[發(fā)明專利]一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備與方法

在審

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• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106623932A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊永強(qiáng);王安民;李陽;張國慶
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 蔡克永

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬絲材微束等離子3D打印設(shè)備，尤其涉及一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備與方法。

背景技術(shù)

以微束等離子弧為熱源的金屬3D技術(shù)已經(jīng)收到人們的廣泛關(guān)注和深入研究，但是目前市場上出現(xiàn)的成熟的金屬微束等離子3D打印設(shè)備依然較少。

與市場上較為成熟的以激光為熱源的3D打印技術(shù)相比，微束等離子3D打印技術(shù)的出現(xiàn)極大降低了金屬3D的成本，同時提高了加工效率。微束等離子3D打印設(shè)備可以適用于大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的增材制造并且不會明顯增加加工成本，這是激光3D打印技術(shù)難以實現(xiàn)的。

根據(jù)等離子槍供材方式的不同可以將微束等離子3D打印技術(shù)分為噴粉式和弧外填絲式兩種。噴粉式等離子槍結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價較弧外填絲式昂貴，且較難精確控制供粉量；弧外填絲式等離子槍結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，缺點是精度較低，對于尺寸較小、表面形狀復(fù)雜的成型件。另一個關(guān)鍵的問題就是加工過程中仍然無法避免或者完全消除支撐結(jié)構(gòu)，這就造成了部分與支撐結(jié)構(gòu)相接觸的表面精度下降，也會造成一定的材料浪費(fèi)。由于存在上述技術(shù)難點，使得微束等離子3D打印設(shè)備的開發(fā)和普及依然存在諸多難點。

因此在微束等離子3D打印技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要提供一種造價較低同時滿足加工精度和效率，甚至可以盡量避免支撐結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備與方法。本發(fā)明成型平面不再是固定的XY平面，增材的方向不再是單一的Z軸方向，可以實現(xiàn)空間任意方向的增材加工，并且成型平面的傾斜方向可調(diào)；本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)加工精度較低和加工過程中需添加支撐結(jié)構(gòu)等技術(shù)缺陷。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備，包括等離子槍15、等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)、中央控制系統(tǒng)6、導(dǎo)軌支撐架13、成型基臺14；所述等離子槍15由等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)搭載，等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)搭載等離子槍15在導(dǎo)軌支撐架13上運(yùn)動；所述成型基臺14為X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺，通過X-Y軸向旋轉(zhuǎn)以改變成型基臺平面的傾斜方向；

所述等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7、Z軸方向運(yùn)動控制器8、X軸方向運(yùn)動控制器9、X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10、Y軸方向運(yùn)動控制器11、Y軸方向固定導(dǎo)軌12；所述Y軸方向固定導(dǎo)軌12為兩條，并相對固定在導(dǎo)軌支撐架13頂部兩側(cè)；

所述X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10的兩端通過Y軸方向運(yùn)動控制器11安裝在Y軸方向固定導(dǎo)軌12上；X軸方向運(yùn)動控制器9安裝在X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10上；所述Z軸方向運(yùn)動控制器8一端安裝在X軸方向運(yùn)動控制器9上，另一端安裝在Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7上；

所述Z軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌7和Z軸方向運(yùn)動控制器8組成了等離子槍15的Z軸方向驅(qū)動；

X軸方向運(yùn)動導(dǎo)軌10和X軸方向運(yùn)動控制器9組成了等離子槍15的X軸方向驅(qū)動；

所述Y軸方向運(yùn)動控制器11和Y軸方向固定導(dǎo)軌12組成了等離子槍15的Y軸方向驅(qū)動。

所述X-Y軸向旋轉(zhuǎn)式成型基臺包括一個安裝在其下部的X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16，該成型基臺平面在X、Y方向的傾斜角度由X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16控制。

所述X-Y軸框架式旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)16，包括X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17、X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18和Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19；

所述X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17的其中兩個相對邊框，通過基座20的X向轉(zhuǎn)軸支撐；所述X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17的另外兩個相對邊框，通過支撐頂座21的Y向轉(zhuǎn)軸支撐；

所述X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18控制X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17繞X軸旋轉(zhuǎn)，Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19控制X-Y軸旋轉(zhuǎn)框架17繞Y軸旋轉(zhuǎn)。

所述X軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)18和Y軸旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)19均可正反轉(zhuǎn)動，進(jìn)而改變型基臺平面在XY方向的傾斜角度。

該可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備還包括：金屬絲材送絲機(jī)4、金屬絲材存儲箱5、高壓保護(hù)氣瓶2、等離子槍冷水機(jī)3；所述金屬絲材送絲機(jī)4用于將金屬絲材以恒定速率輸送至等離子槍15的弧外填絲器內(nèi)；所述高壓保護(hù)氣瓶2用于加工過程中提供保護(hù)氣體，等離子槍冷水機(jī)3用于加工過程中冷卻等離子槍15。

中央控制系統(tǒng)6用于讀取路徑信息文件，并控制等離子槍驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及等離子加工作業(yè)。

本發(fā)明可轉(zhuǎn)動成型平臺式等離子金屬絲材3D打印設(shè)備的運(yùn)行方法如下：

步驟一：將處理好的加工數(shù)據(jù)導(dǎo)入中央控制系統(tǒng)6，并設(shè)置好相關(guān)加工參數(shù)；