核电重型毛坯成型工艺及lcd-ebam集成打印设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种核电重型毛坯成型工艺及LCD-EBAM集成打印设备，其工艺依次包括：三维建模型并导入成形软件程序中数据处理；激光喷头和电子束枪运行坐标原点；环形支撑成形；筒体成形；顶盖和深封头的顶部球壳壁成形；在接管段的圆柱凸台成形；将辅助支撑从成形件上分离，该设备的机架固定于底梁上，活动横梁纵向能升降定位于机架上，多轴机器人安装于活动横梁上，多轴机器人手臂上分别安装有激光喷头和电子束枪，激光器和送粉器分别为激光喷头提供激光和金属粉末，送丝机和电源为电子束枪提供金属丝材和电力，激光喷头和电子束枪分别能到达工作台上任意位置，控制器控制各部件工作，本发明能实现高精度产品的高速加工，节约能源。
【专利说明】
核电重型毛坯成型工艺及[⑶-四觸集成打印设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种核电重型毛坯成型工艺及其快速成型装备，特别涉及一种核电重型毛坯成型工艺及1X0-2841集成打印设备。
【背景技术】
[0002]随着30打印技术的突飞猛进的发展，核电重型毛坯件成型也开始采用30打印技术来实现，目前30打印技术有两种工艺方式，分别是激光熔覆沉积工艺仏⑶一一1^861
061)0811:1011)和电子束增材制造工艺(￡8舰--21601: 1~011 068111 八
，这二者都是重要的30打印金属熔覆成形工艺，1X0是以激光束能技术为使能技术，￡8八1是以电子束能技术为使能技术服务于高端制造业的大型成形技术，它们各有所长，其中103精度高于￡8鐵而￡8八1的熔覆成形率则高于103，目前该两种30打印技术都是分别使用的，导致产品30打印成形时要高精度就只能低速进行，要高成形效率就只能成形低精度要求的产品，无法实现高效率、高精度的成形。
【发明内容】
[0003]为了弥补以上不足，本发明提供了一种核电重型毛坯成型工艺及1X0-28八1集成打印设备，该核电重型毛坯成型工艺及1X0-2841集成打印设备将激光熔覆沉积工艺和电子束增材制造工艺集成在一台超大型的30打印数控机床上，能够实现高精度产品的高速加工，辅助设备和信息数据的共享度也大大提高。
[0004]本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:一种核电重型毛坯成型工艺，具体步骤如下:
[0005]步骤一:将毛坯件的三维模型31文件导入成形软件程序中，进行分层处理，选择最佳成形方向，划分各个主要的成形过程(圆筒部分，接管凸台部分，球壳部分)，添加必要的支撑结构；
[0006]步骤二:将激光喷头和电子束枪运行到预设的坐标原点；
[0007]步骤三:环形支撑成形:启动回转工作台并保持一定转速，主激光喷头(可以为激光喷头或电子束枪)在回转工作台表面熔覆上一道不锈钢材料的环形支撑，然后主激光喷头沿活动横梁朝远离回转工作台圆心的方向移动一步，再开启主激光喷头，熔覆出一道同心的环形支撑，如此重复熔覆直到形成一系列同心环形支撑，然后主激光喷头在同心环形支撑的区域平面内沿活动横梁做直线往返运动，熔覆一道曲线支撑，回转工作台转过一圈后，成形一层致密网格填充的环形支撑；再操控多轴机器人将主激光喷头上升一层高度(当多轴机器人带动主激光喷头上升至其行程范围内最高点后，活动横梁上升一段高度，再微调多轴机器人定位主激光喷头高度)，重复上述步骤，逐层叠加出具有一定厚度的环形支撑；
[0008]步骤四:筒体成形:回转工作台保持匀速旋转，同时开启主激光喷头和次喷头(激光喷头或￡8八1电子束枪)，回转工作台每转一圈，在环形基底支撑的基础上，次喷头以毛坯件三维模型外圆边界为起点，沿活动横梁朝接近回转工作台圆心的方向运动，逐步搭接熔覆出一层具有一定宽度的环形碳钢材料，主激光喷头以毛坯件三维模型内圆边界为起点，沿活动横梁朝远离回转工作台圆心的方向，逐步搭接熔覆出一层环形不锈钢材料，直至与外圈的环形碳钢材料实现搭接，完成单层的金属材料成形，然后，喷头上升一层高度，沿上一层运动路径的反方向逐步搭接熔覆，逐层叠加成形圆筒部分；
