核電重型毛坯成型工藝及lcd-ebam集成列印設備的製作方法
2023-05-06 18:04:46 2
核電重型毛坯成型工藝及lcd-ebam集成列印設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種核電重型毛坯成型工藝及LCD-EBAM集成列印設備，其工藝依次包括：三維建模型並導入成形軟體程序中數據處理；雷射噴頭和電子束槍運行坐標原點；環形支撐成形；筒體成形；頂蓋和深封頭的頂部球殼壁成形；在接管段的圓柱凸臺成形；將輔助支撐從成形件上分離，該設備的機架固定於底梁上，活動橫梁縱向能升降定位於機架上，多軸機器人安裝於活動橫梁上，多軸機器人手臂上分別安裝有雷射噴頭和電子束槍，雷射器和送粉器分別為雷射噴頭提供雷射和金屬粉末，送絲機和電源為電子束槍提供金屬絲材和電力，雷射噴頭和電子束槍分別能到達工作檯上任意位置，控制器控制各部件工作，本發明能實現高精度產品的高速加工，節約能源。
【專利說明】
核電重型毛坯成型工藝及[⑶-四觸集成列印設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種核電重型毛坯成型工藝及其快速成型裝備，特別涉及一種核電重型毛坯成型工藝及1X0-2841集成列印設備。
【背景技術】
[0002]隨著30列印技術的突飛猛進的發展，核電重型毛坯件成型也開始採用30列印技術來實現，目前30列印技術有兩種工藝方式，分別是雷射熔覆沉積工藝仏⑶一一1^861
061)0811:1011)和電子束增材製造工藝(￡8艦--21601: 1~011 068111 八
，這二者都是重要的30列印金屬熔覆成形工藝，1X0是以雷射束能技術為使能技術，￡8八1是以電子束能技術為使能技術服務於高端製造業的大型成形技術，它們各有所長，其中103精度高於￡8鐵而￡8八1的熔覆成形率則高於103，目前該兩種30列印技術都是分別使用的，導致產品30列印成形時要高精度就只能低速進行，要高成形效率就只能成形低精度要求的產品，無法實現高效率、高精度的成形。
【發明內容】
[0003]為了彌補以上不足，本發明提供了一種核電重型毛坯成型工藝及1X0-28八1集成列印設備，該核電重型毛坯成型工藝及1X0-2841集成列印設備將雷射熔覆沉積工藝和電子束增材製造工藝集成在一臺超大型的30列印數控工具機上，能夠實現高精度產品的高速加工，輔助設備和信息數據的共享度也大大提高。
[0004]本發明為了解決其技術問題所採用的技術方案是:一種核電重型毛坯成型工藝，具體步驟如下:
[0005]步驟一:將毛坯件的三維模型31文件導入成形軟體程序中，進行分層處理，選擇最佳成形方向，劃分各個主要的成形過程(圓筒部分，接管凸臺部分，球殼部分)，添加必要的支撐結構；
[0006]步驟二:將雷射噴頭和電子束槍運行到預設的坐標原點；
