一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型方法与装置，包括机架、控制器、升降式工作箱和x、y轴联动导轨，机架侧部固设有控制器，机架底部和顶部分别设有升降式工作箱和x、y轴联动导轨，其还包括层流等离子体发生装置、铺粉装置和送粉装置，等离子体发生装置设在x、y轴联动导轨上，金属粉末回收系统设在机架底部，送粉装置固设在机架上，铺粉装置设在送粉装置的下方，且可在工作箱上水平或纵向移动，该方法包括步骤：待成型零件排版与切片；切片文件导入打印装置；设置打印参数；打印装置初始化；根据零件轮廓扫描烧结金属粉末形成零件轮廓；重复上步至打印完成；回收残余粉末；本发明专利技术具有高精度、高效率、节省打印材料等优点。

Metal 3D printing forming method and device based on laminar plasma jet

The invention provides a metal 3D printing forming method and device based on laminar plasma jet, including a frame, a controller, a lifting working box and an X-axis and y-axis linkage guide rail, a controller is fixed at the side of the frame, a lifting working box and an X-axis and y-axis linkage guide rail are respectively arranged at the bottom and the top of the frame, and laminar flow ionization is also included. A daughter body generating device, a powder spreading device and a powder feeding device, a plasma generating device arranged on an X-axis and a Y-axis linkage guide rail, a metal powder recovery system arranged at the bottom of the rack, a powder feeding device fixed on the rack, a powder laying device arranged below the powder feeding device, and can be moved horizontally or longitudinally on the workbox. The method comprises the following steps: The invention has the advantages of high precision, high efficiency and saving printing materials.

【技术实现步骤摘要】
一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型方法与装置
本专利技术涉及3D打印
，尤其是涉及一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型方法与装置。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，越来越多的行业对金属零件的成型工艺提出了更高的要求，采用传统的铸锻造工艺已难以满足应用需求。特别是某些要求相对较高，而型腔又复杂的单件小批量金属零件，采用传统的铸锻造工艺制模成本高昂，对复杂型腔的内表面加工处理困难。为了解决上述问题，金属零件3D打印工艺应运而生。科研工作者利用激光的高能量密度，采用增材制造的方法逐层烧结成型金属零件，且成型精度高，可直接使用，从而大大降低了零件成型成本。然而，采用激光金属3D打印成型技术，一方面激光器价格昂贵，对工作环境要求高，设备使用维护成本高，工作效率低下；另一方面，由于激光器功率有限，每次输出能量有限，难以完成较大尺寸或多件金属零件一次成型。基于上述分析，激光金属3D打印技术只适合于单件小批量小尺寸零件的成型，且其成本仍相对较高，不适合大规模工业化应用。现有技术中，如公开号为CN104815985A，名称为“一种微束等离子3D打印设备与方法”的专利技术专利，介绍了一种等离子3D打印设备和方法。虽然等离子体金属3D打印成型技术的出现从一定程度上弥补了激光金属3D打印技术的缺陷，其具有设备与使用成本低廉、对工作环境要求低、功率可调范围大等优异特性。