[0009]步骤五:顶盖和深封头的顶部球壳壁成形:利用添加整体支撑的方法从高处垂直吊下球壳支撑至筒体上，回转工作台匀速转动，激光喷头或电子束枪摆转适当的倾角将金属粉末熔覆在球壳支撑上，待球壳支撑与成形件粘结牢固后解去垂吊绳索；
[0010]步骤六:在接管段的圆柱凸台成形:在相应位置用升降台顶起圆弧薄板支撑，在成形圆柱凸台上顶部圆弧段时，在通孔成形过程中自孔底逐层熔覆沉积条状支撑；
[0011]步骤七:最终成形完毕后将环形支撑、球壳支撑、圆弧薄板支撑和条状支撑从成形件上剔除分离。
[0012]一种应用于核电重型毛坯成型工艺中的IXD-EBAM集成3D打印设备，包括底梁、机架、活动横梁、工作台、多轴机器人、激光喷头、电子束枪、激光器、光导纤维、送粉器、送丝机、电源和控制器，所述机架固定安装于底梁上，活动横梁纵向能够升降定位于机架上，多轴机器人安装于活动横梁上，多轴机器人各个手臂上分别安装有至少一个激光喷头和至少一个电子束枪，激光器通过光导纤维将激光输送到激光喷头上，送粉器能够将金属粉末输送给激光喷头，送丝机能够将金属丝材输送至电子束枪的电子束聚焦点处，电源提供电力给电子束枪，多轴机器人各个手臂上的激光喷头和电子束枪分别能够对应到达工作台上任意指定位置，控制器控制多轴机器人各个手臂与工作台指定位置对应，并控制激光器、送粉器、送丝机、电源和活动横梁工作。
[0013]作为发明的进一步改进，所述机架为龙门机架。
[0014]作为发明的进一步改进，所述工作台包括移动工作台和回转工作台，所述移动工作台能够沿垂直活动横梁延伸方向直线滑动定位于底梁上，回转工作台能够转动定位于移动工作台上，多轴机器人各个手臂分别能够沿活动横梁延伸方向直线滑动，控制器分别控制移动工作台、回转工作台运动和多轴机器人各个手臂动作。
[0015]作为发明的进一步改进，还设有用于对处于工作状态中的激光器、激光喷头和电子束枪进行冷却的冷水机。
[0016]作为发明的进一步改进，所述多轴机器人手臂纵向能够伸缩设定长度(该结构为机器人手臂常规结构，如通过电机带动齿轮齿条结构或丝杆螺母机构等都可以实现该功能)，且机器人手臂下端设有旋转驱动装置，该旋转驱动装置能驱动激光喷头和电子束枪绕水平轴旋转。
[0017]作为发明的进一步改进，所述旋转驱动装置为电机。
[0018]本发明的有益技术效果是:本发明将激光熔覆沉积工艺和电子束增材制造工艺集成在一台超大型的3D打印数控机床上，通过控制器控制激光喷头和电子束枪分别或同时对产品进行成形，既实现了高速加工，同时有效保证了产品成型精度，实现了高精度产品的高速加工，同时，激光喷头和电子束枪的辅助设备和信息数据共享，节约了能源，降低了能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的1X0-2841集成打印设备立体图；
[0020]图2为本发明在核电重型毛坯成型工艺中形成的环形支撑主视图；
[0021]图3为本发明在核电重型毛坯成型工艺中形成的筒体部分主视图；
[0022]图4为本发明在核电重型毛坯成型工艺中采用的球壳支撑原理图；
[0023]图5为本发明在核电重型毛坯成型工艺中形成的圆柱凸台原理图。
【具体实施方式】
[0024]实施例:一种核电重型毛坯成型工艺，具体步骤如下:
[0025]步骤一:将毛坯件的三维模型31文件导入成形软件程序中，进行分层处理，选择最佳成形方向，划分各个主要的成形过程(圆筒部分，接管凸台部分，球壳部分)，添加必要的支撑结构；
[0026]步骤二:将激光喷头7和电子束枪8运行到预设的坐标原点；
