一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备与方法技术

本发明专利技术公开了一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备与方法；包括密封工作室、送丝机构、熔化极气体保护焊焊接头、铣削刀具装置；熔化极气体保护焊焊接头由焊接移动导轨驱动机构携带，可在X、Y、Z三方向上的自由移动；铣削刀具装置由铣削移动导轨驱动机构携带，可在X、Y、Z三方向上的自由移动；本设备探索3D打印技术与当今广泛运用于工业生产的多轴数控加工技术结合的复合加工技术，更好地让3D打印技术融合应用于已经发展成熟的多轴数控加工技术，从而能够得到广泛应用。同时，本设备采用熔化极气体保护焊来进行3D打印，也是对3D打印技术本身的一种新的探索与开拓。

3D printing equipment and method for MIG welding and multi axis numerically controlled machine tool

The invention discloses a GMAW with multi axis NC machine tool 3D printing device and method; including sealing studio, wire feeder, GMAW welding, milling cutter device; GMAW welding joint by welding the moving guide drive mechanism to carry, move freely in X Y, Z three directions; milling cutter milling device is composed of a movable guide rail driving mechanism to carry, can move freely in the X, Y, Z three directions; explore the composite processing technology combined with multi axis NC machining technology of 3D printing technology and widely used in the industrial production of the equipment, make the 3D printing technology fusion application in multi axis NC machining technology has been mature, which can be widely used. At the same time, the device uses MIG welding for 3D printing, but also a new exploration and development of 3D printing technology itself.

