一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法；设备的成型基台安装在一平移机构上，平移机构搭载成型基台在Y轴方向水平往复运动；等离子枪驱动机构包括ZX轴方向运动控制器、ZX轴运动导轨；X轴方向运动控制器安装在X轴运动导轨上，X轴运动导轨的两端分别安装在两个Z轴方向运动控制器上。采用移动式成型平台，简化了等离子焊枪驱动系统结构的复杂程度，避免焊枪长距离、大跨度运动造成的精度下降问题，同时提高了成型效率；设备整体结构简单，可以实现铝合金丝材大尺寸、复杂结构件的微束等离子弧增材制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微束等离子弧增材制造设备，尤其涉及一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法。
技术介绍
增材制造技术又被称为3D打印技术，以加工材料的不同可以将其分为非金属增材制造技术和金属增材制造技术两大类。在非金属增材制造领域，虽然无论是在产业链的完整性和技术的成熟程度上都走在了该领域的前列，但是由于材料应用范围的限制，使得非金属增材制造技术的发展受到了很大限制。与此同时金属增材制造技术不断发展壮大，其优势是可成型高精度的金属结构件且其性能也逐渐可以满足需求，其中以激光为热源的激光选区熔化技术以及以电子束为热源的电子束增材制造技术的研究和应用较为成熟。其问题是需配置价格昂贵的激光器、电子束发生器以及相应的光路系统等，且多采用金属粉末为加工材料，存在着供粉量无法精确控制、材料浪费以及环境污染等问题。基于金属增材制造的上述问题，人们在等离子焊接领域受到启发，采用微束等离子弧为热源的增材制造技术逐渐受到人们的关注，相关的研究和应用也在不断推进。但目前为止，市场上还没有出现较为系统和完整的微束等离子增材制造设备。
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，提供一种结构简单、运行可靠的铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备与方法。在加工过程中，通过与移动的成型基台相互协同作业，简化了等离子焊枪驱动系统结构的复杂程度，避免焊枪长距离、大跨度运动造成的成型零件精度低的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，包括等离子枪9、导轨机构、等离子枪驱动机构、中央控制系统1、成型基台11；所述等离子枪驱动机构搭载等离子枪9在导轨机构上运动；所述成型基台11安装在一平移机构上，平移机构搭载成型基台11在Y轴方向水平往复运动；所述等离子枪驱动机构包括Z轴方向运动控制器6、Z轴运动导轨7、X轴方向运动控制器13、X轴运动导轨14；所述Z轴运动导轨7为双导轨，分别直立在成型基台11的两侧，Z轴方向运动控制器6安装在Z轴运动导轨7上；所述Z轴方向运动控制器6和Z轴运动导轨7组成了等离子枪9的Z轴方向驱动；所述X轴方向运动控制器13安装在X轴运动导轨14上，X轴运动导轨14的两端分别安装在两个Z轴方向运动控制器6上；所述X轴方向运动控制器13和X轴运动导轨14组成了等离子枪9的X轴方向驱动。所述平移机构包括Y轴运动导轨15及Y轴方向运动控制器16；所述成型基台11安装在Y轴运动导轨15上；由Y轴方向运动控制器16驱动成型基台11在Y轴方向水平往复运动。所述Y轴运动导轨15为矩形平板，其两侧开设有截面呈凹字型轨道槽151；所述成型基台11为一矩形平台，其置于矩形平板上，并且其下表面与矩形平板的上表面滑动贴合；所述矩形平台的两侧呈L字形轨道111；L字形轨道111嵌入在凹字型轨道槽151内；当Y轴方向运动控制器16驱动成型基台11时，L字形轨道111可在凹字型轨道槽151内运动，进而将成型基台11限制在沿Y轴方向水平往复运动。所述X轴运动导轨14上安装有风琴式防护罩12，用于防止X轴运动导轨14内部积聚灰尘。所述等离子枪9包括加工集成单元8和弧外填丝器10；所述加工集成单元8连接X轴方向运动控制器13。