽通过分层的成形和铣削精整，降低了加工复杂程度，但对于侧面带大倾角尤其是横向悬角部分的复杂形状零件，堆积成形时因重力产生的流淌甚至塌落仍不能避免，以至难以横向生长成形。

采用气体或真空保护的、使用丝、带状材料的等离子弧/电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊与埋弧焊等热源熔积成形方法，相比采用粉末状材料的激光送粉成形方法，具有可成形更加复杂形状、熔积效率更高、成本更低等优势，但是，对于复杂精细、薄壁形状的零件，由于其弧柱较粗，成形精度较差，在此类复杂精细和薄壁零件制造时的应用受到限制。