[0027]步骤三:环形支撑15成形:启动回转工作台5并保持一定转速，主激光喷头7 (可以为激光喷头7或电子束枪8)在回转工作台5表面熔覆上一道不锈钢材料的环形支撑15，然后主激光喷头7沿活动横梁3朝远离回转工作台5圆心的方向移动一步，再开启主激光喷头7，熔覆出一道同心的环形支撑15，如此重复熔覆直到形成一系列同心环形支撑15，然后主激光喷头7在同心环形支撑15的区域平面内沿活动横梁3做直线往返运动，熔覆一道曲线支撑，回转工作台5转过一圈后，成形一层致密网格填充的环形支撑15 ；再操控多轴机器人6将主激光喷头7上升一层高度(当多轴机器人6带动主激光喷头7上升至其行程范围内最高点后，活动横梁3上升一段高度，再微调多轴机器人6定位主激光喷头7高度)，重复上述步骤，逐层叠加出具有一定厚度的环形支撑15 ；
[0028]步骤四:筒体成形:回转工作台5保持匀速旋转，同时开启主激光喷头7和次喷头(激光喷头7或￡8八1电子束枪8)，回转工作台5每转一圈，在环形基底支撑的基础上，次喷头以毛坯件三维模型外圆边界为起点，沿活动横梁3朝接近回转工作台5圆心的方向运动，逐步搭接熔覆出一层具有一定宽度的环形碳钢材料16，主激光喷头7以毛坯件三维模型内圆边界为起点，沿活动横梁3朝远离回转工作台5圆心的方向，逐步搭接熔覆出一层环形不锈钢材料17，直至与外圈的环形碳钢材料16实现搭接，完成单层的金属材料成形，然后，喷头上升一层高度，沿上一层运动路径的反方向逐步搭接熔覆，逐层叠加成形圆筒部分；
[0029]步骤五:顶盖和深封头的顶部球壳壁成形:利用添加整体支撑的方法从高处垂直吊下球壳支撑18至筒体上，回转工作台5匀速转动，激光喷头7或电子束枪8摆转适当的倾角将金属粉末熔覆在球壳支撑18上，待球壳支撑18与成形件20粘结牢固后解去垂吊绳索19 ；
[0030]步骤六:在接管段的圆柱凸台成形:在相应位置用升降台顶起圆弧薄板支撑21，在成形圆柱凸台上顶部圆弧段时，在通孔成形过程中自孔底逐层熔覆沉积条状支撑22 ；
[0031]步骤七:最终成形完毕后将环形支撑15、球壳支撑18、圆弧薄板支撑21和条状支撑22从成形件20上剔除分离。
[0032]一种应用于核电重型毛坯成型工艺中的1X0-28八1集成30打印设备，包括底梁2、机架1、活动横梁3、工作台、多轴机器人6、激光喷头7、电子束枪8、激光器9、光导纤维10、送粉器13、送丝机、电源11和控制器14，所述机架I固定安装于底梁2上，活动横梁3纵向能够升降定位于机架I上，多轴机器人6安装于活动横梁3上，多轴机器人6各个手臂上分别安装有至少一个激光喷头7和至少一个电子束枪8，激光器9通过光导纤维10将激光输送到激光喷头7上，送粉器13能够将金属粉末输送给激光喷头7，送丝机能够将金属丝材输送至电子束枪8的电子束聚焦点处，电源11提供电力给电子束枪8，多轴机器人6各个手臂上的激光喷头7和电子束枪8分别能够对应到达工作台上任意指定位置，控制器14控制多轴机器人6各个手臂与工作台指定位置对应，并控制激光器9、送粉器13、送丝机、电源11和活动横梁3工作。
[0033]所述机架I为龙门机架I。
[0034]所述工作台包括移动工作台4和回转工作台5，所述移动工作台4能够沿垂直活动横梁3延伸方向直线滑动定位于底梁2上，回转工作台5能够转动定位于移动工作台4上，多轴机器人6各个手臂分别能够沿活动横梁3延伸方向直线滑动，控制器14分别控制移动工作台4、回转工作台5运动和多轴机器人6各个手臂动作。
[0035]还设有用于对处于工作状态中的激光器9、激光喷头7和电子束枪8进行冷却的冷水机12。
[0036]所述多轴机器人6手臂纵向能够伸缩设定长度(该结构为机器人手臂常规结构，如通过电机带动齿轮齿条结构或丝杆螺母机构等都可以实现该功能)，且机器人手臂下端设有旋转驱动装置，该旋转驱动装置能驱动激光喷头7和电子束枪8绕水平轴旋转。
[0037]所述旋转驱动装置为电机。
【权利要求】