所述铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备还包括：高压保护气瓶2、微束等离子枪水冷机3、铝合金丝材供丝器4、送丝机5；所述高压保护气瓶2按照恒定压力输出保护气体，保护气被传输至加工集成单元8内并从等离子枪9流出，起到保护和压缩等离子弧的作用；所述微束等离子枪水冷机3，将冷水通过回路运送至等离子枪9内部，用于冷却等离子枪9；所述铝合金丝材供丝器4，用于将铝合金丝材按照特定速率输送至弧外填丝器10内。其中加工集成单元8由中央控制系统1控制并按照加工要求在等离子枪9内产生微束等离子弧，铝合金丝材通过弧外填丝器10送进微束等离子弧内并被熔化于成型平面上；弧外填丝器10安装于9等离子枪上端，可拆卸，其位置和倾斜角度均可常规调整。所述送丝机5是铝合金丝材的存储单元，铝合金丝材供丝器4按设定速率将送丝机5内的铝合金丝材输送至弧外填丝器10内。本专利技术铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备的运行方法，包括如下运行步骤；等离子枪运动步骤：X轴方向运动控制器13和X轴运动导轨14组成了等离子枪9的X轴方向驱动，Z轴方向运动控制器6和Z轴运动导轨7组成了等离子枪9的Z轴方向驱动；通过控制X轴方向运动控制器13和Z轴方向运动控制器6使等离子枪9在XZ轴方向往复运动；成型基台运行步骤：通过控制Y轴方向运动控制器16使成型基台11的L字形轨道111在凹字型轨道槽151内运动，进而将成型基台11限制在沿Y轴方向水平往复运动。零件的加工步骤：步骤一：将处理好的零件加工数据导入到中央控制系统1；步骤二：等离子枪驱动机构以及平移机构运行，使等离子枪9和成型基台11运行至初始位置；步骤三：加工集成单元8工作，并按照预定规律使等离子枪9产生微束等离子弧，同时弧外填丝器10按照设定速率向微束等离子弧内添加铝合金丝材；步骤四：等离子枪9按照设定路径在成型基台11平面上熔丝堆积出零件的第一层截面区域；步骤五：零件的第一层截面加工完成后，Z轴方向运动控制器6驱动等离子枪9上升一个加工层的层厚高度；步骤六：重复步骤二至步骤五的过程，直至零件成型，加工完成。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：本专利技术采用移动式成型平台，简化了等离子焊枪驱动系统结构的复杂程度，避免焊枪长距离、大跨度运动造成的精度下降问题，同时大大提高了零件成型效率。本专利技术等离子枪驱动机构负责驱动等离子枪Z、X轴方向运动，将Y轴方向运动通过平移机构搭载成型基台实现，有效克服了现有技术中，由于焊枪长距离、大跨度运动造成的精度下降的技术难题；这不仅大大简化了设备机械部分的复杂性，使设备整体结构简单，大大提高了零件成型精度，可以实现铝合金丝材大尺寸、复杂结构件的微束等离子弧增材制造。附图说明图1为本专利技术整体结构平面示意图。图2为本专利技术局部结构立体示意图。图3为本专利技术局部结构侧视示意图。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铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，包括等离子枪9、导轨机构、等离子枪驱动机构、中央控制系统1、成型基台11；所述等离子枪驱动机构搭载等离子枪9在导轨机构上运动；所述成型基台11安装在一平移机构上，平移机构搭载成型基台11在Y轴方向水平往复运动；所述等离子枪驱动机构包括Z轴方向运动控制器6、Z轴运动导轨7、X轴方向运动控制器13、X轴运动导轨14；所述Z轴运动导轨7为双导轨，分别直立在成型基台11的两侧，Z轴方向运动控制器6安装在Z轴运动导轨7上；所述Z轴方向运动控制器6和Z轴运动导轨7组成了等离子枪9的Z轴方向驱动；所述X轴方向运动控制器13安装在X轴运动导轨14上，X轴运动导轨14的两端分别安装在两个Z轴方向运动控制器6上；所述X轴方向运动控制器13和X轴运动导轨14组成了等离子枪9的X轴方向驱动。