[0007]步驟三:環形支撐成形:啟動迴轉工作檯並保持一定轉速，主雷射噴頭(可以為雷射噴頭或電子束槍)在迴轉工作檯表面熔覆上一道不鏽鋼材料的環形支撐，然後主雷射噴頭沿活動橫梁朝遠離迴轉工作檯圓心的方向移動一步，再開啟主雷射噴頭，熔覆出一道同心的環形支撐，如此重複熔覆直到形成一系列同心環形支撐，然後主雷射噴頭在同心環形支撐的區域平面內沿活動橫梁做直線往返運動，熔覆一道曲線支撐，迴轉工作檯轉過一圈後，成形一層緻密網格填充的環形支撐；再操控多軸機器人將主雷射噴頭上升一層高度(當多軸機器人帶動主雷射噴頭上升至其行程範圍內最高點後，活動橫梁上升一段高度，再微調多軸機器人定位主雷射噴頭高度)，重複上述步驟，逐層疊加出具有一定厚度的環形支撐；
[0008]步驟四:筒體成形:迴轉工作檯保持勻速旋轉，同時開啟主雷射噴頭和次噴頭(雷射噴頭或￡8八1電子束槍)，迴轉工作檯每轉一圈，在環形基底支撐的基礎上，次噴頭以毛坯件三維模型外圓邊界為起點，沿活動橫梁朝接近迴轉工作檯圓心的方向運動，逐步搭接熔覆出一層具有一定寬度的環形碳鋼材料，主雷射噴頭以毛坯件三維模型內圓邊界為起點，沿活動橫梁朝遠離迴轉工作檯圓心的方向，逐步搭接熔覆出一層環形不鏽鋼材料，直至與外圈的環形碳鋼材料實現搭接，完成單層的金屬材料成形，然後，噴頭上升一層高度，沿上一層運動路徑的反方向逐步搭接熔覆，逐層疊加成形圓筒部分；
[0009]步驟五:頂蓋和深封頭的頂部球殼壁成形:利用添加整體支撐的方法從高處垂直吊下球殼支撐至筒體上，迴轉工作檯勻速轉動，雷射噴頭或電子束槍擺轉適當的傾角將金屬粉末熔覆在球殼支撐上，待球殼支撐與成形件粘結牢固後解去垂吊繩索；
[0010]步驟六:在接管段的圓柱凸臺成形:在相應位置用升降臺頂起圓弧薄板支撐，在成形圓柱凸臺上頂部圓弧段時，在通孔成形過程中自孔底逐層熔覆沉積條狀支撐；
[0011]步驟七:最終成形完畢後將環形支撐、球殼支撐、圓弧薄板支撐和條狀支撐從成形件上剔除分離。
[0012]一種應用於核電重型毛坯成型工藝中的IXD-EBAM集成3D列印設備，包括底梁、機架、活動橫梁、工作檯、多軸機器人、雷射噴頭、電子束槍、雷射器、光導纖維、送粉器、送絲機、電源和控制器，所述機架固定安裝於底梁上，活動橫梁縱向能夠升降定位於機架上，多軸機器人安裝於活動橫梁上，多軸機器人各個手臂上分別安裝有至少一個雷射噴頭和至少一個電子束槍，雷射器通過光導纖維將雷射輸送到雷射噴頭上，送粉器能夠將金屬粉末輸送給雷射噴頭，送絲機能夠將金屬絲材輸送至電子束槍的電子束聚焦點處，電源提供電力給電子束槍，多軸機器人各個手臂上的雷射噴頭和電子束槍分別能夠對應到達工作檯上任意指定位置，控制器控制多軸機器人各個手臂與工作檯指定位置對應，並控制雷射器、送粉器、送絲機、電源和活動橫梁工作。
[0013]作為發明的進一步改進，所述機架為龍門機架。
[0014]作為發明的進一步改進，所述工作檯包括移動工作檯和迴轉工作檯，所述移動工作檯能夠沿垂直活動橫梁延伸方向直線滑動定位於底梁上，迴轉工作檯能夠轉動定位於移動工作檯上，多軸機器人各個手臂分別能夠沿活動橫梁延伸方向直線滑動，控制器分別控制移動工作檯、迴轉工作檯運動和多軸機器人各個手臂動作。
[0015]作為發明的進一步改進，還設有用於對處於工作狀態中的雷射器、雷射噴頭和電子束槍進行冷卻的冷水機。
[0016]作為發明的進一步改進，所述多軸機器人手臂縱向能夠伸縮設定長度(該結構為機器人手臂常規結構，如通過電機帶動齒輪齒條結構或絲杆螺母機構等都可以實現該功能)，且機器人手臂下端設有旋轉驅動裝置，該旋轉驅動裝置能驅動雷射噴頭和電子束槍繞水平軸旋轉。