1.一种核电重型毛坯成型工艺，其特征在于:具体步骤如下: 步骤一:将毛坯件的三维模型STL文件导入成形软件程序中，进行分层处理，选择最佳成形方向，划分各个主要的成形过程，添加必要的支撑结构； 步骤二:将激光喷头和电子束枪运行到预设的坐标原点； 步骤三:环形支撑成形:启动回转工作台并保持一定转速，主激光喷头在回转工作台表面熔覆上一道不锈钢材料的环形支撑，然后主激光喷头沿活动横梁朝远离回转工作台圆心的方向移动一步，再开启主激光喷头，熔覆出一道同心的环形支撑(15)，如此重复熔覆直到形成一系列同心环形支撑，然后主激光喷头在同心环形支撑的区域平面内沿活动横梁做直线往返运动，熔覆一道曲线支撑，回转工作台转过一圈后，成形一层致密网格填充的环形支撑；再操控多轴机器人将主激光喷头上升一层高度，重复上述步骤，逐层叠加出具有一定厚度的环形支撑； 步骤四:筒体成形:回转工作台保持匀速旋转，同时开启主激光喷头和次喷头，回转工作台每转一圈，在环形基底支撑的基础上，次喷头以毛坯件三维模型外圆边界为起点，沿活动横梁朝接近回转工作台圆心的方向运动，逐步搭接熔覆出一层具有一定宽度的环形碳钢材料(16)，主激光喷头以毛坯件三维模型内圆边界为起点，沿活动横梁朝远离回转工作台圆心的方向，逐步搭接熔覆出一层环形不锈钢材料(17)，直至与外圈的环形碳钢材料实现搭接，完成单层的金属材料成形，然后，喷头上升一层高度，沿上一层运动路径的反方向逐步搭接熔覆，逐层叠加成形圆筒部分； 步骤五:顶盖和深封头的顶部球壳壁成形:利用添加整体支撑的方法从高处垂直吊下球壳支撑至筒体上，回转工作台匀速转动，激光喷头或电子束枪摆转适当的倾角将金属粉末熔覆在球壳支撑(18)上，待球壳支撑与成形件(20)粘结牢固后解去垂吊绳索(19); 步骤六:在接管段的圆柱凸台成形:在相应位置用升降台顶起圆弧薄板支撑(21)，在成形圆柱凸台上顶部圆弧段时，在通孔成形过程中自孔底逐层熔覆沉积条状支撑(22); 步骤七:最终成形完毕后将环形支撑、球壳支撑、圆弧薄板支撑和条状支撑从成形件上剔除分离。
2.一种应用于权利要求1所述的核电重型毛坯成型工艺中的IXD-EBAM集成3D打印设备，其特征在于:包括底梁(2)、机架(I)、活动横梁(3)、工作台、多轴机器人￠)、激光喷头(7)、电子束枪(8)、激光器(9)、光导纤维(10)、送粉器(13)、送丝机、电源(11)和控制器(14)，所述机架固定安装于底梁上，活动横梁纵向能够升降定位于机架上，多轴机器人安装于活动横梁上，多轴机器人各个手臂上分别安装有至少一个激光喷头和至少一个电子束枪，激光器通过光导纤维将激光输送到激光喷头上，送粉器能够将金属粉末输送给激光喷头，送丝机能够将金属丝材输送至电子束枪的电子束聚焦点处，电源提供电力给电子束枪，多轴机器人各个手臂上的激光喷头和电子束枪分别能够对应到达工作台上任意指定位置，控制器控制多轴机器人各个手臂与工作台指定位置对应，并控制激光器、送粉器、送丝机、电源和活动横梁工作。
3.如权利要求2所述的LCD-EBAM集成3D打印设备，其特征是:所述机架为龙门机架。
4.如权利要求2或3所述的LCD-EBAM集成3D打印设备，其特征是:所述工作台包括移动工作台(4)和回转工作台(5)，所述移动工作台能够沿垂直活动横梁延伸方向直线滑动定位于底梁上，回转工作台能够转动定位于移动工作台上，多轴机器人各个手臂分别能够沿活动横梁延伸方向直线滑动，控制器分别控制移动工作台、回转工作台运动和多轴机器人各个手臂动作。
5.如权利要求4所述的LCD-EBAM集成3D打印设备，其特征是:还设有用于对处于工作状态中的激光器、激光喷头和电子束枪进行冷却的冷水机(12)。
6.如权利要求2所述的LCD-EBAM集成3D打印设备，其特征是:所述多轴机器人手臂纵向能够伸缩设定长度，且机器人手臂下端设有旋转驱动装置，该旋转驱动装置能驱动激光喷头和电子束枪绕水平轴旋转。
7.如权利要求6所述的LCD-EBAM集成3D打印设备，其特征是:所述旋转驱动装置为电机。
【文档编号】C23C24/10GK104498943SQ201510014244
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月12日 优先权日:2015年1月12日
【发明者】颜永年, 陈振东, 张定军, 荆红 申请人:江苏永年激光成形技术有限公司