一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備與方法與流程

本發(fā)明涉及金屬絲材微束等離子3D打印設(shè)備，尤其涉及一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備與方法。

背景技術(shù)：

以微束等離子弧為熱源的金屬3D技術(shù)已經(jīng)收到人們的廣泛關(guān)注和深入研究，但是目前市場上出現(xiàn)的成熟的金屬微束等離子3D打印設(shè)備依然較少。

與市場上較為成熟的以激光為熱源的3D打印技術(shù)相比，微束等離子3D打印技術(shù)的出現(xiàn)極大降低了金屬3D的成本，同時提高了加工效率。微束等離子3D打印設(shè)備可以適用于大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的增材制造并且不會明顯增加加工成本，這是激光3D打印技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)等離子槍供材方式的不同可以將微束等離子3D打印技術(shù)分為噴粉式和弧外填絲式兩種。噴粉式等離子槍結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價較弧外填絲式昂貴，且較難精確控制供粉量；弧外填絲式等離子槍結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，缺點(diǎn)是精度較低，對于尺寸較小、表面形狀復(fù)雜的成型件。另一個關(guān)鍵的問題就是加工過程中仍然無法避免或者完全消除支撐結(jié)構(gòu)，這就造成了部分與支撐結(jié)構(gòu)相接觸的表面精度下降，也會造成一定的材料浪費(fèi)。由于存在上述技術(shù)難點(diǎn)，使得微束等離子3D打印設(shè)備的開發(fā)和普及依然存在諸多難點(diǎn)。

因此在微束等離子3D打印技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要提供一種造價較低同時滿足加工精度和效率，甚至可以盡量避免支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備與方法。本發(fā)明成型平面不再是固定的XY平面，增材的方向不再是單一的Z軸方向，可以實(shí)現(xiàn)空間任意方向的增材加工，并且成型平面的傾斜方向可調(diào)；本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)加工精度較低和加工過程中需添加支撐結(jié)構(gòu)等技術(shù)缺陷。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備，包括等離子槍15、等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)、中央控制系統(tǒng)6、導(dǎo)軌支撐架13、成型基臺14；所述等離子槍15由等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)搭載，等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)搭載等離子槍15在導(dǎo)軌支撐架13上運(yùn)動；所述成型基臺14為X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺，通過X-Y軸向旋轉(zhuǎn)以改變成型基臺平面的傾斜方向；

所述等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7、Z軸方向運(yùn)動控制器8、X軸方向運(yùn)動控制器9、X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10、Y軸方向運(yùn)動控制器11、Y軸方向固定導(dǎo)軌12；所述Y軸方向固定導(dǎo)軌12為兩條，并相對固定在導(dǎo)軌支撐架13頂部兩側(cè)；

所述X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10的兩端通過Y軸方向運(yùn)動控制器11安裝在Y軸方向固定導(dǎo)軌12上；X軸方向運(yùn)動控制器9安裝在X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10上；所述Z軸方向運(yùn)動控制器8一端安裝在X軸方向運(yùn)動控制器9上，另一端安裝在Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7上；

所述Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7和Z軸方向運(yùn)動控制器8組成了等離子槍15的Z軸方向驅(qū)動；

X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10和X軸方向運(yùn)動控制器9組成了等離子槍15的X軸方向驅(qū)動；

所述Y軸方向運(yùn)動控制器11和Y軸方向固定導(dǎo)軌12組成了等離子槍15的Y軸方向驅(qū)動。

所述X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺包括一個安裝在其下部的X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16，該成型基臺平面在X、Y方向的傾斜角度由X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16控制。

所述X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16，包括X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17、X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18和Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19；

所述X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17的其中兩個相對邊框，通過基座20的X向轉(zhuǎn)軸支撐；所述X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17的另外兩個相對邊框，通過支撐頂座21的Y向轉(zhuǎn)軸支撐；

所述X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18控制X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17繞X軸旋轉(zhuǎn)，Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19控制X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17繞Y軸旋轉(zhuǎn)。

所述X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18和Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19均可正反轉(zhuǎn)動，進(jìn)而改變型基臺平面在XY方向的傾斜角度。

該可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備還包括：金屬絲材送絲機(jī)4、金屬絲材存儲箱5、高壓保護(hù)氣瓶2、等離子槍冷水機(jī)3；所述金屬絲材送絲機(jī)4用于將金屬絲材以恒定速率輸送至等離子槍15的弧外填絲器內(nèi)；所述高壓保護(hù)氣瓶2用于加工過程中提供保護(hù)氣體，等離子槍冷水機(jī)3用于加工過程中冷卻等離子槍15。

中央控制系統(tǒng)6用于讀取路徑信息文件，并控制等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及等離子加工作業(yè)。

本發(fā)明可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備的運(yùn)行方法如下：

步驟一：將處理好的加工數(shù)據(jù)導(dǎo)入中央控制系統(tǒng)6，并設(shè)置好相關(guān)加工參數(shù)；

步驟二：啟動等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)，調(diào)整等離子槍15和X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺14，使其位于初始狀態(tài)；

步驟三：等離子槍15在中央控制系統(tǒng)6的控制下，按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)動方向，并產(chǎn)生出微束等離子弧，金屬絲材經(jīng)過金屬絲材存儲箱5、金屬絲材送絲機(jī)4和弧外填絲器并以設(shè)定速率送入微束等離子弧內(nèi)熔化堆積在X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺的成型平面上；