[0017]作為發明的進一步改進，所述旋轉驅動裝置為電機。
[0018]本發明的有益技術效果是:本發明將雷射熔覆沉積工藝和電子束增材製造工藝集成在一臺超大型的3D列印數控工具機上，通過控制器控制雷射噴頭和電子束槍分別或同時對產品進行成形，既實現了高速加工，同時有效保證了產品成型精度，實現了高精度產品的高速加工，同時，雷射噴頭和電子束槍的輔助設備和信息數據共享，節約了能源，降低了能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的1X0-2841集成列印設備立體圖；
[0020]圖2為本發明在核電重型毛坯成型工藝中形成的環形支撐主視圖；
[0021]圖3為本發明在核電重型毛坯成型工藝中形成的筒體部分主視圖；
[0022]圖4為本發明在核電重型毛坯成型工藝中採用的球殼支撐原理圖；
[0023]圖5為本發明在核電重型毛坯成型工藝中形成的圓柱凸臺原理圖。
【具體實施方式】
[0024]實施例:一種核電重型毛坯成型工藝，具體步驟如下:
[0025]步驟一:將毛坯件的三維模型31文件導入成形軟體程序中，進行分層處理，選擇最佳成形方向，劃分各個主要的成形過程(圓筒部分，接管凸臺部分，球殼部分)，添加必要的支撐結構；
[0026]步驟二:將雷射噴頭7和電子束槍8運行到預設的坐標原點；
[0027]步驟三:環形支撐15成形:啟動迴轉工作檯5並保持一定轉速，主雷射噴頭7 (可以為雷射噴頭7或電子束槍8)在迴轉工作檯5表面熔覆上一道不鏽鋼材料的環形支撐15，然後主雷射噴頭7沿活動橫梁3朝遠離迴轉工作檯5圓心的方向移動一步，再開啟主雷射噴頭7，熔覆出一道同心的環形支撐15，如此重複熔覆直到形成一系列同心環形支撐15，然後主雷射噴頭7在同心環形支撐15的區域平面內沿活動橫梁3做直線往返運動，熔覆一道曲線支撐，迴轉工作檯5轉過一圈後，成形一層緻密網格填充的環形支撐15 ；再操控多軸機器人6將主雷射噴頭7上升一層高度(當多軸機器人6帶動主雷射噴頭7上升至其行程範圍內最高點後，活動橫梁3上升一段高度，再微調多軸機器人6定位主雷射噴頭7高度)，重複上述步驟，逐層疊加出具有一定厚度的環形支撐15 ；
[0028]步驟四:筒體成形:迴轉工作檯5保持勻速旋轉，同時開啟主雷射噴頭7和次噴頭(雷射噴頭7或￡8八1電子束槍8)，迴轉工作檯5每轉一圈，在環形基底支撐的基礎上，次噴頭以毛坯件三維模型外圓邊界為起點，沿活動橫梁3朝接近迴轉工作檯5圓心的方向運動，逐步搭接熔覆出一層具有一定寬度的環形碳鋼材料16，主雷射噴頭7以毛坯件三維模型內圓邊界為起點，沿活動橫梁3朝遠離迴轉工作檯5圓心的方向，逐步搭接熔覆出一層環形不鏽鋼材料17，直至與外圈的環形碳鋼材料16實現搭接，完成單層的金屬材料成形，然後，噴頭上升一層高度，沿上一層運動路徑的反方向逐步搭接熔覆，逐層疊加成形圓筒部分；
[0029]步驟五:頂蓋和深封頭的頂部球殼壁成形:利用添加整體支撐的方法從高處垂直吊下球殼支撐18至筒體上，迴轉工作檯5勻速轉動，雷射噴頭7或電子束槍8擺轉適當的傾角將金屬粉末熔覆在球殼支撐18上，待球殼支撐18與成形件20粘結牢固後解去垂吊繩索19 ；
