【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于快速成型
,尤其是涉及一种等离子熔覆直接制造3D打印设备及方法。
技术介绍
3D打印,学界称为增材制造(Additive Manufacturing,AM),是利用计算机设计数据采用材料逐层堆积的方法制造实体物品的技术。该技术始于20世纪80年代的快速成型技术,具有三个方面的特征:一是制造技术的重大飞跃。3D打印是数字化技术与制造技术融合催生的一项新兴数字化制造技术;二是制造工艺的深刻变革。3D打印改变了传统切削加工模式,大大减少了加工工序,可以明显缩短新产品的开发成本与周期;三是制造模式的重要突破。3D打印技术对结构复杂、难加工的产品可以实现个性化、定制生产,从而可能改变传统的大规模批量生产方式,带来制造模式的重要突破。目前,国内外金属零件快速成型技术主要是选区激光熔化快速成型技术(Selective laser melting,SLM)。如专利号为US7047098的美国专利“PROCESS AND DEVICE FOR PRODUCING A SHAPED BODY BY SELECTIVE LASER MELTING”详细描述了一种利用三维数字模型制造致密零件的选区激光熔化成形方法及其设备。公开号为CN1603031A的中国专利技术专利“一种金属零件选区激光熔化快速成型方法及其装置”公开了一种金属零件选区激光熔化快速成型方法及其装置。该装置包括半导体泵浦YAG激光器或光纤激光器、光束聚焦系统、成型件缸和粉末缸,半导体泵浦YAG激光器或光纤激光器与光束聚焦系统相连接,并聚焦扫描于成型件缸,成型件缸通过铺粉滚筒与粉末缸相连接,铺粉 ...
【技术保护点】
一种等离子熔覆直接制造3D打印设备,其特征在于:由监控系统、等离子束流加工系统和供待打印工件(3)放置的水平打印台(4)组成;所述等离子束流加工系统包括多个等离子束流加工装置,多个所述等离子束流加工装置的结构均相同;每个所述等离子束流加工装置均由安装有喷头且用于产生等离子束的等离子体发生器、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置(1)、用于连续向所述等离子体发生器产生的所述等离子束内送入打印材料的送粉装置和对打印位置进行调整的打印位置调整装置组成,所述等离子体发生器和所述送粉装置均位于水平打印台(4)上方,所述送粉装置位于所述等离子体发生器一侧;所述供气装置(1)通过供气管(5)与所述等离子体发生器上所开的进气口连接;所述送粉装置的送粉口位于所述喷头的出口下方且其位于所述等离子束的中心轴线上;所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发生器与所述送粉装置同步在水平面上进行移动的水平移动装置和带动所述等离子体发生器、所述送粉装置与所述水平移动装置同步移动并相应对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节的打印距离调节装置,所述等离子体发生器和所述送粉装置均安装在所述水平移动装置 ...
【技术特征摘要】
1.一种等离子熔覆直接制造3D打印设备,其特征在于:由监控系统、等离子束流加工系统和供待打印工件(3)放置的水平打印台(4)组成;所述等离子束流加工系统包括多个等离子束流加工装置,多个所述等离子束流加工装置的结构均相同;每个所述等离子束流加工装置均由安装有喷头且用于产生等离子束的等离子体发生器、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置(1)、用于连续向所述等离子体发生器产生的所述等离子束内送入打印材料的送粉装置和对打印位置进行调整的打印位置调整装置组成,所述等离子体发生器和所述送粉装置均位于水平打印台(4)上方,所述送粉装置位于所述等离子体发生器一侧;所述供气装置(1)通过供气管(5)与所述等离子体发生器上所开的进气口连接;所述送粉装置的送粉口位于所述喷头的出口下方且其位于所述等离子束的中心轴线上;所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发生器与所述送粉装置同步在水平面上进行移动的水平移动装置和带动所述等离子体发生器、所述送粉装置与所述水平移动装置同步移动并相应对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节的打印距离调节装置,所述等离子体发生器和所述送粉装置均安装在所述水平移动装置上,且所述水平移动装置安装在所述打印距离调节装置上;所述监控系统包括多个分别对所述等离子束流加工装置进行监控的等离子束流加工监控装置(30),所述等离子束流加工监控装置(30)的数量与所述等离子束流加工系统中所包括等离子束流加工装置的数量相同,多个所述等离子束流加工监控装置(30)分别与多个所述等离子束流加工装置连接;所述等离子束流加工监控装置(30)的结构均相同;每个所述等离子束流加工监控装置(30)均包括对所监控等离子束流加工装置在待打印工件(3)上的打印位置处温度进行实时检测的温度检测单元(9)、对所述水平移动装置进行控制的水平移动控制器(24)、