步驟四：根據(jù)成型件外形特點(diǎn)，調(diào)整X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺的傾斜角度；

步驟五：當(dāng)成型件第一層截面加工完畢后，重復(fù)步驟二至步驟四，直至成型件加工完畢。

步驟三所述預(yù)定規(guī)律運(yùn)動方向包括X、Y、Z三個方向。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

本發(fā)明成型平面不再是固定的XY平面，增材的方向不再是單一的Z軸方向，原理上可以實(shí)現(xiàn)空間任意方向的增材加工。

本發(fā)明通過調(diào)整成型平面的傾斜方向，可以實(shí)現(xiàn)最佳角度加工金屬成型件，可以使金屬成型件的輪廓更加精確，降低表面粗糙度和避免成型缺陷。

本發(fā)明通過調(diào)整成型平面的傾斜方向，改變增材方向，可以使金屬成型件上原本傾斜角度較大區(qū)域的位置得到調(diào)整，在不降低成型效果的基礎(chǔ)上可以減少或者完全消除支撐結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡單，成本相對于激光或電子束3D打印設(shè)備低。

本發(fā)明與傳統(tǒng)的供粉方式相比，供絲量可以實(shí)現(xiàn)精確控制，避免材料浪費(fèi)和環(huán)境污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明局部立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式成型平臺局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明成型基臺、等離子槍及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)初始狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

實(shí)施例

如圖1至4所示。本發(fā)明公開了一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備，包括等離子槍15、等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)、中央控制系統(tǒng)6、導(dǎo)軌支撐架13、成型基臺14；所述等離子槍15由等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)搭載，等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)搭載等離子槍15在導(dǎo)軌支撐架13上運(yùn)動；所述成型基臺14為X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺，通過X-Y軸向旋轉(zhuǎn)以改變成型基臺平面的傾斜方向；

所述等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7、Z軸方向運(yùn)動控制器8、X軸方向運(yùn)動控制器9、X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10、Y軸方向運(yùn)動控制器11、Y軸方向固定導(dǎo)軌12；所述Y軸方向固定導(dǎo)軌12為兩條，并相對固定在導(dǎo)軌支撐架13頂部兩側(cè)；

所述X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10的兩端通過Y軸方向運(yùn)動控制器11安裝在Y軸方向固定導(dǎo)軌12上；X軸方向運(yùn)動控制器9安裝在X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10上；所述Z軸方向運(yùn)動控制器8一端安裝在X軸方向運(yùn)動控制器9上，另一端安裝在Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7上；

所述Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7和Z軸方向運(yùn)動控制器8組成了等離子槍15的Z軸方向(往復(fù))驅(qū)動；

X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10和X軸方向運(yùn)動控制器9組成了等離子槍15的X軸方向(往復(fù))驅(qū)動；

所述Y軸方向運(yùn)動控制器11和Y軸方向固定導(dǎo)軌12組成了等離子槍15的Y軸方向(往復(fù))驅(qū)動。

所述X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺包括一個安裝在其下部的X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16，該成型基臺平面在X、Y方向的傾斜角度由X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16控制。

所述X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16，包括X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17、X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18和Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19；

所述X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17的其中兩個相對邊框，通過基座20的X向轉(zhuǎn)軸支撐；所述X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17的另外兩個相對邊框，通過支撐頂座21的Y向轉(zhuǎn)軸支撐；

所述X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18控制X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17繞X軸旋轉(zhuǎn)，Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19控制X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17繞Y軸旋轉(zhuǎn)。

所述X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18和Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19均可正反轉(zhuǎn)動，進(jìn)而改變型基臺平面在XY方向的傾斜角度。

該可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備還包括：金屬絲材送絲機(jī)4、金屬絲材存儲箱5、高壓保護(hù)氣瓶2、等離子槍冷水機(jī)3；所述金屬絲材送絲機(jī)4用于將金屬絲材以恒定速率輸送至等離子槍15的弧外填絲器內(nèi)；所述高壓保護(hù)氣瓶2用于加工過程中提供保護(hù)氣體(用于保護(hù)和壓縮等離子弧)，等離子槍冷水機(jī)3用于加工過程中冷卻等離子槍15。

中央控制系統(tǒng)6用于讀取路徑信息文件，并控制等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及等離子加工作業(yè)。

本發(fā)明可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備的運(yùn)行方法如下：

步驟一：將處理好的加工數(shù)據(jù)導(dǎo)入中央控制系統(tǒng)6，并設(shè)置好相關(guān)加工參數(shù)；

步驟二：啟動等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)，調(diào)整等離子槍15和X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺14，使其位于初始狀態(tài)；

步驟三：等離子槍15在中央控制系統(tǒng)6的控制下，按照預(yù)定規(guī)律運(yùn)動方向，并產(chǎn)生出微束等離子弧，金屬絲材經(jīng)過金屬絲材存儲箱5、金屬絲材送絲機(jī)4和弧外填絲器并以設(shè)定速率送入微束等離子弧內(nèi)熔化堆積在X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺的成型平面上；

步驟四：根據(jù)成型件外形特點(diǎn)，調(diào)整X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺的傾斜角度；

步驟五：當(dāng)成型件第一層截面加工完畢后，重復(fù)步驟二至步驟四，直至成型件加工完畢。

步驟三所述預(yù)定規(guī)律運(yùn)動方向包括X、Y、Z三個方向。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。