【技术实现步骤摘要】
一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备与方法
本专利技术涉及金属材料的增减材复合3D打印，尤其涉及一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备与方法。
技术介绍
在传统的制造业当中，减材制造为主要的加工方式，在此基础上发展起来并已经大规模工业运用的有数控机床、数控铣床和数控加工中心等。而增材制造技术相反，是采用材料逐渐积累的方法来制造实体零件的技术，是一种从无到有、自下而上的制造方法。作为一种新型的制造技术，增材制造技术正在越来越深入地应用到工业生产中。代表性的金属增材制造技术也已经投入工业应用。但是，对于增材制造技术与减材制造技术结合加工的研究还比较少，主要见诸于一些科研机构，产生的研究成果也不多。增减材复合加工技术融合了增材制造和减材制造技术优势,结合了减材制造的高精度、高效率、高自动化的特点和增材制造的零件“自由制造”等特点。已有的增减材复合加工技术主要是结合多轴数控机床和金属3D打印技术，对于军事和航空等高价值、高精度加工领域具有重要的发展意义，正吸引着越来越多研究者的目光。
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，提供一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备与方法。本专利技术探索3D打印技术与当今广泛运用于工业生产的多轴数控加工技术结合的复合加工技术，更好地让3D打印技术融合应用于已经发展成熟的多轴数控加工技术，从而能够得到广泛应用。同时，本专利技术采用熔化极气体保护焊来进行3D打印，也是对3D打印技术本身的一种新的探索与开拓。本专利技术通过下述技术方案实现：一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，包括：密封工作室17；设置在密封工作室17上的送丝机构2；设置在密封工作室17内的熔化极气体保护焊焊接头7；熔化极气体保护焊焊接头7由焊接移动导轨驱动机构携带，可在X、Y、Z三方向上的自由移动；设置在密封工作室17内的铣削刀具装置10；铣削刀具装置10由铣削移动导轨驱动机构携带，可在X、Y、Z三方向上的自由移动；设置在密封工作室17内底部的直线导轨机构11，直线导轨机构11上安装有用于承载工件的工作台9，工作台9可沿直线导轨机构11的直线轨迹在熔化极气体保护焊焊接头7或铣削刀具装置10的下方根据规划路径往复运动。所述工作台9包括：安装在直线导轨机构11上的可沿着Z轴旋转的Z轴旋转臂26；安装在Z轴旋转臂26上的可绕X轴旋转的X轴旋转臂27；安装在X轴旋转臂27上的承载工件8的工作基台28，该X轴旋转臂27负责工作基台28在X轴方向转动。所述熔化极气体保护焊焊接头7包括：金属丝材进口20；焊接头外罩22；设置在焊接头外罩22尾部的水冷管接口19和电缆接口21；设置在焊接头外罩22端部的焊嘴18；送丝机构2供给的金属丝材3由金属丝材进口20进入；所述水冷管接口19通过水冷管6连接外部的水冷机5；所述电缆接口21通过电缆4连接外部的焊接电源1。所述铣削刀具装置10包括：导轨连接部25；Y轴旋转盘机构29；用于搭载铣刀23的铣刀安装架24；所述铣刀安装架24安装在Y轴旋转盘机构29上，由Y轴旋转盘机构29驱动其在Y轴方向旋转运动；所述Y轴旋转盘机构29安装在导轨连接部25上，导轨连接部25连接铣削移动导轨驱动机构。所述密封工作室17的外部还设有一个用于对密封工作室17内保护气进行循环的保护气循环系统。所述保护气循环系统包括：保护气瓶15，和内置有过滤棉13的过滤器12构成；保护气瓶15通过三通管的一接口连通密封工作室17，三通管的另一接口通过气管16连通过滤器12的其中接口，过滤器12的另一接口连通密封工作室17。所述密封工作室17还设置有一刀库14；刀库14内用于放置不同型号的铣刀。所述熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备的运行方法，包括如下步骤：S1：先对密封工作室17抽真空，抽真空完成后将保护气瓶15的阀口打开，待密封工作室17内的气压达到指定值后将保护气瓶15阀口开度逐渐调小；保护气循环系统开始工作，并逐渐达到稳定状态，使密封工作室17内的气压维持稳定；S2：接着启动焊接电源1、水冷机5；熔化极气体保护焊焊接头7在计算机控制下按照规划路径移动到工作基台28的上方；熔化极气体保护焊焊接头7与工作基台28构成多轴联动系统，利用金属丝材3与工作基台28表面产生的电弧作热源将金属丝熔化，在工作基台28表面进行3D打印；3D打印过程中，电弧熔化金属丝材3和工作基台28表面形成的熔池及焊接区域处在保护气的保护下；S3：完成一部分工件8的3D打印作业后，熔化极气体保护焊焊接头7停止工作，回到初始位置；铣削刀具装置10移动至工作基台28上方，铣削刀具装置10与工作基台28也构成多轴联动系统，对已部分成型的工件8按照规划路径进行铣削去除；加工完成后，铣削刀具装置10也回到初始位置；熔化极气体保护焊焊接头7继续对工件8的剩余部分进行成型加工；熔化极气体保护焊焊接头7与铣削刀具装置10循环作业，直至工件8成型完毕；S4、工件8成型完毕后，冷却；焊接电源1关闭；水冷机5继续工作，已对熔化极气体保护焊焊接头7降温；关闭保护气瓶15阀门，打开密封工作室17的仓门，取出工件8。在铣削去除过程中，可进行手动换刀或者自动换刀；若自动换刀时，计算机控制铣削刀具装置10的铣刀安装架24绕Y轴逆时针旋转90°，铣削刀具装置10向右移动进入刀库14进行换刀，换刀过程结束后继续进行加工。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：1.在成型的方法上的创新：由于创新性地结合了3D打印技术与多轴数控加工技术，已经较为成熟的采用激光选区熔化技术的金属3D打印难以和数控机床等复合，在成型方法上提出采用基于熔化极气体保护焊的金属3D打印技术，这种技术利用金属丝与基板间产生的电弧作热源将金属丝熔化的成型方法。保护焊焊接头灵活性大，易于与多轴数控机床等结合进行复合加工。2.对成型件质量的改善：由激光选区熔化成型的金属3D打印设备成型的零件由于成型过程中铺粉刷、层厚以及金属粉末纯度等的影响，加工出来的零件容易存在缺陷，加上工件内部组织性能的不确定性，导致难以商用。基于熔化极气体保护焊与多轴数控机床的增减材复合3D打印技术可以在零件成型的过程中进行铣削去除材料的加工，这样成型出来的零件没有了激光选区熔化成型的金属3D打印过程中铺粉刷、层厚以及金属粉末纯度等造成的影响，提高了成型件的质量。3.开辟了3D打印技术应用和创新的新领域：基于熔化极气体保护焊的应用极大地改变了金属3D打印技术的成型方式，不仅仅是在一个方向上进行增材，这极大地开拓了3D打印技术的边界。基于熔化极气体保护焊与多轴数控机床的增减材复合3D打印技术是3D打印技术大规模应用于工业的一次尝试。附图说明图1为本专利技术熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备的结构示意图。图2为熔化极气体保护焊焊接头7的局部立体结构示意图。图3为铣削刀具装置10的局部结构示意图。图4为工作台9的局部结构示意图。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。如图1；本专利技术公开了一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，包括：密封工作室17；设置在密封工作室17上的送丝机构2；设置在密封工作室17内的熔化极气体保护焊焊接头7；熔化极气体保护焊焊接头7由焊接移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，其特征在于，包括：密封工作室(17)；设置在密封工作室(17)上的送丝机构(2)；设置在密封工作室(17)内的熔化极气体保护焊焊接头(7)；熔化极气体保护焊焊接头(7)由焊接移动导轨驱动机构携带，可在X、Y、Z三方向上的自由移动；设置在密封工作室(17)内的铣削刀具装置(10)；铣削刀具装置(10)由铣削移动导轨驱动机构携带，可在X、Y、Z三方向上的自由移动；设置在密封工作室(17)内底部的直线导轨机构(11)，直线导轨机构(11)上安装有用于承载工件的工作台(9)，工作台(9)可沿直线导轨机构(11)的直线轨迹在熔化极气体保护焊焊接头(7)或铣削刀具装置(10)的下方根据规划路径往复运动。

