一种龙门式大功率等离子弧3D打印设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种龙门式大功率等离子弧3D打印设备，包括龙门式结构机架、高架承墙，机架的龙门平台安装在两侧高架承墙的上端，打印成型平台架设在机架的平台轨道上，Y轴运动组件安装在机架的两侧，X轴运动组件固定连接在Y轴运动组件的前端，堆焊电源和电气柜放置在龙门平台位于Y轴运动组件的后端，Z轴运动组件固定在X轴运动组件上，Z轴运动组件上方分别安装有送粉机构和送丝装置，Z轴运动组件下方连接打印机头旋转机构，打印机头旋转机构下方连接摆动器，打印机头固定在摆动器上。本实用新型专利技术利用10千瓦以上等离子弧，熔化送进金属粉或丝，在预先设计控制程序下完成大型产品的3D打印。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及增材制造
，尤其涉及一种龙门式大功率等离子弧3D打印设备。
技术介绍
由于制造业全球化及市场的激烈竞争，产品的快速开发已成为竞争的重要手段之一，为满足制造业日益变化的客户需求，制造技术必须具有高柔性，能够以小批量甚至单件生产迎合市场。传统金属零件去材或受迫成型制造方法往往工序多、工模具成本高、从设计到零件制造周期长，且对具有复杂内腔结构的零件往往无能为力，难以满足新产品的快速响应的制造需求。20世纪90年代以来，随着等离子技术、信息技术、CAD/CAM技术以及精密机械制造技术的发展，大功率等离子弧3D打印技术在等离子堆焊技术和快速成形技术的基础上应运而生，作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。目前3D打印市场主要分为两种，一种金属3D打印，另一种是非金属多为塑料的3D打印。金属3D打印市场主要被激光所垄断，主要是金属粉层用激光熔化层层堆积成产品；非金属多为塑料的3D打印主要是热融方式，热融的塑料层层堆积成产品。不管是金属3D打印，还是非金属3D打印，打印的产品都是很小的；而且功率都比较小，椐文献记载功率没有超过10千瓦，体积长宽高没有超过1米立方的。大功率金属3D打印市场主要被激光所垄断，但由于激光3D打印设备造价昂贵，且维护保养复杂，对操作者自身素质要求很高，大功率设备由于激光器的限制，至今仍停留在试验阶段。现有的微弧等离子3D打印技术，由于使用的是小功率低密度的微束等离子弧作热源，存在打印效率低、成品性能差等缺点，导致目前国内金属3D打印市场尤其是大型3D打印设备发展相对缓慢，无法与国际接轨，不利于3D打印技术在国内各领域的普遍推广。
技术实现思路
本技术的目是提供一种克服目前激光打印和微束等离子打印存在的种种弊端，利用10千瓦以上等离子弧，熔化送进金属粉或丝，在预先设计控制程序下完成大型产品的3D打印。为实现上述目的，采用如下技术方案：一种龙门式大功率等离子弧3D打印设备，包括机架、高架承墙，所述机架为龙门式结构，所述机架的龙门平台安装在所述两侧高架承墙的上端，还包括打印机头、打印成型平台、X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、送粉机构、摆动器、打印机头旋转机构、送丝装置、堆焊电源、电气柜，所述打印成型平台架设在所述机架的平台轨道上，所述Y轴运动组件安装在所述机架的两侧，所述X轴运动组件固定连接在所述Y轴运动组件的前端，所述堆焊电源和电气柜放置在所述龙门平台位于所述Y轴运动组件的后端，所述Z轴运动组件固定在所述X轴运动组件上，所述Z轴运动组件上方分别安装有所述送粉机构和所述送丝装置，所述Z轴运动组件下方连接所述打印机头旋转机构，所述打印机头旋转机构下方连接所述摆动器，所述打印机头固定在所述摆动器上；所述送粉机构通过送粉管与所述打印机头连接，所述送丝装置通过导丝管与所述打印机头连接。