[发明专利]一种极坐标同轴送粉式增材制造设备及方法

说明书

本发明提供了一种极坐标同轴送粉式增材制造设备及方法，属于增材制造领域。该极坐标同轴送粉式增材制造设备包括：直线运动机构与位于其下方的旋转平台机构；所述直线运动机构包括支撑梁和安装在支撑梁上的直线运动模组；在所述直线运动模组上安装有加工主轴，在加工主轴上安装有激光熔覆头；所述加工主轴能够沿X轴方向往复移动；所述旋转平台机构包括水平设置的底板、安装在底板上的升降运动机构；在所述升降运动机构上安装有升降平台，在所述升降平台上安装有旋转机构，在旋转机构上安装有旋转平台，在旋转平台上安装有加工基板；所述升降平台、旋转平台均水平设置。利用本发明能够高效打印旋转体、回转体，且降低加了工成本，提高了加工效率。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种极坐标同轴送粉式增材制造设备及方法。

背景技术

増材制造技术经过几十年的发展，凭借其快速、灵活、低成本等优势在制造复杂结构零件方面相对于传统加工方式展现出了巨大优势。其具有制造周期短、高度自动化、材料消耗少等优点，很好地弥补了传统制造工艺的不足，使得这项技术得到了越来越广泛的应用。

现有的同轴送粉式增材制造设备传动机构基本都是使用传统的三坐标机床的传动机构，即分别沿X、Y、Z三个方向的轴的直线导轨传动。激光成形过程中，当运动一条直线时，XY平面坐标能很好的满足需求，当需要运动一条圆弧形轨迹时，存在着致命的缺点，因为圆是用多边形近似取代的，而XY平面坐标是通过差值法来完成，即将一段圆弧分成很多段直线来模拟曲线，直线越短，多边形等分越多，圆越逼真。因此要想得到较为精确的零件，对设备的结构、装配与精度要求就很高。同时，用直线取代圆弧本身就存在轮廓的失真，尤其是薄壁零件且内圆和外圆的半径相差不大的情况下，几乎无法加工成形。此外，三坐标传动机构结构复杂，占用的空间大，在不同位置之间移动时，需要三个驱动单元依序移动，因此成形效率较低，尤其是对于成形旋转体。

使用极坐标的运动机构，可以固定极径ρ，控制旋转角即可得到平滑的圆弧形轨迹，在实际应用中，使用极坐标系后，机械部件的运动量较少，相对而言运动加速度更小，速度更快，效率更高。

此外同轴送粉式增材制造设备在加工钛等活泼金属零件时，通常需要在惰性气体密封的环境中进行。由于传统设备密封腔体需要将整个三坐标机床囊括其中，因此会导致需要进行气体置换的仓室空间很大，而实际成形区间却很小，不仅造成大量的惰性气体浪费，同时由于舱室过大，往往设备在成形加工前，需要进行数个小时的充气过程等待，从而使得加工效率低下，一旦加工过程中出现问题需要打开仓门，就会造成气氛破坏，再次加工需要重新经过数个小时充气过程。因此，传统设备操作无论从成本、效率还是环保节能等方面都存在着众多问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种极坐标同轴送粉式增材制造设备及方法，提高加工效率并降低加工成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种极坐标同轴送粉式增材制造设备，包括直线运动机构与位于其下方的旋转平台机构；

所述直线运动机构包括支撑梁和安装在支撑梁上的直线运动模组；在所述直线运动模组上安装有加工主轴，在加工主轴上安装有激光熔覆头；所述加工主轴能够沿X轴方向往复移动；

所述旋转平台机构包括水平设置的底板、安装在底板上的升降运动机构；在所述升降运动机构上安装有升降平台，在所述升降平台上安装有旋转机构，在旋转机构上安装有旋转平台，在旋转平台上安装有加工基板；

所述升降平台、旋转平台均水平设置。

所述升降运动机构包括电机丝杠传动轴、螺纹轴套，所述电机丝杠传动轴与底板垂直设置，其底端安装在所述底板上；所述螺纹轴套设置在所述升降平台上；所述电机丝杠传动轴穿过所述螺纹轴套，并与螺纹轴套配合；当电机丝杠传动轴旋转时，升降平台能够上升或下降。