The invention discloses a plasma 3D roller printing equipment and method, the device by the monitoring system, plasma beam processing system and horizontal printing table. The plasma beam processing system consists of a plasma generator, the printing position adjusting device, a gas supply device and a powder feeder group, printing position adjusting device comprises a horizontal mobile device and print the distance adjusting device; monitoring system including mobile level controller, a temperature detection unit, distance detecting unit, printing distance adjusting controller and rotation controller, temperature detection unit and printing distance adjusting controller temperature control device; the method comprises the following steps: first, the 3D model acquisition and slicing processing; filling two, scanning path; three and print the path; four, from the inside to the outside layer of printing. The invention has the advantages of reasonable design, simple and convenient operation, high forming efficiency and good use effect.
【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的专利技术专利“一种含硼低合金高速钢轧辊的制备方法”...
【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、对所述等离子体发生器的位置进行调整的打印位置调整装置、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置(1)和用于连续向所述等离子体发生器内送入打印材料的送粉器(2)组成，所述等离子体发生器位于水平旋转机构(4)上方；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；所述等离子体发生器内设置有供所述粉末流通的粉末流通通道(14)，所述粉末流通通道(14)与所述等离子体发生器内的放电室(13‑4)内部相通且其与所述进气口连通，所...
【技术特征摘要】
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、对所
述等离子体发生器的位置进行调整的打印位置调整装置、为所述等离子体发生器提供工作
气体的供气装置(1)和用于连续向所述等离子体发生器内送入打印材料的送粉器(2)组成，
所述等离子体发生器位于水平旋转机构(4)上方；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；所述等离子体发生器内设置有供所述粉末流通的粉
末流通通道(14)，所述粉末流通通道(14)与所述等离子体发生器内的放电室(13-4)内部相
通且其与所述进气口连通，所述粉末流通通道的外端口为进粉口(22)，所述送粉器(2)的送
粉口通过送粉管(6)与进粉口(22)连接；所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发
生器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(25)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)。
4.按照权利要求3所述的一种轧辊等离子3D打印设备，其特征在于：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；所述粉末流通通道(14)与枪
体(13-1)呈倾斜布设且其前端伸入至喷口(13-5)内，所述粉末流通通道(14)为直线式通道
且其包括布设在枪体(13-1)内的后侧通道和布设在阳极喷嘴(13-2)内的前侧通道；所述进
气口位于枪体(13-1)后侧，所述喷口(13-5)与枪体(13-1)呈同轴布设或与粉末流通通道
(14)呈同轴布设。
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.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：所述送粉器(2)
包括上部开有进料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(19)进
行驱动；所述送粉口位于所述外壳下部；
所述监控系统还包括对送粉管(6)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。
8.一种利用如权利要求1所述等离子3D打印设备对待成型轧辊进行等离子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...
【专利技术属性】
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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