优选的，所述打印机头包括焊枪、焊枪夹头、连接管线，所述焊枪通过所述焊枪夹头固定在所述摆动器上，所述焊枪上端分别有水电缆、送粉管、保护气管、离子气管接口。优选的，所述打印成型平台包括导轮、平台电机、蜗杆减速机、平台托架和平台板，所述平台电机与所述蜗杆减速机同轴连接，所述蜗杆减速机末端的齿轮与安装在所述平台轨道上的齿条相啮合，所述平台板安装在所述平台托架上，所述平台托架的四个角分别安装有导轮，所述导轮卡在所述平台轨道上。优选的，所述X轴运动部件包括X轴横板、横移丝杠、螺母、螺母座、直线滑轨、直线滑块、横移电机、横移减速机、竖柱托板，所述横移电机与所述横移减速机同轴连接，所述横移减速机通过联轴器与所述横移丝杠连接，所述直线滑轨与所述横移丝杠固定在所述X轴横板上，所述螺母旋入所述横移丝杠内，所述螺母通过所述螺母座与所述竖柱托板连接，所述竖柱托板两侧连接有所述直线滑块，所述直线滑块嵌入所述直线滑轨内。优选的，所述Y轴运动组件包括直线轨道、导轮、纵移丝杠、螺母、螺母座、纵移电机、纵移减速机，所述直线轨道安装在所述高架承墙上，所述龙门平台两侧安装所述导轮，所述导轮卡入所述直线轨道内，所述高架承墙两侧固定有所述纵移丝杠，所述纵移丝杠内旋入所述螺母，所述螺母通过所述螺母座与所述龙门平台连接，所述纵移电机与所述纵移减速机同轴连接，所述纵移减速机通过联轴器与所述纵移丝杠连接。优选的，所述Z轴运动组件包括升降线性模组、升降电机、行星减速机，所述升降线性模组由丝杠、螺母、螺母座、托板、底板、侧板组成，所述升降电机与所述行星减速机同轴连接，所述行星减速机通过联轴器与所述丝杠连接，所述托板连接所述X轴运动部件。优选的，所述堆焊电源包括等离子电源、熔化极焊电源、氩弧焊电源。优选的，所述打印机头旋转机构包括，打印机头旋转电机、减速机、齿轮盘、垂直立柱、连接板，所述齿轮盘下方有垂直立柱与齿轮连接，所述垂直立柱旁边固定所述连接板，所述连接板与所述摆动器连接，所述打印机头旋转电机与所述减速机通过键槽相啮合，所述减速机连接所述齿轮盘。优选的，所述摆动器包括，摆动电机、线性模块、机头连接板，所述线性模块由丝杠、螺母、螺母座、托板、底板、侧板组成，所述摆动电机通过联轴器与所述丝杠连接，所述托板连接打印机头。进一步优选的，所述送粉机构包括：粉斗、粉盒、聚粉漏斗、送粉电机、减速机、送粉皮带轮、皮带、送粉管，所述粉斗安装在所述粉盒上端，所述送粉皮带轮固定在粉盒内，所述粉盒上有所述聚粉漏斗，所述聚粉漏斗下方有安装在所述送粉皮带轮上的所述皮带，所述送粉电机通过键槽与所述减速机连接，所述减速机通过键槽与所述送粉皮带轮连接，所述粉盒下端连接所述送粉管，所述送粉管连接所述打印机头。本技术提供的龙门式大功率等离子弧3D打印设备与方法的有益效果是：采用龙门结构适宜打印大型构件，填补了目前激光3D打印和微束等离子3D打印的技术空白，运用大功率等离子弧作热源，可打印大型工件，极大地提高了3D打印的效率，整个系统采用全数字化控制并配备自检和报警系统，主要工艺参数由人机界面设定，极大地方便了操作人员的使用与维护，是一种高效廉价具有广阔市场前景的3D打印设备。本技术的控制系统：1、采用特殊功能型PLC数字化堆焊工艺控制系统，设计了一整套专用软件，来满足3D打印工艺控制要求，实现了在多种打印模式下的精细化控制，确保了打印成品的质量。2、由工业计算机构成产品信息采集处理和打印机头三维运动控制系统，实现了打印机头在三维成形空间中的精准定位，使其能按照CAD/CAM生成的运动轨迹行走，与专用的3D打印系统相比，提高了制造效率，降低了系统成本。3、通过人机界面HMI的组网技术构成互联网+体系，可实现产品在线加工和远程监控、诊断、操作，提高了设备的柔韧性和稳定性。本技术的核心技术是一种涵盖多种电弧熔敷先进工艺和全数字化的大型成套设备，用于有特殊表面性能要求的产品制造和再制造，能大幅提高金属零件制造效率，缩短产品设计生产周期，同时能提高零件的耐腐蚀、耐磨损、耐高温的性能，延长使用寿命。附图说明...

