技术领域
[0001] 本
发明属于激光增材制造设备技术领域，具体而言，涉及一种增材制造系统及增一种材制造方法。
背景技术
[0002] 增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方法，直接将数字化模型实施为实体零件的一种新型制造技术。美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会给出了增材制造的定义：增材制造是依据三维模型数据将材料连接制作成物体的过程，相对于减法制造，它通常是逐层累加的过程。激光增材制造(Laser Additive Manufacturing，LAM)技术是一种以激光为
能量源的增材制造技术，激光具有能量
密度高的特点，可实现难加工金属的制造，比如航空航天领域采用的
钛合金、
高温合金等，同时激光增材制造技术还具有不受零件结构限制的优点，可用于结构复杂、难加工以及薄壁零件的加工制造。目前，激光增材制造技术所应用的材料已涵盖钛合金、高温合金、
铁基合金、
铝合金、难熔合金、非晶合金、陶瓷以及梯度材料等，在航空航天领域中高性能复杂构件和
生物制造领域中多孔复杂结构制造具有显著优势。
[0003] 如果在空气氛围下直接进行激光增材制造，材料的表面易被
氧化，表层氧化物会导致
工件表面起伏不平，并且氧化物杂质严重影响成形件内部的
冶金结合，危害成形件的性能。因此在激光增材制造装备系统中，除了
激光器、送粉系统以及控制系统，还需要有一个惰性气体保护的密封成形腔，保证金属构件在激光成形的过程中成形腔内的氧含量控制在要求范围内，避免氧气与金属在高温条件下发生氧化反应，影响成形件的最终
质量。
[0004] 零件在成形腔内
真空状态下进行成形，通过激光增材制造技术成形的零件尺寸通常受限于成形腔的体积。现阶段常用的激光增材制造成形腔的体积是固定的，成形尺寸不同的零件都需要对整个成形腔进行抽排气。因此，对于成形尺寸较小的零件，对整个成形腔进行抽排气会造成成形腔的利用率较低、抽排气的等待时间较长和成本较高等缺点。因此，需要一种可以根据待成形零件的尺寸大小来灵活地控制成形腔的体积，进而可以大大缩短成形腔的抽排气时间、降低惰性保护气体消耗量、减少资源浪费、提高生产效率的金属构件激光增材制造系统。
发明内容
[0005] 本发明的目的是解决
现有技术中激光增材制装备系统存在的上述不足和缺点，例如解决成形腔的体积大小不能根据待成形零件的尺寸大小而改变进而在成形尺寸较小的零件时造成不必要的资源浪费的问题，该目的是通过以下技术方案实现的。
[0006] 本发明提供了一种增材制造系统，所述增材制造系统包括增材制造模
块，所述增材制造模块具有两个横向
支架以及位于所述两个横向支架之间的增材制造成形腔，所述两个横向支架平行延伸并隔开预定距离，所述增材制造系统还包括增材制造装置以及跨置在所述两个横向支架上的纵向支架，所述纵向支架相对于所述两个横向支架能够沿所述两个横向支架延伸的方向移动，所述增材制造装置通过引导装置与所述纵向支架联接并且能够与所述纵向支架一起移动，其中，所述增材制造系统能够包括多个所述增材制造模块，相邻的两个所述增材制造模块是通过拼合连接装置接合到一起的。
[0007] 根据本发明的另一方面，所述引导装置能够沿所述纵向支架延伸的方向相对于所述纵向支架移动并由此带动所述增材制造装置移动。
[0008] 根据本发明的另一方面，所述引导装置包括引导块和竖向轴，所述竖向轴设置在所述引导块上或所述引导块中，所述引导块能够沿所述纵向支架延伸的方向在所述纵向支架上移动，
[0009] 根据本发明的另一方面，所述竖向轴以可移动的方式设置在所述引导块上或所述引导块中，使得所述竖向轴能够相对于所述引导块沿竖直方向移动。
[0010] 根据本发明的另一方面，所述增材制造装置包括激光器和送粉系统。
[0011] 根据本发明的另一方面，所述纵向支架沿所述两个横向支架延伸的方向的移动与所述引导装置沿所述纵向支架延伸的方向的移动是同步的或异步的。
[0012] 本发明还提供了一种增材制造方法，所述增材制造方法是通过前面描述的增材制造系统来执行的，所述增材制造方法包括：
[0013] 步骤1：根据待成形零件的尺寸大小，
选定预定数量的所述增材制造模块，使预定数量的所述增材制造模块的成形腔连通；
[0014] 步骤2：对连通的成形腔抽气并向连通的成形腔充入不活性气体，使得不活性气体充满连通的成形腔；
[0015] 步骤3：在连通的成形腔内进行零件的激光增材制造。
