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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、激光穩定電弧、高速攝像監測、構件成形尺寸三維測量、工藝數字化監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原則、切片方法與路徑規劃策略，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劃與系統總控軟件； 3、開發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、分區切片與9軸工藝路徑規劃、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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