一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法技术

本发明专利技术公开了一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法，包括:成型设备驱动机构、金属送丝机构、水冷机、高压Ar保护气瓶、中央控制系统、换刀装置、冷却液系统等。成型装置驱动机构包括Z方向移动导轨、用于搭载铣刀的铣削机械臂、用于搭载冷金属焊枪的焊接机械臂、Y方向控制器、设置在导轨支撑架上的Y方向移动导轨、X方向移动导轨、X方向控制器、Z方向控制器；3D打印机基座上设有变位器；本设备冷金属焊枪实现增材制造，相比于以激光为热源的3D打印机，提高零件生产效率；同时用铣刀铣削焊接加工的表面，大大地提高了零件的表面质量。

Composite material and 3D printing equipment and method for CMT and multi axis numerical control machine tool

The invention discloses a CMT and multi axis NC machine tool or the composite materials of 3D printing equipment and method, including: forming equipment driving mechanism, metal wire feeder, water cooling machine, high pressure Ar protection cylinder, central control system, change the knife device, cooling system etc.. The driving mechanism comprises a forming device for Z direction guide, equipped with milling mechanical arm, used for carrying cold metal welding torch welding robot, Y controller, set the direction of moving in the Y direction on the support rails, X direction guide, X controller, Z controller to the direction of the base is provided with a variable 3D printer; a device; the equipment of cold metal welding torch to achieve additive manufacturing, compared to the 3D laser printer, improve parts production efficiency; at the same time with the milling welding surface, greatly improves the surface quality of the parts.

