阅读说明：本技术 一种用于降低增材制造层粗糙度的装置 (Device for reducing roughness of additive manufacturing layer ) 是由 张喆玉 杨林 李晓波 何华 马明星 杨倩倩 鲁志敏 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于降低增材制造层粗糙度的装置,包括敲击组件,所述敲击组件包括“L”型的敲击连杆,所述敲击连杆的横杆的末端设有敲击头,且所述横杆的末端设有腔体。装置还包括降温结构,降温结构经管道与腔体连通,降温结构内设有冷却液,冷却液在降温结构与腔体之间循环,对敲击头及横杆的末端降温。本发明通过降温结构对敲击头及敲击连杆的横杆末端进行降温,显著降低装置敲击部位的温度,减少零件损耗,提高装置的使用寿命。(The invention provides a device for reducing the roughness of an additive manufacturing layer, which comprises a knocking component, wherein the knocking component comprises an L-shaped knocking connecting rod, a knocking head is arranged at the tail end of a cross rod of the knocking connecting rod, and a cavity is arranged at the tail end of the cross rod. The device still includes the cooling structure, and the cooling structure is equipped with the coolant liquid through pipeline and cavity intercommunication in the cooling structure, and the coolant liquid circulates between cooling structure and cavity, and the terminal cooling of knocking head and horizontal pole. According to the invention, the tail ends of the knocking heads and the cross rod of the knocking connecting rod are cooled through the cooling structure, so that the temperature of the knocking part of the device is obviously reduced, the loss of parts is reduced, and the service life of the device is prolonged.)

一种用于降低增材制造层粗糙度的装置

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种用于降低增材制造层粗糙度的装置。

背景技术

随着工业技术的不断发展，新的制造技术随之产生，如增材制造(3D 打印)技术，为一种自下而上的制造方法，其是将材料通过分层制造、逐层累加的方法制造成实体零件，能够大大减少零件的加工工序，缩短零件的加工周期。其中，增材制造强化技术是通过高能量热源(如激光、等离子、电弧等)在金属基体上形成熔池，同时向熔池中送入特定的强化材料，如复合强化金属粉末、焊丝等，从而在基体表面形成具有特定性能(如耐磨、耐腐蚀、耐疲劳等)的强化层，其目前在机械制造业领域应用非常广泛，核心零部件的易损部件采用该项技术强化后，往往可显著提升使用寿命。

在制造行业，对零件的表面光洁度及粗糙度要求较高，但是，现有增材制造技术制造的增材制造层的粗糙度及表面光洁度达不到机械制造行业的要求，后期还需要对增材制造的零件增加相应的机加工作。目前传统的降低增材制造层的粗糙度的方式是采用车削或者磨削工序，但是由于增材制造层往往采用的是耐磨耐腐蚀材料，强度比较高，后续的机加工的难度、工期等均会升高，有时还需要配套专用的磨削装置，大大增加了增材制造的成本，使得增材制造技术推广应用的难度增加。

有鉴于此，有必要提供一种在增材制造时能够降低增材制造层的粗糙度的装置，以便于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的增材制造层粗糙度大，需要后续专门的机加工工序的问题，提供了一种用于降低增材制造层粗糙度的装置。本装置能够在增材制造强化的同时，通过不断的击打增材制造层，能够显著降低增材制造层的粗糙度，减少甚至避免后续机加工的难度、时间、降低产品的加工成本，便于对增材制造技术进行进一步的推广。

同时，由于本装置在不断击打增材制造层降低增材制造层的粗糙度时，由于增材制造的热源温度非常高，使得增材制造层的温度过高，装置的敲击部位容易发生烧损，因此本发明还对装置的敲击部位进行耐高温或降温处理。

实现发明目的的技术方案如下：一种用于降低增材制造层粗糙度的装置，包括敲击组件，敲击组件包括“L”型的敲击连杆，敲击连杆的横杆的末端设有敲击头，且横杆的末端设有腔体。