[0016] 根据本发明的另一方面，步骤3包括：使所述纵向支架沿所述两个横向支架延伸的方向在所述两个横向支架上移动，并且，使所述引导装置沿所述纵向支架延伸的方向在所述纵向支架上移动从而带动所述增材制造装置移动，通过所述纵向支架和所述引导装置的联动完成零件的增材制造。
[0017] 根据本发明的另一方面，在成形小尺寸零件的情况下，选定一个所述增材制造模块，或者选定两个所述增材制造模块并使两个所述增材制造模块的成形腔彼此连通，在成形大尺寸零件的情况下，选定两个以上的增材制造模块并使所述两个以上的增材制造模块的成形腔彼此连通。
[0018] 根据本发明的另一方面，使所述纵向支架沿所述两个横向支架延伸的方向的移动与所述引导装置沿所述纵向支架延伸的方向的移动同步或异步。
[0019] 通过上述的增材制造系统及增材制造方法，本发明实现以下有益的技术效果：
[0020] (1)在成形的零件尺寸较小的情况下，可扩展的增材制造系统可以大大缩短成形腔抽气时间。传统的大型金属构件增材制造装备系统的排气过程需要花费很长时间，生产效率低下。而采用可扩展的增材制造系统，可以在满足成形零件尺寸大小的前提下，通过选择尽可能少的增材制造模块来尽可能缩小成形腔的体积，然后再抽气并充入不活性气体比如惰性气体，将成形腔内空气赶出腔外。这样大大缩短排气时间，提高生产效率。
[0021] (2)在成形的零件尺寸较大的情况下，可扩展的增材制造系统可以成形的大尺寸零件的灵活性更高。传统的大型金属构件增材制造系统，如果要成形比成形腔体积大的零件时，必须重新生产制造一个比待成形零件体积更大的成形腔，这样耗时较长，工序繁琐，成本较高；而本发明的可扩展的增材制造系统，可以灵活地模块化扩展成形腔体积，达到成形零件的尺寸要求。
[0022] (3)可以大幅度节约保护气体的使用量。在激光增材
制造过程开始之前，需要在成形腔内充入不活性气体比如惰性气体(如氩气和氦气)，使得腔体内的氧含量低于50ppm，以保证在成形过程中不会受环境空气的影响。目前现有的大型金属构件增材制造系统，需要大量的惰性保护气体。而这种可扩展的增材制造系统，在成形前排气过程所用惰性气体的量会大大降低，降低生产成本。
[0023] 综上所述，通过本发明中的这种增材制造系统及增材制造方法，改变了在成形尺寸不同的零件时现有成形腔体积不变的固有
缺陷，大大缩短了抽排气时间，提高了生产效率，降低了综合生产成本。
附图说明
[0024] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0025] 图1是本发明实施方式的增材制造系统的三视图，
[0026] 图2是本发明实施方式的增材制造系统的结构示意图，在图2中，图(a)为增材制造系统的侧视图，图(b)为增材制造系统的俯视图，图(c)为增材制造系统的主视图，图(d)为增材制造系统的立体图。
[0027] 附图标记说明：1-1
工作台下料区域；1-2加工区域；1-3增材制造成形腔；1-4纵向支架；1-5横向支架，1-6横向支架；1-7竖向轴；1-8纵向支架；2-1工作出口；2-2安全围挡；2-3顶部平台；2-4安全围挡；2-5工作台下料区域；2-6加工区域；2-7成形腔；2-8密封
门旋转
开关；2-9加工单元。
具体实施方式
[0028] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0029] 下面结合具体实施方式和附图对本发明实施方式的增材制造系统及增材制造系统方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
[0030] 图1是实施方式中增材制造系统的三视图。如图1中所示，本实施方式中的增材制造系统包括增材制造模块，比如模块I。模块I具有两个横向支架1-5和1-6以及位于横向支架1-5和1-6之间的增材制造成形腔1-3，两个横向支架1-5和1-6平行延伸并隔开预定距离，该增材制造系统还包括增材制造装置以及跨置在两个横向支架1-5和1-6上的纵向支架1-8，纵向支架1-8相对于两个横向支架1-5和1-6能够沿两个横向支架1-5和1-6延伸的方向(即y轴方向)移动，该增材制造装置通过引导装置与纵向支架1-8联接并且能够与纵向支架
1-8一起移动。特别地，该增材制造系统能够包括多个增材制造模块，比如模块I、模块II和模块III，相邻的两个增材制造模块、比如模块I与模块II或者模块II与模块III是通过拼合连接装置接合到一起的。该拼合连接装置例如是插接式装置。
