一种基于3D打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法与流程

本发明涉及激光冲击强化和3d打印技术领域，具体为一种基于3d打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法。

背景技术：

激光冲击强化技术(lasershockprocessing，lsp)，是利用高功率密度(＞gw/cm²)纳秒脉冲辐照材料表面，材料表面涂覆的吸收保护层吸收激光能量发生爆炸性气化蒸发，形成高温(＞10000℃)等离子体，等离子体继续吸收激光能量急剧膨胀，在水流的约束作用下形成向材料内部传播的高压(＞gpa)冲击波，材料在高压冲击波作用下发生剧烈塑性变形，形成残余应力、改变微观组织结构，从而提高材料的疲劳性能、磨损和应力腐蚀等性能。

吸收保护层一般采用黑胶带、铝箔等材料，可以防止激光直接辐照烧蚀待处理部件；更重要的是其激光能量吸收率高，可以将激光能量高效转化为等离子体冲击波动能，从而显著提升强化效果。所以，吸收保护层涂覆是激光冲击强化的必备预处理工序，其涂覆质量更是影响强化效果和效率的关键因素之一。

目前，吸收保护层一般采用人工贴覆方式，尤其是航空发动机整体叶盘等复杂型面部件，贴覆效率低、质量不确定性大；美国lspt公司发明的吸收保护层自动涂覆系统rapidcoater(tm)，采用喷涂黑漆的方式，但强化处理后黑漆清洗较为困难，因此，针对上述问题提出一种基于3d打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于3d打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法，将先进的3d打印装置、五轴机器人手臂和综合控制系统相结合起来，实现复杂部件(位)吸收保护层的快速涂覆和去除，快速、高效、无污染，显著提高激光冲击强化处理效率,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于3d打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法，包括快速涂覆装置和基于快速涂覆装置的方法，所述快速涂覆装置包括吸收保护层原材料丝、送丝机构、送丝管道、3d打印头、加热棒、热电偶、挤出机、扁平喷头、机器人手臂、综合控制系统、控制总线。

优选的，所述送丝管道一端设置有送丝机构，所述送丝管道另一端设置有3d打印头，所述3d打印头上设置有热电偶，所述热电偶之间设置有加热棒，所述3d打印头内部设置有挤出机，所述3d打印头底端设置有扁平喷头，所述吸收保护层原材料丝从送丝管道的送丝机构进入，穿过送丝管道后经过挤出机，最终从扁平喷头处挤出，所述机器人手臂固定在底板上，所述机器人手臂顶部与3d打印头固定连接，所述综合控制系统固定设置在底板上，所述综合控制系统通过控制总线与送丝机构、电热偶和机器人手臂电性连接。

优选的，所述基于快速涂覆装置的方法具体流程包括以下步骤：

1)将吸收保护层原材料丝装入送丝机构，通过综合控制系统启动送丝机构，将原材料通过送丝管道送至3d打印头内；

2)根据吸收保护层原材料丝融化温度，通过综合控制系统设定3d打印头加热装置目标温度，并通过热电偶反馈稳定控制问题；

3)通过综合控制系统发送打印指令，控制3d打印头内挤出机和送丝机构协同工作，通过扁平喷头进行吸收保护层的均匀涂覆；

4)将3d打印头安装在五轴机器人手臂上，根据待激光冲击强化处理部件位的三维尺寸，在综合控制系统上设定机器人轨迹，实现待处理部件位吸收保护层的快速涂覆；

5)涂覆材料凝固形成吸收保护层薄膜，在激光冲击强化处理后直接从部件(位)上直接撕下，实现快速清洁高效去除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：将先进的3d打印装置、五轴机器人手臂和综合控制系统相结合起来，整个装置结构简单、集成度高、控制精度高、操作难度小。3d打印装置固定在机器人手臂，再通过综合控制系统设定机器人手臂运动轨迹，可实现复杂部件(位)吸收保护层的快速涂覆；吸收保护层是通过3d打印头将原材料丝加热熔化、涂覆然后冷却凝固而形成薄膜，整个涂覆过程快速、精确、均匀，薄膜去除过程简单方便。

附图说明

图1为本发明的装置整体结构示意图；

图2为本发明的工序流程示意图。

图中：1为吸收保护层原材料丝、2为送丝机构、3为送丝通道、4为3d打印头、5为加热棒、6为热电偶、7为挤出机、8为扁平喷头、9为机器人手臂、10为综合控制系统、11为控制总线、12为待激光冲击强化处理部件、13为自动涂覆形成的吸收保护层薄膜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：

一种基于3d打印技术的吸收保护层快速涂覆装置与方法，其中，基于3d打印技术的吸收保护层快速涂覆装置包括吸收保护层原材料丝1、送丝机构2、送丝管道3、3d打印头4、机器人手臂9、综合控制系统10，其中3d打印头4内部装有加热棒5、热电偶6、挤出机7、扁平喷头8等结构。

原材料丝1通过送丝管道3入口插入送丝机构2，送丝机构2后为主送丝管道3，直接连接至3d打印头4，而3d打印头4固定在五轴机器人手臂9上。送丝机构2、3d打印头4和五轴机器人手臂9分别通过控制总线11连接至综合控制系统10，实现综合控制系统对整个涂覆装置的程序化精确控制。

本发明的具体工作过程为：

1)将吸收保护层原材料丝1插入送丝机构2中，在综合控制系统10中执行送丝任务，控制送丝机构2工作将原材料丝1通过送丝管道3送至3d打印头4；

2)在综合控制系统10中设定3d打印头4加热温度并执行涂覆指令，分别通过加热棒5和热电偶6进行加热和温度监控，实现对原材料丝的加热熔化，再通过挤出机7和扁平喷头8进行涂覆；

3)根据待处理部件(位)12三维尺寸，在综合控制系统10中设定五轴机器人手臂9运动轨迹，实现待处理部件(位)12吸收保护层的自动快速涂覆，形成吸收保护薄膜13。

4)激光冲击强化处理后，涂覆材料冷却凝固形成的吸收保护薄膜13可直接撕下。

本发明通过3d打印头4将吸收保护层原材料丝1加热熔化成黏性液体，再通过扁平喷头8可实现吸收保护层快速自动涂覆，涂覆黏性液体凝固后形成吸收保护薄膜13，整个涂覆过程简单快速、精确可控；将3d打印头4固定在五轴机器人手臂9上，根据部件(位)12三维尺寸在综合控制系统10中设定手臂9空间运动轨迹，可实现复杂部件(位)12吸收保护层的快速自动涂覆；通过涂覆形成的吸收保护薄膜13，可在激光冲击强化处理后整体撕下，实现高效清洁去除。本发明可实现复杂型面部件(位)12吸收保护层自动快速涂覆与去除，整个装置原理结构简单、易操作、精确可控、自动化程度高、通用性强，可用于一般构件和复杂部件的激光冲击强化过程，尤其在激光冲击强化生产线上具有很好的效率优势。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。