\t对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行实时检测的距离检测单元(8)和对所述打印距离调节装置进行控制的打印距离调节控制器(10),所述距离检测单元(8)与打印距离调节控制器(10)连接,所述水平移动控制器(24)与所述水平移动装置连接,所述打印距离调节控制器(10)与所述打印距离调节装置连接;所述温度检测单元(9)与打印距离调节控制器(10)连接且二者组成所监控等离子束流加工装置的温度调控装置。2.按照权利要求1所述的一种等离子熔覆直接制造3D打印设备,其特征在于:所述等离子体发生器产生的等离子束的中心轴线与竖直面之间的夹角不大于45°;所述打印距离调节装置为沿所述等离子束的中心轴线对所述喷头进行上下调整的上下调整装置(17),所述距离检测单元(8)为对沿所述等离子束的中心轴线从所述喷头的出口到水平打印台(4)之间的距离进行实时检测的距离检测装置;所述水平打印台(4)为安装在打印台位置调整装置上且能上下移动的移动平台;所述监控系统还包括对所述打印台位置调整装置进行控制的位置调整控制器(15),所述位置调整控制器(15)与所述打印台位置调整装置连接。3.按照权利要求1或2所述的一种等离子熔覆直接制造3D打印设备,其特征在于:所述等离子体发生器包括等离子枪(13),所述喷头为等离子枪(13)前端的阳极喷嘴(13-2);所述等离子枪(13)包括开有所述进气口的枪体(13-1)、位于枪体(13-1)正前方的阳极喷嘴(13-2)和插装于枪体(13-1)内的阴极(13-3),所述阳极喷嘴(13-2)位于阴极(13-3)前侧,所述放电室(13-4)位于阴极(13-3)前侧且其位于阳极喷嘴(13-2)的后部内侧,所述阳极喷嘴(13-2)的前部内侧为喷口(13-5);
\t所述阳极喷嘴(13-2)、阴极(13-3)和放电室(13-4)均与枪体(13-1)呈同轴布设;所述进气口位于枪体(13-1)后侧,所述喷口(13-5)与枪体(13-1)呈同轴布设或与所述枪体(13-1)中心轴线之间的夹角为30°~45°。4.按照权利要求1或2所述的一种等离子熔覆直接制造3D打印设备,其特征在于:所述送粉装置包括送粉器(2)和送粉嘴(6),所述送粉装置的送粉口为送粉嘴(6)的出粉口;所述送粉器(2)包括开有进料口与送粉出口的外壳和安装在所述外壳内的送粉轮,所述送粉轮由驱动电机(14)进行驱动;所述送粉出口与送粉嘴(6)的进粉口连接;每个所述等离子束流加工监控装置(30)均还包括对所述等离子体发生器进行控制的等离子发生控制器(7)、对供气管(5)的气体流量进行实时检测的气体流量检测单元(11)、对供气管(5)上安装的流量调节阀(19)进行控制的气体流量控制器(12)、对所述送粉装置的送粉流量进行实时检测的粉末流量检测单元(18)和对驱动电机(19)进行控制的送粉流量控制器(20),所述粉末流量检测单元(18)与送粉流量控制器(20)连接;所述等离子发生控制器(7)与所述等离子体发生器连接,所述气体流量检测单元(11)与气体流量控制器(12)连接。5.按照权利要求1或2所述的一种等离子熔覆直接制造3D打印设备,其特征在于:所述水平打印台(4)的数量为多个,多个所述水平打印台(4)分别为供多个待打印工件(3)打印的打印平台且其均位于同一水平面上;每个所述水平打印台(4)底部均安装有电动行走机构(29),多个所述打印平台均位于所述等离子束流加工系统下方,且多个所述打印平台中位于所述等离子束流加工系统正下方的打印平台为待控制平台;所述监控系统还包括对多个所述打印平台的电动行走机构(29)分别进行控制的行走控制器(26)和多个分别对多个所述打印平台的行走位置