【技术实现步骤摘要】
一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法
本专利技术涉及3D打印技术，尤其涉及一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法。
技术介绍
冷金属过渡焊接技术简称CMT，它是一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。该设备极大的提高了焊接的生产能力，并可有效保证被焊件的焊接质量。但是对于一些形状复杂，表面精度要求较高的零件，单纯的冷金属过渡焊接就很难实现。所以需要加入另外的装置保证工件加工表面的质量。从2004年Fronius公司提出冷金属过渡起，经过十几年的发展，冷金属过渡技术逐渐引起人们的关注，市面上的冷金属焊接设备也不断的增多，但是目前市场上还没有成熟的基于CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备。与传统的激光焊接3D打印设备相比，采用以CMT为热源的3D打印机能大大的降低生产成本，提高工件的生产效率。而且这种3D打印设备还能适用于加工尺寸较大，形状复杂的工件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备与方法。本专利技术克服了传统打印精度不高，生产效率低，打印尺寸较小等问题，同时尽量减少支撑结构的存在。本专利技术通过下述技术方案实现：一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、中央控制系统6、3D打印机基座16；3D打印机基座16上设有变位器33；所述成型装置驱动机构1包括Z方向移动导轨9、用于搭载铣刀17的铣削机械臂10、用于搭载冷金属焊枪15的焊接机械臂11、Y方向控制器13、设置在导轨支撑架14上的Y方向移动导轨12、X方向移动导轨19、X方向控制器20、Z方向控制器21；Y方向移动导轨12与Y方向控制器13共同形成了一个Y方向移动机构，其中Y方向控制器13固定在X方向移动导轨19上，可驱动X方向移动导轨19沿Y方向做往复直线运动；X方向移动导轨19与X方向控制器20共同形成了一个X方向移动机构，其中X方向控制器20与Z方向控制器21固连，X方向移动导轨19与X方向控制器20可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿X方向做往复直线运动；Z方向移动导轨9与Z方向控制器21共同形成了一个Z方向移动机构，Z方向移动导轨9与铣削机械臂10、焊接机械臂11固连，故Z方向移动导轨9与Z方向控制器21可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿Z方向做往复直线运动。所述变位器33包括变位器支撑臂结构22、转动平台23、X转动架24；X转动架24为待加工零件的成型基台；所述转动平台23通过转轴25可转动连接在变位器支撑臂结构22上，X转动架24安装在转动平台23的中部；X转动架24可绕X轴做-90°至90°的旋转运动；转动平台23可绕转轴25做360°方向的旋转运动。所述焊接机械臂11用于安装冷金属焊枪15；冷金属焊枪15的金属丝材由金属送丝机构2及金属丝材存储箱3提供；铣削机械臂10用于安装铣刀17及其刀架18。所述刀架18还连接有一冷却液系统7，用于在铣削过程中给铣刀17降温；所述冷金属焊枪15还连接有一水冷机4，用以在焊接过程中冷却过热的焊枪喷头；密封成型室还连接有一个高压Ar保护气瓶5，用于在作业过程中给密封成型室内提供保护气体，防止过热的工件与空气中的氧气发生氧化反应，导致工件的加工质量变差；密封成型室内还设有一换刀装置8，用于更换不同型号的铣刀17。所述中央控制系统6与成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、冷却液系统7、换刀装置8相联接，控制相互之间协同有序的作业。所述CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备的运行方法，包括如下步骤：(1)、将待加工的工件三维模型文件导入中央控制系统6；并设置好各项参数；(2)、密封成型室内通保护气；中央控制系统6控制成型装置驱动机构1、冷金属焊枪15、铣刀17与变位器33工作台的相对位置，使它们处于待命状态；(3)、中央控制系统6控制冷金属焊枪15达到预订的工作位置，然后与金属送丝机构2协同作业，将丝材按恒定的速度送入冷金属焊枪15的喷头内，喷头与变位器协同运动加工零件；(4)、当零件成型层数达到预订层数时，冷金属焊枪15回到初始位置，铣刀17运动到预订位置，对已加工零件做机械加工，使其达到预订的加工精度和表面质量；(5)、如此重复步骤3、步骤4，直到零件全部加工完成，并达到要求的加工精度和表面质量。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：1.3D打印机基座上设有变位器；通过两个旋转自由度的平台，加上成型驱动机构的X、Y、Z轴移动自由度，可实现空间任意位置的加工。2.通过旋转成型平台，可以调整工件与焊枪或铣刀的最佳角度，尽可能地提高加工质量，同时还可以尽可能地减少或避免支撑结构的存在。3.拥有两个Z轴移动臂，其中之一接冷金属焊枪，另一个接铣刀。冷金属焊枪实现增材制造，这相比于传统的激光加工，提高了加工的效率，减小加工成本；铣刀实现减材制造，主要处理焊枪加工过的零件，可以提高零件的加工精度。4.与采用传统送粉方式加工零件的3D打印机相比，本复合加工3D打印装备采用送丝结构可以避免材料的浪费和环境的污染。附图说明图1为本专利技术CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备结构总示意图。图2为图1局部结构示意图。图3为图2变位器结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。实施例如图1至3所示。本专利技术公开了一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构1、金属送丝机构2、中央控制系统6、3D打印机基座16；3D打印机基座16上设有变位器33；所述成型装置驱动机构1包括Z方向移动导轨9、用于搭载铣刀17的铣削机械臂10、用于搭载冷金属焊枪15的焊接机械臂11、Y方向控制器13、设置在导轨支撑架14上的Y方向移动导轨12、X方向移动导轨19、X方向控制器20、Z方向控制器21；Y方向移动导轨12与Y方向控制器13共同形成了一个Y方向移动机构，其中Y方向控制器13固定在X方向移动导轨19上，可驱动X方向移动导轨19沿Y方向做往复直线运动；X方向移动导轨19与X方向控制器20共同形成了一个X方向移动机构，其中X方向控制器20与Z方向控制器21固连，X方向移动导轨19与X方向控制器20可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿X方向做往复直线运动；Z方向移动导轨9与Z方向控制器21共同形成了一个Z方向移动机构，Z方向移动导轨9与铣削机械臂10、焊接机械臂11固连，故Z方向移动导轨9与Z方向控制器21可驱动铣削机械臂10、焊接机械臂11沿Z方向做往复直线运动。所述变位器33包括变位器支撑臂结构22、转动平台23、X转动架24；X转动架24为待加工零件的成型基台；所述转动平台23通过转轴25可转动连接在变位器支撑臂结构22上，X转动架24安装在转动平台23的中部；X转动架24可绕X轴做-90°至90°的旋转运动；转动平台23可绕转轴25做360°方向的旋转运动。所述焊接机械臂11用于安装冷金属焊枪15；冷金属焊枪15的金属丝材由金属送丝机构2及金属丝材存储箱3提供；铣削机械臂10用于安装铣刀17及其刀架18。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构(1)、金属送丝机构(2)、中央控制系统(6)、3D打印机基座(16)；其特征在于：3D打印机基座(16)上设有变位器(33)；所述成型装置驱动机构(1)包括Z方向移动导轨(9)、用于搭载铣刀(17)的铣削机械臂(10)、用于搭载冷金属焊枪(15)的焊接机械臂(11)、Y方向控制器(13)、设置在导轨支撑架(14)上的Y方向移动导轨(12)、X方向移动导轨(19)、X方向控制器(20)、Z方向控制器(21)；Y方向移动导轨(12)与Y方向控制器(13)共同形成了一个Y方向移动机构，其中Y方向控制器(13)固定在X方向移动导轨(19)上，可驱动X方向移动导轨(19)沿Y方向做往复直线运动；X方向移动导轨(19)与X方向控制器(20)共同形成了一个X方向移动机构，其中X方向控制器(20)与Z方向控制器(21)固连，X方向移动导轨(19)与X方向控制器(20)可驱动铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)沿X方向做往复直线运动；Z方向移动导轨(9)与Z方向控制器(21)共同形成了一个Z方向移动机构，Z方向移动导轨(9)与铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)固连，故Z方向移动导轨(9)与Z方向控制器(21)可驱动铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)沿Z方向做往复直线运动。...