装置还包括降温结构，降温结构经管道与腔体连通，降温结构内设有冷却液，冷却液在降温结构与腔体之间循环，对敲击头及横杆的末端降温。

本发明在敲击连杆的横杆末端设置腔体，通过降温结构将冷却液通入腔体内，对敲击连杆及敲击头进行降温，能显著降低装置敲击部位的温度，减少零件损耗，提高设备使用寿命。

其中，腔体包括第一腔体及第二腔体，第一腔体与第二腔体分别位于横杆的末端两侧，第一腔体及第二腔体上且与横杆接触的一面均设有进液口及出液口。通过第一腔体及第二腔体将敲击连杆的横杆末端夹住，能够实现对敲击连杆及敲击头的较好的而降温，提高降温效率。

进一步的，横杆的末端上设有进液通道，第一腔体及第二腔体上分别设有进液口，且进液通道与进液口连通，出液口与降温结构连通。第一腔体及第二腔体上的出液口分别经管道与降温结构连通，使得第一腔体与第二腔体形成单独的空间，进行单独控制。

进一步的，横杆的末端还设有出液通道，出液通道的一端与出液口连通，出液通道的另一端与降温结构连通。通过横杆的末端上进液通道及出液通道的设置，使得第一腔体与第二腔体形成一个整体使得横杆的末端两侧的温度相同，确保增材制造层质量的均一性。同时，通过在横杆上设置进液通道，冷却液经横杆进入上的通道，再流入第一腔体及第二腔体内，此时，冷却液进入进液通道时能够对横杆的内部进行降温，冷却液再进入第一腔体及第二腔体内对横杆的外侧进行降温，能够提高横杆降温的效率。

优选的，进液通道及出液通道均设置在横杆的末端中部，包括在靠近横杆垂直向下开设的盲孔，在盲孔的末端且与盲孔相垂直设有第一通孔，第一通孔的两端分别与第一腔体及第二腔体连通。

进一步的，作为对本发明中降温结构的改进，降温结构包括冷却液储罐及泵，冷却液储罐内设有冷却液，泵用于使冷却液在冷却液储罐与腔体之间循环。

进一步的，作为对本发明中敲击组件的改进，由于增材强化层制造时，热源为增材强化层提供高能量，以在金属基体上形成熔池。因此，为了避免敲击头敲击增材强化层降低其粗糙度时被高温破坏，使敲击头为耐高温材料制成。优选的，敲击头可以选用耐高温的合金材料或非金属材料制成。

进一步的，作为对本发明的装置的进一步改进，敲击连杆的竖杆与横杆的交接处还设有第二通孔，固定轴穿过第二通孔将敲击连杆固定在装置的支撑框架上。将敲击连杆经固定轴固定在支撑框架上，使得竖杆在外力作用下发生左右移位时，能够带动横杆发生上下移动，从而实现敲击头敲击增材制造层，降低其粗糙度。

进一步的，作为对本发明的装置的进一步改进，装置还包括驱动组件，驱动组件一端固定在装置的支撑框架上，驱动组件的另一端连接有顶起件，且顶起件位于竖杆的侧面。驱动组件用于驱动顶起件，使顶起件挤压竖杆，竖杆向左或向右偏移，横杆带动敲击头上移或下移，击打热源周围的增材制造层。

优选的，作为对本发明的装置的进一步改进，装置包括水平设置的复位结构，复位结构的一端固定在装置的支撑框架上，复位结构的另一端与敲击连杆的竖杆上端的第三通孔固定连接。复位结构能够使得位置发生偏移的敲击组件快速回正，确保敲击组件在驱动组件及顶起件的作用下稳定且连续的对热源周围的增材强化层进行敲击。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的装置能够随着热源不断移动，能够通过对未冷却的增材强化区进行持续高频率的敲击，在完成增材工序的同时显著降低增材层整体的粗糙度，减少后续加工时间及成本，还可达到细化晶粒，提高增材性能的效果。同时，在敲击头对增材强化区敲击时，通过降温结构对敲击头及敲击连杆的横杆末端进行降温，显著降低装置敲击部位的温度，减少零件损耗，提高装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的降低增材制造层粗糙度的装置的敲击连杆的示意图；

