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高性能大型金屬構件多電弧協同增材制造裝備與工藝

本項目采用五電弧協同增材制造，提高成形構件的堆積效率；利用激光約束電弧，提高成形金屬構件的表面精度，減小加工余量；構筑出融合五電弧協同增材制造、激光穩(wěn)定電弧、高速攝像監(jiān)測、構件成形尺寸三維測量、工藝數字化監(jiān)控等功能的多電弧協同增材制造裝備。 1、形成復雜空間曲面構件分區(qū)原則、切片方法與路徑規(guī)劃策略，建立五電弧協同增材制造高性能大型金屬構件工藝方法、模型與窗口； 2、研制出多電弧協同增材制造工藝規(guī)劃與系統總控軟件； 3、開發(fā)了專用于高性能大型金屬構件多電弧協同增材制造的專用金屬絲材。實現大型艦船艉軸架、運載火箭過渡端框架與高層建筑多向鋼節(jié)點的高質量、高效率、低成本增材制造，并進行組織與性能預測。圖1 多電弧協同增材制造設備圖圖2 多電弧協同增材制造典型產品【技術優(yōu)勢】項目成果有效解決了高性能大型金屬構件采用電弧增材整體制造時，面臨的堆積效率較低，制造大型金屬構件周期長；成形金屬構件表面精度低，加工量較大；成形金屬構件的晶粒粗大，各相異性明顯的難題，將目前大型金屬構件電弧增材制造的效率提高到了新高度。【技術指標】五束電弧協同增材制造裝備： 1）裝備包括 CMT電源5臺、六軸機器人系統3臺、激光系統、工藝數字化系統、三維測量系統、高速攝像系統與缺陷除去系統； 2）三維測量系統的測量范圍在300mm以內，可測量金屬構件壁厚最大尺寸不低于250mm，測量誤差在±1.0mm以內； 3）可成形高度大于2m、長度大于5m、寬度大于3.5m的金屬構件，變形控制在0.2mm/100mm以內； 4）堆積效率≥1800cm3/h，連續(xù)工作時間不低于360小時；五束電弧協同增材制造工藝總體軟件： 1）具有模型解析重構、子模型選擇、分區(qū)切片與9軸工藝路徑規(guī)劃、曲面切片、G代碼及機器人離線編程代碼生成、多電弧協同增材制造系統控制功能與工藝數據庫； 2）可實現金屬構件組織、性能預測及成形質量主動控制，并顯示構件材料 CCT圖； 3）模型解析、拓撲重構時間低于10分鐘，切片輪廓精度優(yōu)于±0.1mm，單層切片時間＜2s。 4）支持2000萬以上三角形面片、尺寸4m以上STL模型； 5）支持任意空間曲面模型的路徑規(guī)劃，成形尺寸≥4000mm； 6）支持 6軸機器人+3軸龍門式床身協同控制的9軸工藝路徑規(guī)劃，成形效率達 1800cm3/h，全程誤差≤0.5%，路徑輸出方式為G代碼、機器人離線編程代碼； 7）工藝數據庫覆蓋控制系統參數及工藝及材料參數，并建立典型工藝參數，加工誤差范圍≤0.5%；

華中科技大學 2023-04-21

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