等离子增材与机械切削的3D打印设备制造技术

一种等离子增材与机械切削的3D打印设备，包括气保护成形室，所述气保护成形室内设有成形工作台和设置在所述成形工作台上方的三轴运动机构，还包括等离子成形装置、机械切削装置，以及控制模块。控制模块用于控制所述等离子成形装置产生等离子微弧成形出所述工件，以及控制所述三轴运动机构带动所述机械切削装置对所述工件的扫描轮廓进行切削。本实用新型专利技术提供的3D打印设备通过等离子成形装置采用等离子弧作为3D成形打印的热源，极大的改善了目前3D打印存在的成形效率低的问题，同时辅之机械切削装置通过激光对工件的轮廓精密切削，可以将打印工件的尺寸扩展到1200mm，由此可以高效地打印制造大型精密零部件。

3D printing equipment for plasma increasing and mechanical cutting

A 3D printing device for plasma increasing and mechanical cutting includes a gas protection forming chamber. The gas protection forming chamber is provided with a forming worktable and a three axis motion mechanism above the forming table, and also includes a plasma forming device, a mechanical cutting device, and a control module. The control module is used to control the plasma forming device to produce the plasma microarc forming of the workpiece, and to control the three axis motion mechanism to drive the mechanical cutting device to cut the scanning outline of the workpiece. The 3D printing equipment provided by the utility model uses plasma arc as the heat source of 3D forming and printing, which greatly improves the low forming efficiency of 3D printing at present. At the same time, the machine cutting device can expand the size of the printed piece to 12 by laser cutting the outline of the workpiece by laser. 00mm, which can efficiently print and manufacture large precision parts.

【技术实现步骤摘要】
等离子增材与机械切削的3D打印设备
本技术属于3D打印领域，具体涉及一种3D打印设备。
技术介绍
增材制造是21世纪具有代表性的先进制造技术，尤其适合传统制造技术难以低成本、高效率、低损耗完成的复杂结构制造。增材制造依据CAD数据逐层累加材料的方法制造实体零件，采取材料逐点累积形成面，逐面累积成为体的增量堆积打印零件，具有无模具、短周期、高性能、个性化和快速反应等特点，在健康医疗、航空航天、模具制造等行业具有极大的应有价值。目前，发展较为成熟的金属增材制造技术主要有选区激光熔化(SLM)、激光净近成形(LENS)，电子束熔融沉积等。现有的金属直接成形工艺是利用激光束或电子束等高能密度束斑将金属粉末按分层切片数据逐层熔融堆积，最终形成实体零件。由于激光束(50μm～70μm)或电子束(120μm～200μm)束斑尺寸小，逐层熔融厚度20～50μm，因此粉末沉积速率低，通常为100～200mm3/h，打印一个小型精度零件需耗时近10小时，通常应用于小尺寸的零部件加工领域。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要发展一种等离子增材与机械切削的3D打印设备，旨在提供一种3D打印加工装备以扩展3D打印的工件的加工尺寸。为此，本技术提供了一种等离子增材与机械切削的3D打印设备，包括气保护成形室，所述气保护成形室内设有成形工作台和设置在所述成形工作台上方的三轴运动机构，所述成形工作台用于承载逐层堆积成形的工件，还包括：等离子成形装置，包括等离子成形枪，以及与所述等离子成形枪连接的等离子电源和送粉装置，所述等离子成形枪与所述三轴运动机构连接，设置在所述成形工作台的上方；机械切削装置，包括切削刀具和主轴，所述切削刀具安装于所述主轴的底端，所述主轴的顶端连接于所述三轴运动机构；控制模块，分别与所述三轴运动机构、机械切削装置和等离子成形装置连接，用于控制所述等离子成形装置产生等离子微弧，所述等离子微弧聚焦在所述等离子成形枪输出的粉末上在所述成形工作台上成形出所述工件；以及，用于控制所述三轴运动机构带动所述机械切削装置对所述工件的扫描轮廓进行切削。进一步的，所述等离子成形枪内设有电极和粉末输送腔，所述电极与一等离子电源连接，所述粉末输送腔与一送粉器连接，所述等离子电源和送粉器设置于所述气保护成形室外部。进一步的，所述等离子成形枪内还设有保护气送气腔和冷却水腔至少之一，所述保护气送气腔或所述冷却水腔设于所述等离子成形枪的内部。进一步的，所述等离子成形枪提供成形过程的等离子微弧，所述等离子微弧的直径为0.8mm～1.2mm，沉积速率500～1500mm3/h，沉积厚度为50μm～500μm。进一步的，所述三轴运动机构能带动所述主轴或等离子成形枪沿XYZ三个方向移动，其中，X轴的运动距离为0～1200mm，Y轴的运动距离0～800mm，Z轴的运动距离0～600mm。进一步的，所述切削刀具包括铣头和磨头。进一步的，所述3D打印设备还设有分别与所述气保护成形室连接的真空抽气装置、气体循环净化装置和氧浓度探测仪，其中，所述真空抽气装置用于抽取所述气保护成形室内的气体；气体循环净化装置用于循环净化所述气保护成形室内的气体；氧浓度探测仪用于探测所述气保护成形室内的氧气浓度。进一步的，所述气保护成形室内还设有成形缸，所述成形工作台设于所述成形缸内。进一步的，所述气保护成形室内的氧气浓度小于100ppm。进一步的，所述3D打印设备的成形工件尺寸为1200mm*800mm*600mm。相较于现有技术，本技术提供的等离子增材与机械切削的3D打印设备通过等离子成形装置释放等离子体，使等离子体经过喷嘴时产生机械压缩、热压缩和电磁压缩形成高能量密度的等离子弧，采用等离子弧作为3D成形打印的热源，可以使粉末熔化的效率提高10～30倍以上，极大的改善了目前3D打印存在的成形效率低的问题，同时辅之机械切削装置通过切削头对工件的轮廓精密切削，可以将打印工件的尺寸扩大到1200mm，由此可以高效率、高精密度地打印制造大型精密零部件。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例提供的等离子增材与机械切削的3D打印设备的结构示意图。图2是本技术实施例提供的等离子增材与机械切削的3D打印设备的等离子成形枪的结构示意图。主要元件符号说明：气保护成形室10三轴运动机构20等离子成形装置30送粉器31保护气源32水冷循环装置33等离子电源34电极35保护气送气腔36粉末输送腔37冷却水腔38机械切削装置40主轴41切削刀具42气体循环净化装置50真空抽气装置60成形工作台70成形缸71工件72如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本技术。具体实施方式为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，所描述的实施方式仅仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。在本技术的各实施例中，为了便于描述而非限制本技术，本技术专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。图1是本技术实施例提供的等离子增材与机械切削的3D打印设备的结构示意图。如图1所示，一种等离子增材与机械切削的3D打印设备包括气保护成形室10、三轴运动机构20、控制模块，机械切削装置40和等离子成形装置。气保护成形室10内设有成形工作台70，所述成形工作台70用于承载逐层堆积成形的工件72。其中，所述气保护成形室10优选为密闭封腔，其内为真空或充盈预定浓度的惰性气体。本实施方式中，所述气保护成形室10内的氧气浓度小于100ppm，以避免对金属粉末或成形件的氧化损害。所述气保护成形室10大致呈方形，成形尺寸为1200mm*800mm*600mm。可以理解的是，所述气保护成形室10的形状也可以是其他任意适宜的形状，例如圆形等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子增材与机械切削的3D打印设备，包括气保护成形室，所述气保护成形室内设有成形工作台和设置在所述成形工作台上方的三轴运动机构，所述成形工作台用于承载逐层堆积成形的工件，其特征在于，还包括：等离子成形装置，包括等离子成形枪，以及与所述等离子成形枪连接的等离子电源和送粉装置，所述等离子成形枪与所述三轴运动机构连接，设置在所述成形工作台的上方；机械切削装置，包括切削刀具和主轴，所述切削刀具安装于所述主轴的底端，所述主轴的顶端连接于所述三轴运动机构；控制模块，分别与所述三轴运动机构、机械切削装置和等离子成形装置连接，用于控制所述等离子成形装置产生等离子微弧，所述等离子微弧聚焦在所述等离子成形枪输出的粉末上在所述成形工作台上成形出所述工件；以及，用于控制所述三轴运动机构带动所述机械切削装置对所述工件的扫描轮廓进行切削。