所述平移机构包括Y轴运动导轨15及Y轴方向运动控制器16；所述成型基台11安装在Y轴运动导轨15上；由Y轴方向运动控制器16驱动成型基台11在Y轴方向水平往复运动。所述Y轴运动导轨15为矩形平板，其两侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，包括等离子枪(9)、导轨机构、等离子枪驱动机构、中央控制系统(1)、成型基台(11)；所述等离子枪驱动机构搭载等离子枪(9)在导轨机构上运动；其特征在于：所述成型基台(11)安装在一平移机构上，平移机构搭载成型基台(11)在Y轴方向水平往复运动；所述等离子枪驱动机构包括Z轴方向运动控制器(6)、Z轴运动导轨(7)、X轴方向运动控制器(13)、X轴运动导轨(14)；所述Z轴运动导轨(7)为双导轨，分别直立在成型基台(11)的两侧，Z轴方向运动控制器(6)安装在Z轴运动导轨(7)上；所述Z轴方向运动控制器(6)和Z轴运动导轨(7)组成了等离子枪(9)的Z轴方向驱动；所述X轴方向运动控制器(13)安装在X轴运动导轨(14)上，X轴运动导轨(14)的两端分别安装在两个Z轴方向运动控制器(6)上；所述X轴方向运动控制器(13)和X轴运动导轨(14)组成了等离子枪(9)的X轴方向驱动。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，包括等离子枪(9)、导轨机构、等离子枪驱动机构、中央控制系统(1)、成型基台(11)；所述等离子枪驱动机构搭载等离子枪(9)在导轨机构上运动；其特征在于：所述成型基台(11)安装在一平移机构上，平移机构搭载成型基台(11)在Y轴方向水平往复运动；所述等离子枪驱动机构包括Z轴方向运动控制器(6)、Z轴运动导轨(7)、X轴方向运动控制器(13)、X轴运动导轨(14)；所述Z轴运动导轨(7)为双导轨，分别直立在成型基台(11)的两侧，Z轴方向运动控制器(6)安装在Z轴运动导轨(7)上；所述Z轴方向运动控制器(6)和Z轴运动导轨(7)组成了等离子枪(9)的Z轴方向驱动；所述X轴方向运动控制器(13)安装在X轴运动导轨(14)上，X轴运动导轨(14)的两端分别安装在两个Z轴方向运动控制器(6)上；所述X轴方向运动控制器(13)和X轴运动导轨(14)组成了等离子枪(9)的X轴方向驱动。2.根据权利要求1所述铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，其特征在于：所述平移机构包括Y轴运动导轨(15)及Y轴方向运动控制器(16)；所述成型基台(11)安装在Y轴运动导轨(15)上；由Y轴方向运动控制器(16)驱动成型基台(11)在Y轴方向水平往复运动。3.根据权利要求2所述铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，其特征在于：所述Y轴运动导轨(15)为矩形平板，其两侧开设有截面呈凹字型轨道槽(151)；所述成型基台(11)为一矩形平台，其置于矩形平板上，并且其下表面与矩形平板的上表面滑动贴合；所述矩形平台的两侧呈L字形轨道(111)；L字形轨道(111)嵌入在凹字型轨道槽(151)内；当Y轴方向运动控制器(16)驱动成型基台(11)时，L字形轨道(111)可在凹字型轨道槽(151)内运动，进而将成型基台(11)限制在沿Y轴方向水平往复运动。4.根据权利要求1至3中任一项所述铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，其特征在于：所述X轴运动导轨(14)上安装有风琴式防护罩(12)，用于防止X轴运动导轨(14)内部积聚灰尘。5.根据权利要求4所述铝合金丝材微束等离子弧增材制造设备，其特征在于：所述等离子枪(9)包括加工集成单元(8)和弧外填丝器(10)；所述加工集成单元(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，王安民，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