[发明专利]一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的装置

说明书

一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的装置，包括行星齿轮传动机构、安装在行星齿轮传动机构上的伺服电机、直线电机和3D打印喷头，以及固定在行星架上的滚动机构，通过绕3D打印喷头旋转最终实现路径的跟踪。本发明可增加制件的强度，减少气孔率；本发明引入行星机构，可实现滚动机构绕3D打印喷头的旋转运动，只需一个伺服电机控制其中一个齿轮，即可实现旋功能，结构紧凑，重量轻，而且不影响原有机构的运动和运动精度；只需按照3D喷头的路径即可实现对滚动机构绕喷头旋转的功能，不影响原有喷头的打印精度，通过对电机的转数控制，实现滚子的直线移动距离，进而实现对不同打印形状，不同打印层厚时，所需滚动压力大小的控制。

技术领域

本发明属于增材制造与激光制造装备领域，特别涉及一种对送粉式激光增材制造制件进行同步改性的装置，以修复制造缺陷，增加制件密实度，提升增材制造制件的力学性能。

背景技术

增材制造也称3D打印，是近几年破茧而出的一种先进制造技术，通常用材料的层层连接来制作物体的工艺，解决了航空航天、医疗及汽车领域等关键零部件的制造难题。它能够同时打印多个部件而不用将零件逐一装配，可大大减少零件数量，降低劳动成本。还可以设计制造出薄壁件，包括复杂的网状结构代替实体结构，不仅减少材料消耗和材料重量，还可以缩短生产周期，具有制造复杂形状和结构的独特能力。

近年来随着增材制造技术的不断创新，在金属粉末加工领域，越来越多的激光增材制造技术，如激光固化、选区激光烧结、选区激光熔化、激光熔覆式成型等，能够制造出高密度的金属部件，在这几种基本技术中，激光熔覆式成型技术与选区激光烧结、选区激光熔化等不同的是，金属粉末在喷嘴中即已处于加热熔融状态，特别适于高熔点金属的激光快速成形，可直接精密制造航空航天、军事装备领域的复杂形状高熔点金属零部件，由于其通过调节送粉装置、逐渐改变粉末成分，可在同一零件的不同位置实现材料成分的连续变化，因此激光熔覆式成型在加工异质材料方面具有独特优势。但是由于零件凝固成形过程中容易产生复杂的残余应力，导致零件产生变形，甚至在成形件中产生裂纹，降低制件质量和强度，这是激光熔覆式成型技术面临的主要困境。

目前也有很多人致力于增加增材制造制件强度的研究，解决以上技术问题。目前存在的增加制件强度和消除孔隙的方法主要有：再熔融技术，如CN103173760A，利用第一道激光使合金粉末形成打印层，再利用第二道激光按第一道激光轨迹进行重溶，减少孔洞和交界面开裂等缺陷，提高3D打印金属件的致密性，此方法虽然一定程度上提高产品强度，但工艺复杂影响加工效率。通过改变后处理方法，提高3D打印金属件性能，如CN104087729A，通过对制件进行深冷处理，减小孔隙，提高产品致密度，提高金属件的力学性能，但经过4次处理，过程复杂，效率较低。因此研究一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的装置来提高制件强度，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明提供一种对送粉式激光增材制造制件进行同步改性的装置，以修复制造缺陷，增加制件密实度，提升增材制造制件的力学性能。

本发明包括行星齿轮传动机构、安装在行星齿轮传动机构上的伺服电机、直线电机和3D打印喷头、固定在行星架上的滚动机构，通过绕3D打印喷头旋转最终实现路径的跟踪。

所述的行星齿轮传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、齿轮内圈、第一轴承、第二轴承、第三轴承，第四轴承、第五轴承、第六轴承、定位键、电机定位轴、第一定位套筒和行星架所述的滚动机构包括丝杠、丝杠传动套筒、第一定位螺栓、第二定位螺栓、第一角接触球轴承、第二角接触球轴承、第二定位套筒、滚子滑动外壳，弹簧、滚子、滚子轴、滚子支架、第三螺栓和滚动固定外壳；

第一轴承与行星架和齿轮内圈采取过盈配合，第三轴承与行星架和齿轮内圈采用过盈配合，第二轴承与第二齿轮采用过盈配合，第五轴承与3D打印喷头和行星架采用过盈配合，第六轴承与电机定位轴和行星架采用过盈配合，电机定位轴与第四齿轮通过定位键固定，伺服电机与电机定位轴制件通过自身结构固定。