但是，传统等离子体金属3D打印成型技术采用湍流等离子体射流作为热源，射流稳定性、可控性较差，且其大气流量容易造成对金属粉末的冲击，从而引起金属粉末的飞溅，最终导致打印成型的金属零件尺寸精度和表面粗糙度较差，难以满足高精密应用场合对零件的要求，公开号为CN106180715A，名称为“一种层流等离子3D打印的控制系统及方法”中也有相关记载。综合上述分析，虽然激光金属3D打印技术成型金属零件精度较好，但其设备成本高昂，且打印成型能力较小，不适合大尺寸金属零件的3D打印成型；而传统等离子体金属3D打印成型技术虽然成本较低，且功率范围较大，但其成型精度相对较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型方法与装置，其具有工作效率高、打印精度高、能够打印高熔点金属零件等特点。本专利技术要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，包括机架、控制器、升降式工作箱和x、y轴联动导轨，所述机架的侧部固设有控制器，机架的底部和顶部分别设有升降式工作箱和x、y轴联动导轨，还包括层流等离子体发生装置、金属粉末回收系统、铺粉装置和送粉装置，所述层流等离子体发生装置设在x、y轴联动导轨上，所述金属粉末回收系统设在机架的底部，且位于升降式工作箱的两侧，所述送粉装置固设在机架顶部，所述铺粉装置位于送粉装置的下方，且铺粉装置可在升降式工作箱上部纵向移动。优选地，所述的x、y轴联动导轨包括x轴导轨和y轴导轨，所述y轴导轨设置在机架顶部的两侧，所述x轴导轨垂直于y轴导轨设置，且两端与y轴导轨滑动配合。优选地，所述的层流等离子体发生装置包括层流等离子体发生器和辅助装置，所述层流等离子体发生器套装x轴导轨上，可沿着x轴导轨滑动，所述辅助装置与层流等离子体发生器连接，辅助装置包括供气装置、冷却系统和电源装置。优选地，所述的机架的底部设有齿条式导轨，所述齿条式导轨延伸至机架的外部，升降式工作箱可沿齿条式导轨滑动，所述齿条式导轨的两端固设有行程限位块。优选地，所述的升降工作箱包括工作台、升降机构和工作箱体所述工作台设在工作箱体上部，所述升降机构安装在工作台与工作箱体之间。优选地，所述的金属粉末回收系统包括储粉罐、粉末回收槽和真空泵，所述粉末回收槽设置在机架底部，且位于升降工作箱的两侧，真空泵的吸风口与粉末回收槽连接，真空泵的出风口与储粉罐连接。优选地，所述的铺粉装置包括纵向导轨、料斗、螺旋送料器和刮粉板，所述纵向导轨与y轴导轨平行，且纵向导轨设于y轴导轨的下方，所述螺旋送料器可沿纵向导轨滑动，所述螺旋送料器的上部设有料斗，其下部设有刮粉板，所述刮粉板的底部为锥面结构，所述螺旋送料器的两侧均设有卸料口，所述卸料口与工作台在水平方向上尺寸相同。优选地，所述的送粉装置包括振动电机、储料仓、真空泵和重量检测装置，所述振动电机安装在储料仓的出口处，所述储料仓的入口与真空泵连接，所述重量检测装置监控并控制储料仓开启与关闭。优选地，所述的控制器包括中央处理单元和显示控制仪，所述中央处理单元与显示控制仪电连接，所述中央处理单元处理来自显示控制仪发出的指令。一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置的打印方法，其特征在于该方法包括以下步骤：S1、待打印金属零件模型的预处理，所述预处理包括排版布局和模型切片处理；S2、将预处理后的模型信息导入打印设备的控制器；S3、根据金属零件的尺寸精度和强度要求，在控制器中设置打印参数；S4、打印设备初始化，升降式工作箱复位到初始位置，开启送粉装置，储料仓不断储存金属粉，达到重量检测装置设定的阀值时，储料仓停止储粉，所述储料仓将储存的金属粉末输送给铺粉装置，所述铺粉装置在升降式工作箱上预铺5~10层金属粉末作为预铺金属粉末层；S5、层流等离子体发生装置在控制器的控制下，通过X、Y轴联动导轨的联动配合，移动至金属模型第一层打印的初始位置后，开始产生层流等离子体射流，并沿着金属零件模型切片文件第一层轮廓路径加热，使升降式工作箱上预铺金属粉末烧结，形成金属零件第一层轮廓；S6、铺粉装置在步骤S5中的第一层轮廓的基础上铺设一层金属粉末，层流等离子体发生装置按照第二层轮廓路径加热，使当前层金属粉末烧结，形成金属零件第二层轮廓；S7、重复步骤S6直至最后一层轮廓的烧结，层流等离子体发生装置逐层将金属粉末加热，烧结成型，直至金属零件打印完成；S8、关闭3D打印成型，静置至升降式工作箱温度接近室温；S9、取出金属零件，开启金属粉末回收系统回收工作箱和粉末回收槽内残余的金属粉末，完成打印工作。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用层流等离子体射流的加工方式工作效率高；尤其是可直接成型较大尺寸的金属零件，且可自动调整层流等离子体射流的输出功率以满足金属零件成型要求，也可适用尺寸较小的金属零件打印；由控制器自动控制整个打印成型过程，自动化程度高，更适合工业化应用。附图说明图1为本专利技术层流等离子体射流的金属3D打印成型设备的俯视图。