图2为本发明中实施例1的A处放大图；

图3为本发明的降低增材制造层粗糙度的装置的示意图；

其中，1.敲击连杆；101.竖杆；102.横杆；103.固定轴；104.腔体； 1041.第一腔体；1042.第二腔体；2.敲击头；3.支撑框架；4.驱动组件； 401.驱动器；402.传动件；403.偏心轮；5.顶起件；6.转轴；7.热源； 8.增材强化层；9.复位结构；10.降温结构；11.进液通道；12.出液通道； 13.盲孔；14.第一通孔；15.第二通孔16.第三通孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1：

请参图1所示，一种用于降低增材制造层粗糙度的装置，在本实施方式中，装置包括敲击组件，敲击组件包括“L”型的敲击连杆1，敲击连杆1 的横杆102的末端设有敲击头2，且横杆102的末端设有腔体104。装置还包括降温结构10，降温结构10经管道与腔体104连通，降温结构10内设有冷却液，冷却液在降温结构10与腔体104之间循环，对敲击头2及横杆102 的末端降温。

其中，如图2所示，腔体104包括第一腔体1041及第二腔体1042，第一腔体1041与第二腔体1042分别位于横杆102的末端两侧，第一腔体1041 及第二腔体1042上且与横杆102接触的一面均设有进液口及出液口。通过第一腔体1041及第二腔体1042将敲击连杆1的横杆102末端夹住，能够实现对敲击连杆1及敲击头2的较好降温，提高降温效率。

在本实施例的一种结构中，横杆102的末端上设有进液通道11，第一腔体1041及第二腔体1042上分别设有进液口，且进液通道11与进液口连通，出液口与降温结构10连通。第一腔体1041及第二腔体1042上的出液口分别经管道与降温结构10连通，使得第一腔体1041与第二腔体1042形成单独的空间，进行单独控制。

在本实施例的另一种结构中，横杆102的末端上设有进液通道11，第一腔体1041及第二腔体1042上分别设有进液口，且进液通道11与进液口连通。横杆102的末端还设有出液通道12，出液通道12的一端与出液口连通，出液通道12的另一端与降温结构10连通。通过横杆102的末端上进液通道 11及出液通道12的设置，使得第一腔体1041与第二腔体1042形成一个整体，使得横杆102的末端两侧的温度相同，确保增材制造层质量的均一性。同时，通过在横杆102上设置进液通道11，冷却液经横杆102进入上的通道，再流入第一腔体1041及第二腔体1042内，此时，冷却液进入进液通道11 时能够对横杆102的内部进行降温，冷却液再进入第一腔体1041及第二腔体1042内对横杆102的外侧进行降温，能够提高横杆102降温的效率。

进一步的，进液通道11及出液通道12均设置在横杆102的末端中部，包括在靠近横杆102垂直向下开设的盲孔13，在盲孔13的末端且与盲孔13 相垂直设有第一通孔14，第一通孔14的两端分别与第一腔体1041及第二腔体1042连通。

其中，如图1所示，作为对本实施例的降温结构10的改进，降温结构 10包括冷却液储罐10-1及泵10-2，冷却液储罐10-1内设有冷却液，泵10-2 用于使冷却液在冷却液储罐10-1与腔体104之间循环。

本实施例的降温结构对敲击连杆1级敲击头2降温的原理是：在敲击连杆1的横杆102末端设置腔体104，通过降温结构10将冷却液通入腔体104 内，对敲击连杆1及敲击头2进行降温，能显著降低装置敲击部位的温度，减少零件损耗，提高设备使用寿命。

实施例2：

作为对实施例1中敲击组件的改进，由于增材强化层制造时，热源7为增材强化层8提供高能量，以在金属基体上形成熔池。因此，为了避免敲击头2敲击增材强化层8降低其粗糙度时被高温破坏，使敲击头2为耐高温材料制成。优选的，敲击头2可以选用耐高温的合金材料或非金属材料制成。