[0030]步驟六:在接管段的圓柱凸臺成形:在相應位置用升降臺頂起圓弧薄板支撐21，在成形圓柱凸臺上頂部圓弧段時，在通孔成形過程中自孔底逐層熔覆沉積條狀支撐22 ；
[0031]步驟七:最終成形完畢後將環形支撐15、球殼支撐18、圓弧薄板支撐21和條狀支撐22從成形件20上剔除分離。
[0032]一種應用於核電重型毛坯成型工藝中的1X0-28八1集成30列印設備，包括底梁2、機架1、活動橫梁3、工作檯、多軸機器人6、雷射噴頭7、電子束槍8、雷射器9、光導纖維10、送粉器13、送絲機、電源11和控制器14，所述機架I固定安裝於底梁2上，活動橫梁3縱向能夠升降定位於機架I上，多軸機器人6安裝於活動橫梁3上，多軸機器人6各個手臂上分別安裝有至少一個雷射噴頭7和至少一個電子束槍8，雷射器9通過光導纖維10將雷射輸送到雷射噴頭7上，送粉器13能夠將金屬粉末輸送給雷射噴頭7，送絲機能夠將金屬絲材輸送至電子束槍8的電子束聚焦點處，電源11提供電力給電子束槍8，多軸機器人6各個手臂上的雷射噴頭7和電子束槍8分別能夠對應到達工作檯上任意指定位置，控制器14控制多軸機器人6各個手臂與工作檯指定位置對應，並控制雷射器9、送粉器13、送絲機、電源11和活動橫梁3工作。
[0033]所述機架I為龍門機架I。
[0034]所述工作檯包括移動工作檯4和迴轉工作檯5，所述移動工作檯4能夠沿垂直活動橫梁3延伸方向直線滑動定位於底梁2上，迴轉工作檯5能夠轉動定位於移動工作檯4上，多軸機器人6各個手臂分別能夠沿活動橫梁3延伸方向直線滑動，控制器14分別控制移動工作檯4、迴轉工作檯5運動和多軸機器人6各個手臂動作。
[0035]還設有用於對處於工作狀態中的雷射器9、雷射噴頭7和電子束槍8進行冷卻的冷水機12。
[0036]所述多軸機器人6手臂縱向能夠伸縮設定長度(該結構為機器人手臂常規結構，如通過電機帶動齒輪齒條結構或絲杆螺母機構等都可以實現該功能)，且機器人手臂下端設有旋轉驅動裝置，該旋轉驅動裝置能驅動雷射噴頭7和電子束槍8繞水平軸旋轉。
[0037]所述旋轉驅動裝置為電機。
【權利要求】
1.一種核電重型毛坯成型工藝，其特徵在於:具體步驟如下: 步驟一:將毛坯件的三維模型STL文件導入成形軟體程序中，進行分層處理，選擇最佳成形方向，劃分各個主要的成形過程，添加必要的支撐結構； 步驟二:將雷射噴頭和電子束槍運行到預設的坐標原點； 步驟三:環形支撐成形:啟動迴轉工作檯並保持一定轉速，主雷射噴頭在迴轉工作檯表面熔覆上一道不鏽鋼材料的環形支撐，然後主雷射噴頭沿活動橫梁朝遠離迴轉工作檯圓心的方向移動一步，再開啟主雷射噴頭，熔覆出一道同心的環形支撐(15)，如此重複熔覆直到形成一系列同心環形支撐，然後主雷射噴頭在同心環形支撐的區域平面內沿活動橫梁做直線往返運動，熔覆一道曲線支撐，迴轉工作檯轉過一圈後，成形一層緻密網格填充的環形支撐；再操控多軸機器人將主雷射噴頭上升一層高度，重複上述步驟，逐層疊加出具有一定厚度的環形支撐； 