\t进行实时检测的行走位置检测单元(27),所述位置调整控制器(15)对多个所述打印平台的所述打印台位置调整装置分别进行控制;多个所述打印平台的电动行走机构(29)和多个所述行走位置检测单元(27)均与行走控制器(26)连接,多个所述打印平台的所述打印台位置调整装置均与位置调整控制器(15)连接。6.按照权利要求5所述的一种等离子熔覆直接制造3D打印设备,其特征在于:还包括一个供多个所述打印平台的电动行走机构(29)行走的行走轨道,多个所述打印平台的电动行走机构(29)均位于所述行走轨道上,所述电动行走机构(29)为带动所述打印平台沿所述行走轨道进行前后移动的行走机构;多个所述打印平台的水平打印台(4)沿所述行走轨道的长度方向由前至后进行布设。7.一种利用如权利要求1所述3D打印设备对待打印工件进行3D打印的方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一、待打印工件三维立体模型获取及分层切片处理:采用数据处理设备且调用图像处理模块获取待打印工件(3)的三维立体模型,再调用分层切片模块对待打印工件(3)的三维立体模型进行分层切片,并获得多个分层截面图像;多个所述分层截面图像为对待打印工件(3)的三维立体模型进行分层切片后获得多个分层截面的图像,多个所述分层截面由下至上均匀布设;所述待打印工件(3)的每个所述分层截面均划分为多个分别由多个所述等离子束流加工装置进行打印的打印区;步骤二、扫描路径填充:采用数据处理设备且调用所述图像处理模块,对步骤一中多个所述分层截面图像分别进行处理,并完成多个所述分层截面的扫描路径填充过程,获得多个所述分层截面的扫描路径;每个所述分层截面的扫描路径均包括该分层截面上的多个所述打印
\t区的扫描路径;步骤三、打印路径获取:所述数据处理设备根据步骤二中获得的多个所述分层截面的扫描路径,获得多个所述分层截面的打印路径;每个所述分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同,且每个所述分层截面的打印路径均包括该分层截面上的多个所述打印区的打印路径;步骤四、由下至上逐层打印:根据步骤三中获得的多个所述分层截面的打印路径,由下至上逐层对待打印工件(3)进行打印,获得由多个成型层由下至上堆叠而成的工件成品;所述成型层的数量与步骤一中所述分层截面的数量相同,多个所述成型层的布设位置分别与多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同,所述成型层的层厚与相邻两个所述分层截面之间的距离相同,步骤三中多个所述分层截面的打印路径分别为多个所述成型层的打印路径;对待打印工件(3)进行打印时,过程如下:步骤401、底层打印:根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径,采用所述等离子束流加工系统对待打印工件(3)的当前所打印成型层进行打印;采用所述等离子束流加工系统对当前所打印成型层进行打印时,采用多个所述等离子束流加工装置同步对当前所打印成型层的多个所述打印区分别进行打印;多个所述等离子束流加工装置的打印方法均相同;采用任一个所述等离子束流加工装置对当前所打印成型层的一个所述打印区进行打印时,该等离子束流加工装置的水平移动控制器(24)根据步骤三中所获取的当前所打印成型层中该打印区的打印路径,对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器与所述送粉装置同步在水平面上进行移动;所述等离子体发生器与所述送粉装置同步在水平面上移动过程中,该等离子束流加工装置将内带熔融液流的等离子束流连续喷至水平打印台(4)上;待熔融液流均凝固后,完成当前所打印成型层的打印过程;本步骤中,当前所打印成型层为多个所述成型层中位于最底部的成型
\t层;步骤402、上一层打印,包括以下步骤:步骤4021、水平打印台下移:将水平打印台(4)在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同;步骤4022、打印及同步温控:根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径,采用所述等离子束流加工系统对待打印工件(3)的当前所打印成型层进行打印;采用所述等离子束流加工系统对当前所打印成型层进行打印时,采用多个所述等离子束流加工装置同步对当前所打印成型层的多个所述打印区分别进行打印;多个所述等离子束流加工装置的打印方法均相同;采用任一个所述等离子束流加工装置对当前所打印成型层的一个所述打印区进行打印时,该等离子束流加工装置的水平移动控制器(24)根据步骤三中所获取的当前所打印成型层中该打印区的打印路径,对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器与所述送粉装置同步在水平面上进行移动;所述等离子体发生器与所述送粉装置同步在水平面上移动过...
【专利技术属性】
技术研发人员:华云峰,
申请(专利权)人:中研智能装备有限公司,
类型:发明
国别省市:河北;13
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