[0031] 特别地，所述引导装置能够沿纵向支架1-8延伸的方向(即x轴方向)相对于纵向支架1-8移动并由此带动所述增材制造装置移动。所述引导装置包括引导块和竖向轴1-7，竖向轴1-7设置在所述引导块上或所述引导块中，所述引导块能够沿纵向支架1-8延伸的方向在纵向支架1-8上移动，竖向轴1-7能够相对于所述引导块沿竖直方向移动，所述增材制造装置包括激光器和送粉系统。此外，图1中可见工作台下料区域1-1和加工区域1-2。所述增材制造系统还包括气氛保护系统，所述气氛保护系统包括O2检测装置、抽气装置以及不活性气体进气口(未示出)。
[0032] 如图1中所示，成形腔x轴宽度保持不变，成形腔y轴长度可以通过使相邻的增材制造模块的成形腔连通来扩展，例如通过移除相邻的增材制造模块的成形腔之间的隔板而使成形腔连通从而扩展成形腔，进而达到增大或者减小成形腔体积的目的。激光器及送粉系统经由引导装置、比如竖向轴1-7安放在纵向支架1-8上，纵向支架1-8在移动的过程中能够保持成形腔的密闭性。纵向支架1-8可在y轴方向上在成形腔内移动，竖向轴1-7可在x轴方向上相对于纵向支架1-8移动，此外竖向轴1-7可以相对于引导块沿竖直方向移动，从而使得激光器和送粉系统能够移动至成形腔的任何一个
位置，这样在成形腔内任何一个位置都可以成形零件。通过纵向支架1-8和引导装置(其包括竖向轴1-7)的联动完成零件的激光增材制造。纵向支架1-8和引导装置的移动可以是同步或异步的。
[0033] 如图1中所示，在具体成形过程中，在成形小尺寸零件的情况下，可以选择一个模块、例如模块I，或者选择两个模块、比如模块I与模块II并使两个模块的成形腔连通，例如移除模块I的成形腔与模块II的成形腔之间的一块隔板以使成形腔连通。此时成形腔体积较小，这样抽排气的等待时间会减少，惰性气体的用量也会减少，从而节约成本。在成形尺寸较大的零件的情况下，可以选择三个模块、比如模块I、模块II和模块III并使这三个模块的成形腔连通，例如移除这三个模块的成形腔之间的两块隔板，从而扩大成形腔体积，达到成形大尺寸零件的要求。
[0034] 图2是本发明实施方式的改型的增材制造系统的结构示意图，其示出了：工作出口2-1；安全围挡2-2；顶部平台2-3；安全围挡2-4；工作台下料区域2-5；加工区域2-6；成形腔
2-7；密封门旋转开关2-8；以及加工单元2-9。图2中的系统进一步丰富了安全围挡2-2和顶部平台2-3，更接近于实践，便于本领域技术人员的理解和实施。
[0035] 下面对上述增材制造系统的工作流程进行描述，具体地：
[0036] 步骤1：根据待成形零件的尺寸大小，选定预定数量的所述增材制造模块，使预定数量的所述增材制造模块的成形腔连通；
[0037] 步骤2：对连通的成形腔抽气并向连通的成形腔充入不活性气体，使得不活性气体充满连通的成形腔；
[0038] 步骤3：在连通的成形腔内进行零件的激光增材制造。
[0039] 步骤3还可以包括：使纵向支架1-8沿两个横向支架1-5和1-6延伸的方向在两个横向支架1-5和1-6上移动，并且，使所述引导装置沿所述纵向支架1-8延伸的方向纵向支架1-7上移动从而带动所述增材制造装置移动，通过所述纵向支架和所述引导装置的联动完成零件的增材制造。
[0040] 在成形小尺寸零件的情况下，可以选择一个模块、例如模块I，或者选择两个模块、比如模块I与模块II并使两个模块的成形腔连通，例如移除模块I的成形腔与模块II的成形腔之间的一块隔板以使成形腔连通。此时成形腔体积较小，这样抽排气的等待时间会减少，惰性气体的用量也会减少，从而节约成本。在成形尺寸较大的零件的情况下，可以选择三个模块、比如模块I、模块II和模块III并使这三个模块的成形腔连通，例如移除这三个模块的成形腔之间的两块隔板，从而扩大成形腔体积，达到成形大尺寸零件的要求。
[0041] 可选地，可以在进行零件的激光增材制造成形前，检查增材制造系统是否正常，同时检查气氛控制系统、监测与反馈系统是否正常。
[0042] 通过上述实施方式中增材制造系统的结构和工作流程，在成形的零件尺寸较小时，可以大大缩短成形腔抽排气时间，提高生产效率；在成形的零件尺寸较大时，可以灵活地扩展成形腔体积，达到大尺寸成形零件的尺寸要求，避免重复制造不同体积的成型腔；此外，由于可以灵活地调整成型腔的体积，因而可以大幅度节约保护气体的使用量，避免浪费，从而可以进一步降低制造成本。
[0043] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以
权利要求的保护范围为准。