【技术特征摘要】
1.一种CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，包括置于密封成型室内的成型装置驱动机构(1)、金属送丝机构(2)、中央控制系统(6)、3D打印机基座(16)；其特征在于：3D打印机基座(16)上设有变位器(33)；所述成型装置驱动机构(1)包括Z方向移动导轨(9)、用于搭载铣刀(17)的铣削机械臂(10)、用于搭载冷金属焊枪(15)的焊接机械臂(11)、Y方向控制器(13)、设置在导轨支撑架(14)上的Y方向移动导轨(12)、X方向移动导轨(19)、X方向控制器(20)、Z方向控制器(21)；Y方向移动导轨(12)与Y方向控制器(13)共同形成了一个Y方向移动机构，其中Y方向控制器(13)固定在X方向移动导轨(19)上，可驱动X方向移动导轨(19)沿Y方向做往复直线运动；X方向移动导轨(19)与X方向控制器(20)共同形成了一个X方向移动机构，其中X方向控制器(20)与Z方向控制器(21)固连，X方向移动导轨(19)与X方向控制器(20)可驱动铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)沿X方向做往复直线运动；Z方向移动导轨(9)与Z方向控制器(21)共同形成了一个Z方向移动机构，Z方向移动导轨(9)与铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)固连，故Z方向移动导轨(9)与Z方向控制器(21)可驱动铣削机械臂(10)、焊接机械臂(11)沿Z方向做往复直线运动。2.根据权利要求1所述CMT和多轴数控机床的增减材复合3D打印装备，其特征在于：所述变位器(33)包括变位器支撑臂结构(22)、转动平台(23)、X转动架(24)；X转动架(24)为待加工零件的成型基台；所述转动平台(23)通过转轴(25)可转动连接在变位器支撑臂结构(22)上，X转动架(24)安装在转动平台(23)的中部；X转动架(24)可绕X轴做-90°至90°的旋转运动；转动平台(23)可绕转轴(25)做360°方向的旋转运动。3.根据权利要求2所述CMT和多轴数控机床的增...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，周权，白玉超，李阳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44