【技术特征摘要】
1.一种等离子增材与机械切削的3D打印设备，包括气保护成形室，所述气保护成形室内设有成形工作台和设置在所述成形工作台上方的三轴运动机构，所述成形工作台用于承载逐层堆积成形的工件，其特征在于，还包括：等离子成形装置，包括等离子成形枪，以及与所述等离子成形枪连接的等离子电源和送粉装置，所述等离子成形枪与所述三轴运动机构连接，设置在所述成形工作台的上方；机械切削装置，包括切削刀具和主轴，所述切削刀具安装于所述主轴的底端，所述主轴的顶端连接于所述三轴运动机构；控制模块，分别与所述三轴运动机构、机械切削装置和等离子成形装置连接，用于控制所述等离子成形装置产生等离子微弧，所述等离子微弧聚焦在所述等离子成形枪输出的粉末上在所述成形工作台上成形出所述工件；以及，用于控制所述三轴运动机构带动所述机械切削装置对所述工件的扫描轮廓进行切削。2.如权利要求1所述的等离子增材与机械切削的3D打印设备，其特征在于，所述等离子成形枪内设有电极和粉末输送腔，所述电极与一等离子电源连接，所述粉末输送腔与一送粉器连接，所述等离子电源和送粉器设置于所述气保护成形室外部。3.如权利要求2所述的等离子增材与机械切削的3D打印设备，其特征在于，所述等离子成形枪内还设有保护气送气腔和冷却水腔至少之一，所述保护气送气腔或所述冷却水腔设于所述等离子成形枪的内部。4.如权利要求3所述的等离子增材与机械切削的3D打印设备，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚文军，刘建业，牛留辉，黄文欢，高文华，徐卡里，关子民，
申请(专利权)人：广东汉邦激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44