步驟四:筒體成形:迴轉工作檯保持勻速旋轉，同時開啟主雷射噴頭和次噴頭，迴轉工作檯每轉一圈，在環形基底支撐的基礎上，次噴頭以毛坯件三維模型外圓邊界為起點，沿活動橫梁朝接近迴轉工作檯圓心的方向運動，逐步搭接熔覆出一層具有一定寬度的環形碳鋼材料(16)，主雷射噴頭以毛坯件三維模型內圓邊界為起點，沿活動橫梁朝遠離迴轉工作檯圓心的方向，逐步搭接熔覆出一層環形不鏽鋼材料(17)，直至與外圈的環形碳鋼材料實現搭接，完成單層的金屬材料成形，然後，噴頭上升一層高度，沿上一層運動路徑的反方向逐步搭接熔覆，逐層疊加成形圓筒部分； 步驟五:頂蓋和深封頭的頂部球殼壁成形:利用添加整體支撐的方法從高處垂直吊下球殼支撐至筒體上，迴轉工作檯勻速轉動，雷射噴頭或電子束槍擺轉適當的傾角將金屬粉末熔覆在球殼支撐(18)上，待球殼支撐與成形件(20)粘結牢固後解去垂吊繩索(19); 步驟六:在接管段的圓柱凸臺成形:在相應位置用升降臺頂起圓弧薄板支撐(21)，在成形圓柱凸臺上頂部圓弧段時，在通孔成形過程中自孔底逐層熔覆沉積條狀支撐(22); 步驟七:最終成形完畢後將環形支撐、球殼支撐、圓弧薄板支撐和條狀支撐從成形件上剔除分離。
2.一種應用於權利要求1所述的核電重型毛坯成型工藝中的IXD-EBAM集成3D列印設備，其特徵在於:包括底梁(2)、機架(I)、活動橫梁(3)、工作檯、多軸機器人￠)、雷射噴頭(7)、電子束槍(8)、雷射器(9)、光導纖維(10)、送粉器(13)、送絲機、電源(11)和控制器(14)，所述機架固定安裝於底梁上，活動橫梁縱向能夠升降定位於機架上，多軸機器人安裝於活動橫梁上，多軸機器人各個手臂上分別安裝有至少一個雷射噴頭和至少一個電子束槍，雷射器通過光導纖維將雷射輸送到雷射噴頭上，送粉器能夠將金屬粉末輸送給雷射噴頭，送絲機能夠將金屬絲材輸送至電子束槍的電子束聚焦點處，電源提供電力給電子束槍，多軸機器人各個手臂上的雷射噴頭和電子束槍分別能夠對應到達工作檯上任意指定位置，控制器控制多軸機器人各個手臂與工作檯指定位置對應，並控制雷射器、送粉器、送絲機、電源和活動橫梁工作。
3.如權利要求2所述的LCD-EBAM集成3D列印設備，其特徵是:所述機架為龍門機架。
4.如權利要求2或3所述的LCD-EBAM集成3D列印設備，其特徵是:所述工作檯包括移動工作檯(4)和迴轉工作檯(5)，所述移動工作檯能夠沿垂直活動橫梁延伸方向直線滑動定位於底梁上，迴轉工作檯能夠轉動定位於移動工作檯上，多軸機器人各個手臂分別能夠沿活動橫梁延伸方向直線滑動，控制器分別控制移動工作檯、迴轉工作檯運動和多軸機器人各個手臂動作。
5.如權利要求4所述的LCD-EBAM集成3D列印設備，其特徵是:還設有用於對處於工作狀態中的雷射器、雷射噴頭和電子束槍進行冷卻的冷水機(12)。
6.如權利要求2所述的LCD-EBAM集成3D列印設備，其特徵是:所述多軸機器人手臂縱向能夠伸縮設定長度，且機器人手臂下端設有旋轉驅動裝置，該旋轉驅動裝置能驅動雷射噴頭和電子束槍繞水平軸旋轉。
7.如權利要求6所述的LCD-EBAM集成3D列印設備，其特徵是:所述旋轉驅動裝置為電機。
【文檔編號】C23C24/10GK104498943SQ201510014244
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月12日 優先權日:2015年1月12日
【發明者】顏永年, 陳振東, 張定軍, 荊紅 申請人:江蘇永年雷射成形技術有限公司