【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于快速成型
，尤其是涉及一种轧辊等离子3D打印设备及3D打印方法。
技术介绍
轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。轧辊主要包括芯部(也称辊芯，包括辊轴和辊颈)和同轴布设在芯部外侧的辊身外层(也称外层或工作层)。复合轧辊的辊身外层和芯部用不同材质制作，两种材质之间为冶金结合，辊身外层为工作层且其外表面为辊面，轧辊既能满足轧机对辊身耐磨性、抗热疲劳等性能的要求，同时又保证了芯部和辊颈的强韧性。复合轧辊的辊身外层和芯部材质主要根据轧辊所在机架对其使用性能的具体要求选定。常用的复合轧辊的辊身外层材料有冷硬铸铁、无界冷硬铸铁、球墨铸铁、高铬铸铁、合金钢、半钢、高铬钢、高速钢、硬质合金等；芯部常用材料为灰铸铁、球墨铸铁、铸钢、锻钢。目前，国内外制造轧辊(尤其是复合轧辊)主要采用的是离心铸造方法。如1993年3月31日公开的公开号为CN1070433A的专利技术专利“轧辊外层材料和离心铸造的复合轧辊”中公开了一种采用普通铸铁或锻造铁质作为轴芯进行离心铸造制造复合轧辊的方法，2012年8月1日公开的公开号为CN102615107A的专利技术专利“高硫合金离心复合球墨铸铁轧辊及其制造方法”中公开了一种复合高硫球墨铸铁轧辊的离心铸造方法，2010年1月13日公开号为CN101623751A的专利技术专...
【技术保护点】
一种轧辊等离子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成型轧辊放置的水平打印台组成，所述待成型轧辊包括辊芯(3‑1)和布设在辊芯(3‑1)中部外侧的辊身外层(3‑2)，辊身外层(3‑2)与辊芯(3‑1)呈同轴布设；所述水平打印台包括水平支撑机构(16)和固定安装在水平支撑机构(16)上且带动辊芯(3‑1)绕其中心轴线进行旋转的水平旋转机构(4)，所述水平旋转机构(4)位于水平支撑机构(16)上方，所述辊芯(3‑1)呈水平布设且其安装于水平旋转机构(4)上；所述等离子束流加工系统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旋转机构(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...
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种轧辊等离子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成型轧辊放置的水平打印台组成，所述待成型轧辊包
括辊芯(3-1)和布设在辊芯(3-1)中部外侧的辊身外层(3-2)，辊身
外层(3-2)与辊芯(3-1)呈同轴布设；所述水平打印台包括水平支撑机
构(16)和固定安装在水平支撑机构(16)上且带动辊芯(3-1)绕其中
心轴线进行旋转的水平旋转机构(4)，所述水平旋转机构(4)位于水平
支撑机构(16)上方，所述辊芯(3-1)呈水平布设且其安装于水平旋转
机构(4)上；
所述等离子束流加工系统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旋转机构(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辊芯(3-1)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；
所述监控系统包括对所述水平移动装置进行控制的水平移动控制器
(24)、对辊身外层(3-2)的外表面温度进行实时检测的温度检测单元
(9)、对所述喷头的出口与辊芯(3-1)之间的距离进行实时检测的距离
检测单元(8)、对所述打印距离调节装置进行控制的打印距离调节控制
\t器(10)对辊芯(3-1)的旋转角度进行实时检测的旋转角度检测单元(26)
和对水平旋转机构(4)进行控制的旋转控制器(15)，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)和距离检测单元(8)
均与打印距离调节控制器(10)连接；所述温度检测单元(9)与打印距
离调节控制器(10)组成温度调控装置；所述旋转角度检测单元(26)与
旋转控制器(15)连接。
2.按照权利要求1所述的一种轧辊等离子3D打印设备，其特征在于：
所述监控系统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)
和对供气管(5)上安装的流量调节阀(19)进行控制的气体流量控制器
(12)，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。
3.按照权利要求1或2所述的一种轧辊等离子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)；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所述的一种轧辊等离子3D打印设备，其特征
\t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；
所述监控系统还包括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(14)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。
5.按照权利要求1或2所述的一种轧辊等离子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辊芯(3-1)之间的距
离进行实时检测的距离检测装置。
6.按照权利要求1或2所述的一种轧辊等离子3D打印设备，其特征
在于：所述水平旋转机构(4)包括左右两个均固定安装在水平支撑机构
(16)上的旋转支撑座(4-1)和带动辊芯(3-1)进行旋转的旋转驱动机
构(4-2)，所述辊芯(3-1)的两端分别安装在两个所述旋转支撑座(4-1)
上且其两端与两个所述旋转支撑座(4-1)之间均通过轴承进行连接；所
述旋转驱动机构(4-2)为电动旋转驱动机构且其与辊芯(3-1)进行传动
连接，所述旋转驱动机构(4-2)由旋转控制器(27)进行控制且其与水
平旋转机构(4)连接；
所述水平支撑机构(16)为固定式支撑结构或能上下移动的移动平台。
7.一种利用如权利要求1所述等离子3D打印设备对轧辊进行3D打印
的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、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成型轧辊的辊身外层(3-2)的三维立体模型，再
调用分层切片模块对辊身外层(3-2)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辊身外层(3-2)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内至外均匀布
设；
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；
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；
步骤四、由内至外逐层打印：先将预先加工成型的待成型轧辊的辊芯
(3-1)安装于水平旋转机构(4)上，再根据步骤三中获得的多个所述分
层截面的打印路径，在辊芯(3-1)上由内至外逐层对辊身外层(3-2)进
行打印，获得由多个成型层由内至外堆叠而成的辊身外层(3-2)；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；对辊身外层
(3-2)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，通过旋转控制器(15)控制水平旋转机构(4)带动辊芯(3-1)
绕其中心轴线进行旋转，且辊芯(3-1)旋转过程中，所述水平移动控制
器(24)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
\t同步在水平面上移动过程中，所述等离子束流加工系统将内带熔融液流的
等离子束流连续喷至辊芯(3-1)的外表面上；待辊芯(3-1)旋转一周且
所述等离子束流加工系统所喷熔融液滴均凝固后，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内侧的成型
技术研发人员：华云峰，程国君，郝勇，魏志宇，
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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