作为对上述敲击连杆1的进一步改进，敲击连杆1的竖杆101与横杆102 的交接处还设有第二通孔15，固定轴103穿过第二通孔15将敲击连杆1固定在装置的支撑框架3上。将敲击连杆1经固定轴103固定在支撑框架3上，使得竖杆101在外力作用下发生左右移位时，能够带动横杆102发生上下移动，从而实现敲击头1敲击增材制造层，降低其粗糙度。

其中，装置包括水平设置的复位结构9，复位结构9的一端固定在装置的支撑框架3上，复位结构9的另一端与敲击连杆1的竖杆101上端的第三通孔16固定连接。

本实例的降低增材制造层粗糙度的装置，如图3所示，装置包括敲击组件，敲击组件包括“L”型的敲击连杆1及敲击头2，“L”型的敲击连杆1 的竖杆101与横杆102的交接处经固定轴103固定在支撑框架3上，敲击头 2固定在敲击连杆1的横杆102末端。

其中，装置还包括驱动组件4，驱动组件4一端固定在支撑框架3上，驱动组件4的另一端连接有顶起件5，且顶起件5位于竖杆101的侧面。驱动组件4用于驱动顶起件5转动或移动，顶起件5挤压竖杆101，竖杆101 向左或向右偏移，横杆102带动敲击头2上移或下移，击打热源7周围的增材强化层8。

在本实施例中，如图3所示，驱动组件4包括驱动器401，驱动器401 的输出端连接有传动件402，传动件402的另一端与顶起件5固定连接。在本发明中，驱动器401可以选择电机、电磁系统、气动结构等能够带动传动件运动的结构。

进一步的，如图3所示，顶起件5为凸轮，凸轮经转轴6固定在支撑框架3上。传动件402为传动带，传动带位于支撑框架3的腔体内，且传动带的一端设在驱动器401上，传动带的另一端设在转轴6上。凸轮在传动带的带动下围绕着转轴6转动，凸轮转动时，能够挤压敲击连杆1的竖杆101，使得竖杆101发生偏移与复位的往复运动，与此同时，敲击连杆1围绕固定轴103转动，使得横杆102同时进行抬起及落下，以一定频率的进行敲击热源7周围的增材强化层8。在本实施例中，凸轮选用三头凸轮，凸轮在驱动组件的带动下，每旋转一周间隔三次顶起敲击连杆1的竖杆101，从而使得横杆102上的敲击头2敲击3次增材强化层8，在凸轮的不断转动下，敲击头2不断的敲击增材强化层8。

进一步的，由于增材强化层8制造时，热源7为增材强化层8提供高能量，以在金属基体上形成熔池。因此，为了避免敲击头2敲击增材强化层降低其粗糙度时被高温破坏，使敲击头2为耐高温材料制成。优选的，敲击头 2可以选用耐高温的合金材料或非金属材料制成。

进一步的，敲击组件以200-5000Hz的频率对增材强化层敲击。

进一步的，敲击头2与热源7之间的距离为0-30mm，在距离热源7中心 0-30mm的范围内，敲击头2敲击增材强化层8能够起到降低增材粗糙度的目的，当敲击头2处于热源7中心30mm以外的增材强化层8时，热源7距离远，增材冷却不能够在增材上形成熔池，不能达到产生增材强化层的目的。

本实施例的降低增材强化层粗糙度的装置的工作原理是：将装置移动到增材强化层8的热源7附件，开启驱动组件4；驱动组件4使顶起件5转动或者移动，使得顶起件5挤压敲击连杆1的竖杆101，使竖杆101发生左右偏移，从而使敲击连杆1的横杆102下移使敲击头2敲击增材强化层8；敲击连杆1的竖杆101回复原位时，敲击连杆1的横杆102的上移离开增材强化层8；驱动组件4的工作，使敲击头2不断的敲击增材强化层8，从而降低了增材强化层8的粗糙度，达到细化增材强化层的晶粒的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。