[0001] 本发明涉及一种火箭发射装置中的辅助支撑设备以及其快速成型的制备方法，尤其是一种火箭发射筒托架及其一体化快速成型方法。

[0002] 现有的火箭发射器主要由发射筒、护壳、前后护盖、发射机构、击发机构、瞄准具、握把和背带等组成，发射筒为套筒式结构，前筒用玻璃钢材料制成，后筒为铝制品。发射筒固定在框架上，用护带缠绕，构成整体护壳。在整体护壳的下方设有辅助支撑，辅助支撑包括三脚架和托架，其作用是对发射器筒体进行支撑和定位，保证在发射火箭弹时，整个装置的整体平衡性，并且可调节筒体的角度。

[0003] 目前，由于火箭筒是用于发射火箭弹的便携式反坦克武器，要求易火控反应时间小于10秒，方向射界360°，高低射界‑6°～30°。火箭发射器上的托架通常马蹄形焊接结构，其下端设有与三脚架连接的底座，上端为马蹄形的支撑，支撑连段通过销钉与火箭筒连接。由于马蹄形托架为高强度钢的焊接件，形状较复杂，且加工面较多，质量大，不能满足野外装备轻量化的要求，由于焊接热输入过高以及电弧压力较大,导致其成型质量差,成型精度较低，冷却后的焊接件会产生变形，而且焊缝很难充分接触，影响整个托架与火箭筒之间的配合精度，很难保证高精度定位和快速调节等要求。

[0004] 另外，类似火箭发射筒托架这种叉架类零件，由于精度加工等问题，通常采用3D金属打印技术制备，实现一体化成型。一体化成型过程中能够实现不同厚度、形状的加强筋、固定板或连接架与零件整体形状的一体化完成，所成型零件的形状、厚度、强度等参数大幅突破了传统的铸造成型、挤压成型、焊接成型等工艺的局限性，这样可以避免连接部位或焊接区成为整体结构的薄弱环节。但是，对于结构复杂的零件，面向传统制造进行设计，在逆向建模过程中，会存在连接部位或焊接区域影响打印后零件的成型质量，因此，逆向构建的模型无法直接用于3D金属打印。现有技术中，通过3D打印技术制备金属零部件的精度不超过0.1mm，使得采用目前3D打印技术制备的火箭发射筒托架零部件无法达到应用指标。

[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0015] 有附图1可以看出，本发明中的火箭发射筒托架是由水平放置的固定座3和2个弧形的支撑臂2焊接而成，其中2个弧形的支撑臂2分别位于固定座3的两侧，并与之一体成型，2个弧形的支撑臂2形成半圆形的包围结构，两个支撑臂2的开放端设置连接端1，该连接端1与火箭发射筒的外壁对称固定的销钉连接，支撑臂2的半包围部分容纳火箭发射筒外圆面，形成对火箭发射筒的连接与支撑。

[0016] 为了使本托架满足火箭发射筒使用及强度要求，降低托架整体重量，由图1和2可以看出，支撑臂2的支撑部分采用高强度合金钢加工成板件形状，其端面为槽形结构，支撑臂2中部分布有多个减重孔7；固定座3采用两个竖直布置的平板中间由两个加强板连接而成的框架结构，加强板的下表面中部对称位置设置定位凸台4和连接凸台6，定位凸台4中心设置定位销孔，连接凸台6的中心设置用于连接的螺纹孔。定位凸台4和连接凸台6为圆柱形结构，其端面为加工面，处于同一平面；固定座3右端固定有两个平行的螺纹固定架5，螺纹固定架5的端部为圆形柱，圆形柱中心为螺纹孔；本发明中的托架，为了保证与火箭发射筒的销钉之间连接顺滑，且便于现场的拆装，在连接端1中间加工有通孔，连接端1的上端面设有与通孔连通的滑槽12，滑槽12边缘加工30度的倒角。销钉本身具有弹性，通过与滑槽12对正，沿着倒角滑入至通孔内，完成火箭发射筒的装配。

[0017] 本发明的中的托架，由于应用工况的特殊性，在满足强度和使用要求外，需要尽最大程度满足野外装备轻量化的要求，因此对该托架的加工方式、材质以及精度等方面做了改进，形成了托架的一体化成型方案。托架的一体化快速成型步骤分四个阶段：第一阶段：托架零件扫描及预处理
（1）模型扫描：把托架置于水平放置的平台上扫描。首先把托架的a面与平台贴合，利用手持式三维光学扫描仪，在托架的四周及上方进行360度全方位扫描，然后把b面与平台贴合，进行二次扫描，获得托架的两个点云数据。在扫描前，要求进行预扫描，保证扫描效果，扫描过程中匀速移动扫描仪，并且对扫描结果进行检查。由于扫描中，是围绕托架外部进行旋转，扫描结果对外表面数据比较全，而对托架零件中的孔或槽的内侧表面，采集数据不全，因此，需要对托架中孔或槽的边缘部分的数据进行检查，要求边缘结构清晰，便于后续模型的处理。