【技术保护点】
一种龙门式大功率等离子弧3D打印设备，包括机架、高架承墙、所述机架为龙门式结构，所述机架的龙门平台安装在所述两侧高架承墙的上端，其特征在于：还包括打印机头、打印成型平台、X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、送粉机构、摆动器、打印机头旋转机构、送丝装置、堆焊电源、电气柜，所述打印成型平台架设在所述机架的平台轨道上，所述Y轴运动组件安装在所述机架的两侧，所述X轴运动组件固定连接在所述Y轴运动组件的前端，所述堆焊电源和电气柜放置在所述龙门平台位于所述Y轴运动组件的后端，所述Z轴运动组件固定在所述X轴运动组件上，所述Z轴运动组件上方分别安装有所述送粉机构和所述送丝装置，所述Z轴运动组件下方连接所述打印机头旋转机构，所述打印机头旋转机构下方连接所述摆动器，所述打印机头固定在所述摆动器上；所述送粉机构通过送粉管与所述打印机头连接，所述送丝装置通过导丝管与所述打印机头连接。

【技术特征摘要】
1.一种龙门式大功率等离子弧3D打印设备，包括机架、高架承墙、所述
机架为龙门式结构，所述机架的龙门平台安装在所述两侧高架承墙的上端，其
特征在于：还包括打印机头、打印成型平台、X轴运动组件、Y轴运动组件、Z
轴运动组件、送粉机构、摆动器、打印机头旋转机构、送丝装置、堆焊电源、
电气柜，所述打印成型平台架设在所述机架的平台轨道上，所述Y轴运动组件
安装在所述机架的两侧，所述X轴运动组件固定连接在所述Y轴运动组件的前
端，所述堆焊电源和电气柜放置在所述龙门平台位于所述Y轴运动组件的后端，
所述Z轴运动组件固定在所述X轴运动组件上，所述Z轴运动组件上方分别安
装有所述送粉机构和所述送丝装置，所述Z轴运动组件下方连接所述打印机头
旋转机构，所述打印机头旋转机构下方连接所述摆动器，所述打印机头固定在
所述摆动器上；所述送粉机构通过送粉管与所述打印机头连接，所述送丝装置
通过导丝管与所述打印机头连接。
2.根据权利要求1所述的龙门式大功率等离子弧3D打印设备，其特征在
于：所述打印机头包括焊枪、焊枪夹头、连接管线，所述焊枪通过所述焊枪夹
头固定在所述摆动器上，所述焊枪上端分别有水电缆、送粉管、保护气管、离
子气管接口。
3.根据权利要求1所述的龙门式大功率等离子弧3D打印设备，其特征在
于：所述打印成型平台包括导轮、平台电机、蜗杆减速机、平台托架和平台板，
所述平台电机与所述蜗杆减速机同轴连接，所述蜗杆减速机末端的齿轮与安装
在所述平台轨道上的齿条相啮合，所述平台板安装在所述平台托架上，所述平
台托架的四个角分别安装有导轮，所述导轮卡在所述平台轨道上。
4.根据权利要求1所述的龙门式大功率等离子弧3D打印设备，其特征在

\t于：所述X轴运动部件包括X轴横板、横移丝杠、螺母、螺母座、直线滑轨、
直线滑块、横移电机、横移减速机、竖柱托板，所述横移电机与所述横移减速
机同轴连接，所述横移减速机通过联轴器与所述横移丝杠连接，所述直线滑轨
与所述横移丝杠固定在所述X轴横板上，所述螺母旋入所述横移丝杠内，所述
螺母通过所述螺母座与所述竖柱托板连接，所述竖柱托板两侧连接有所述直线
滑块，所述直线滑块嵌入所述直线滑轨内。
5.根据权利要求1所述的龙门式大功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：高捷，胡思文，高荣发，
申请(专利权)人：武汉高力热喷涂工程有限责任公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42