[发明专利]一种增减材制造装备的基板-成型件预热装置及方法

说明书

本发明公开了一种增减材制造装备的基板‑成型件预热装置及方法，本发明装置使用远红外加热技术，通过板状远红外加热器和环形远红外加热器对基板及成型件进行非接触式预热，板状远红外加热器用于全局预热，环形远红外加热器用于局部预热，全局预热可对成型件局部预热进行辅助加热，两者协同运行，降低局部预热时间，提高增材效率。本发明相比于感应加热、炉热等工艺，远红外加热技术安全、高效，成本低，本发明可以达到缩短大中型结构件制造周期、降低人力成本、提高经济效益的目的。

技术领域

本发明属于大中型金属结构件激光/电弧熔丝增材制造(3D打印)领域，具体涉及一种增减材制造装备的基板-成型件预热装置及方法。

背景技术

在传统机械制造中，结构件一般通过减材/等材制造加工成型，但对于薄壁件及较为复杂结构件而言，传统加工方式较为繁琐且加工成本较高，尤其在航空航天等领域中，依靠减材/等材制造加工大中型结构件具有周期长、成本高、成品率低等缺点。随着增材制造技术的飞速发展，航空航天等领域大中型结构件的制造难题得以解决。

在大中型金属结构件增材制造的过程中，由于金属融化沉积的热输入大，熔池温度较高，基板温度、焊道温度、环境温度较低，前者与后三者之间存在较大的温度差，熔池受后三者影响快速冷却，后续增材制造以同样方式速热速冷循环，在此种极速加热后快速冷却凝固的超常规热力学过程中，成型件承受周期性热循环作用，热影响区存在的焊后残余应力将导致结构件精度差，同时热输入大引起的粗大柱状晶组织会显著降低结构件力学性能。

焊后残余应力及粗大柱状晶组织可以通过对基板全局预热及焊道局部预热的方式进行改善。目前一般使用多通道加热棒+热电偶控制的方式对基板进行预热，但此方式需对基板进行打孔接触加热，且对成型件局部预热较困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种增减材制造装备的基板-成型件预热装置及方法，有效的降低焊后残余应力，提高结构件尺寸精度及组织力学性能。

为了达到上述目的，一种增减材制造装备的基板-成型件预热装置，包括增材机器人、减材机器人、板状远红外加热器和环形远红外加热器，增材机器人、减材机器人、板状远红外加热器和环形远红外加热器均朝向基板上的成型件。

增材机器人通过金属打印头在基板上进行增材制造，环形远红外加热器固定在金属打印头外侧。

板状远红外加热器固定在调节支架上。

增材机器人连接送丝机，送丝机通过送丝导管连接金属打印头。

减材机器人端部设置有铣削刀头。

基板固定在工作台。

增材机器人、减材机器人、板状远红外加热器和环形远红外加热器均通过控制柜控制。

一种增减材制造装备的基板-成型件预热装置的工作方法，包括以下步骤：

将成形件固定在基板上；

板状远红外加热器对基板进行全局预热，环形远红外加热器对成型件焊道局部预热，全局预热对成型件局部预热进行辅助加热，两者协同运行

通过增材机器人的金属打印头在基板上进行增材制造；

通过减材机器人对成型件进行减材制造得到最终结构件。

实时测量基板温度，当温度达到目标值后调节板状远红外加热器和环形远红外加热器的功率输出对基板进行保温，确保后续增材制造过程中基板预热温度恒定。