[0018] （2）点云数据合并：把扫描得到的两个点云数据分别导入Geomagic Wrap平台，获得两个点云模型，在点云模型上分别选取托架对应位置的点，作为特征点，进行合并。特征点通常选取在加工面上。托架上，选取连接端1上表面的四个角的顶点以及定位凸台4下表面的边缘点，作为特征点。通过特征点重合，实现两个点云模型合并，形成托架面片模型。

[0019] （3）面片模型的处理：对托架面片模型中的孔或槽内表面不完整部分进行补全，使孔或槽内侧壁为完整面片；对托架面片模型中的所有面片数据进行光顺及打磨处理，使托架模型表面更加光整，圆弧过渡部分更加圆润，接近实际零件的表面结构要求。最后，由Geomagic Wrap平台导出托架面片模型为.asc格式文件。

[0020] 第二阶段：托架三维模型重构（1）坐标系对正：把托架的面片模型的.asc格式文件导入至Geomagic Design X平台，调整托架模型的方向，使基准面与Geomagic Design X平台中的坐标系对正。通常，把托架模型的a面作为基准平面，通过手动调整该平面的位置，使之与平台的XOY平面重合。

[0021] （2）模型重构：对托架的面片模型划分必要领域，形成构建实体模型的基准面。基于基准面，利用采样点形成草绘图形，使用平台中的建模命令，比如拉伸、回转、放样、扫描等基础命令，实现逆向构建CAD模型。

[0022] 在重构的过程中，对托架的固定座与支撑臂之间的焊接部位，去除不规则面片，增加倒角等规则特征；对托架的不规则曲面部分，比如支撑臂的表面，需要基于大量采样点，构件标准曲面，偏移后形成实体模型。

[0023] （3）模型校核：校核CAD模型与面片模型重合度，要求两个模型表面偏移误差在3%以内，若误差过大，则重复（2），对模型进行修正，最终形成修正后的CAD模型。

[0024] （4）对CAD模型进行强度与质量分析，判断其是否满足设计要求。若不满足设计要求，根据分析结构，对支架模型进行再处理，重复分析，直至满足设计要求。

[0025] （5）模型处理：对满足强度托架CAD模型进行高精度特征处理，主要是对托架上的小结构或者后期需要加工的位置进行处理，避免因3D打印零件表面结构要求不满足装配要求。处理原则：对托架的CAD模型上直径小于8mm以下的孔或螺纹孔删除，大于等于8mm的孔的孔径减小，对大的加工面的位置，沿法向增加1mm，对小的加工面出特征填充，去除该位置的特征。

[0026] 例如：去除托架模型中的连接端出的滑槽12和倒角11，使连接端侧面为平面，并对该处的销孔13直径减小1‑2mm；对定位凸台4的端面和连接凸台6的端面，即待加工的a面，进行延伸处理，使高度比模型的高度高出1mm，并且对定位凸台4中心的定位孔孔径减小1‑2mm；去除螺纹固定架5处螺纹孔的内螺纹，并减小孔径1mm。

[0027] （6）在Geomagic Design X平台，把处理后的托架CAD模型导出为.stl格式文件，获得托架打印模型。

[0028] 第三阶段：托架3D打印（1）打印前，在金属3D打印机的内部工作平台上固定一块烘干的平面铜基板，并对基板进行预热，送粉器中放入钛基合金粉末，并调整送分速率在18g/min,保证粉末流和激光束的汇集效果。成型仓内置氩气环境，含氧量阈值500ppm，设置循环泵频率37Hz，激光功率340W，光斑直径30微米，激光扫描速度1250mm/s，扫描间距50μm，分层厚度50μm。

[0029] （2）3D打印：将.stl格式文件导入至模型分层平台，设置位置后，对打印模型进行分层设置，并传输至金属3D打印机。

[0030] （3）调整托架的角度，使a面与基板重合，并把模型置于基板中心位置，通过切片工具对模型进行成型工艺模拟，检查没问题后，开始打印，打印过程中密切观察，最后获得托架的钛基合金件。

[0031] 第四阶段：3D打印件的精加工对3D打印得到的托架零件，首先利用抛光工具进行表面处理，然后进行机加工。采用传统加工技术，对打印成型的托架进行高精度特征的精加工，加工位置第二阶段步骤4中设计的部位，包括加工面a面、孔以及螺纹等特征，最终得到与原有模型结构相同的托架零件。

[0032] 在上述加工流程中，金属3D打印为激光打印，其热源采用IPG‑YLS‑6000光纤激光器，其激光波长为1064nm，采用Precitec‑YC52打印头，金属粉末送粉器采用RC‑PGF‑D‑2型，数字控制系统采用四轴联动，还配置了惰性气体保护手套箱、恒温循环水冷铜基板以及氩气载气流系统等，该设备激光传输功率范围大、设备性能高，适用于金属材料、部分非金属材料激光熔覆、激光3D打印、复合材料制备等加工。

[0033] 完成托架的一体化成型。通常为了降低托架的质量，3D金属打印机采用SLM成型技术，选择性激光熔化，金属粉末为钛基合金材质，该种材质具有高的机械强度、低弹性模量、低密度、高耐蚀性和良好的生物相容性等优点。

[0034] 本发明的方法应用于复杂结构组件的逆向建模快速成型，通过扫描、CAD模型重构与设计、快速成型打印出最终的三维模型。