图2为本专利技术层流等离子体射流的金属3D打印成型设备的主视图。图3为本专利技术层流等离子体射流的金属3D打印成型方法的流程框图。图4为铺粉装置的结构示意图。图中标记：1-机架，2-控制器，3-升降式工作箱，301-工作台，302-升降机构，303-工作箱体，4-x、y轴联动导轨，401-x轴导轨，402-y轴导轨，5-层流等离子体发生装置，501-层流等离子体发生器，502-辅助装置，6-金属粉末回收系统，601-储粉罐，602-粉末回收槽，7-铺粉装置，701-纵向导轨，702-料斗，703-螺旋送料器，704-刮粉板，705-卸料口，8-送粉装置，801-振动电机，802-储料仓，9-齿条式导轨，10-行程限位块。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，包括机架（1）、控制器（2）、升降式工作箱（3）和x、y轴联动导轨（4），所述机架（1）的侧部固设有控制器（2），机架（1）的底部和顶部分别设有升降式工作箱（3）和x、y轴联动导轨（4），其特征在于：还包括层流等离子体发生装置（5）、金属粉末回收系统（6）、铺粉装置（7）和送粉装置（8），所述层流等离子体发生装置（5）设在x、y轴联动导轨（4）上，所述金属粉末回收系统（6）设在机架（1）的底部，且位于升降式工作箱（3）的两侧，所述送粉装置（8）固设在机架（1）顶部，所述铺粉装置（7）位于送粉装置（8）的下方，且铺粉装置（7）可在升降式工作箱（3）上部纵向移动。

【技术特征摘要】
1.一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，包括机架（1）、控制器（2）、升降式工作箱（3）和x、y轴联动导轨（4），所述机架（1）的侧部固设有控制器（2），机架（1）的底部和顶部分别设有升降式工作箱（3）和x、y轴联动导轨（4），其特征在于：还包括层流等离子体发生装置（5）、金属粉末回收系统（6）、铺粉装置（7）和送粉装置（8），所述层流等离子体发生装置（5）设在x、y轴联动导轨（4）上，所述金属粉末回收系统（6）设在机架（1）的底部，且位于升降式工作箱（3）的两侧，所述送粉装置（8）固设在机架（1）顶部，所述铺粉装置（7）位于送粉装置（8）的下方，且铺粉装置（7）可在升降式工作箱（3）上部纵向移动。2.根据权利要求1所述的一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，其特征在于：所述的x、y轴联动导轨（4）包括x轴导轨（401）和y轴导轨（402），所述y轴导轨（402）设置在机架（1）顶部的两侧，所述x轴导轨（401）垂直于y轴导轨（402）设置，且两端与y轴导轨（402）滑动配合。3.根据权利要求2所述的一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，其特征在于：所述的层流等离子体发生装置（5）包括层流等离子体发生器（501）和辅助装置（502），所述层流等离子体发生器（501）套装x轴导轨（401）上，可沿着x轴导轨（401）滑动，所述辅助装置（502）与层流等离子体发生器（501）连接，辅助装置（502）包括供气装置、冷却系统和电源装置。4.根据权利要求3所述的一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，其特征在于：所述的机架（1）的底部设有齿条式导轨（9），所述齿条式导轨（9）延伸至机架（1）的外部，升降式工作箱（3）可沿齿条式导轨（9）滑动，所述齿条式导轨（9）的两端固设有行程限位块（10）。5.根据权利要求4所述的一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，其特征在于：所述的升降工作箱（3）包括工作台（301）、升降机构（302）和工作箱体（303）所述工作台（301）设在工作箱体（303）上部，所述升降机构（302）安装在工作台（301）与工作箱体（303）之间。6.根据权利要求5所述的一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，其特征在于：所述的金属粉末回收系统（6）包括储粉罐（601）、粉末回收槽（602）和真空泵，所述粉末回收槽（602）设置在机架（1）底部，且位于升降工作箱（3）的两侧，真空泵的吸风口与粉末回收槽（602）连接，真空泵的出风口与储粉罐（601）连接。7.根据权利要求6所述的一种基于层流等离子体射流的金属3D打印成型装置，其特征在于：所述的铺粉装置（7）包括纵向导轨（701）、料斗（702）...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹修全，姚进，陈艳，余德平，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51