【技术特征摘要】
1.一种熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，其特征在于，包括：密封工作室(17)；设置在密封工作室(17)上的送丝机构(2)；设置在密封工作室(17)内的熔化极气体保护焊焊接头(7)；熔化极气体保护焊焊接头(7)由焊接移动导轨驱动机构携带，可在X、Y、Z三方向上的自由移动；设置在密封工作室(17)内的铣削刀具装置(10)；铣削刀具装置(10)由铣削移动导轨驱动机构携带，可在X、Y、Z三方向上的自由移动；设置在密封工作室(17)内底部的直线导轨机构(11)，直线导轨机构(11)上安装有用于承载工件的工作台(9)，工作台(9)可沿直线导轨机构(11)的直线轨迹在熔化极气体保护焊焊接头(7)或铣削刀具装置(10)的下方根据规划路径往复运动。2.根据权利要求1所述熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，其特征在于，所述工作台(9)包括：安装在直线导轨机构(11)上的可沿着Z轴旋转的Z轴旋转臂(26)；安装在Z轴旋转臂(26)上的可绕X轴旋转的X轴旋转臂(27)；安装在X轴旋转臂(27)上的承载工件(8)的工作基台(28)，该X轴旋转臂(27)负责工作基台(28)在X轴方向转动。3.根据权利要求1所述熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，其特征在于，所述熔化极气体保护焊焊接头(7)包括：金属丝材进口(20)；焊接头外罩(22)；设置在焊接头外罩(22)尾部的水冷管接口(19)和电缆接口(21)；设置在焊接头外罩(22)端部的焊嘴18；送丝机构(2)供给的金属丝材(3)由金属丝材进口(20)进入；所述水冷管接口(19)通过水冷管6连接外部的水冷机(5)；所述电缆接口(21)通过电缆(4)连接外部的焊接电源(1)。4.根据权利要求1所述熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，其特征在于，所述铣削刀具装置(10)包括：导轨连接部(25)；Y轴旋转盘机构(29)；用于搭载铣刀(23)的铣刀安装架(24)；所述铣刀安装架(24)安装在Y轴旋转盘机构(29)上，由Y轴旋转盘机构(29)驱动其在Y轴方向旋转运动；所述Y轴旋转盘机构(29)安装在导轨连接部(25)上，导轨连接部(25)连接铣削移动导轨驱动机构。5.根据权利要求1至4中任一项所述熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，其特征在于，所述密封工作室(17)的外部还设有一个用于对密封工作室(17)内保护气进行循环的保护气循环系统。6.根据权利要求5所述熔化极气体保护焊与多轴数控机床3D打印设备，其特征在于，所述保...

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