[發明專利]一種基于金屬絲熔融沉積成型的五軸3D打印裝置及成型方法

在審

• 申請號: 201710454756.7
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN109128175A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 賈和平;劉浩;曹明
• 申請（專利權）人: 江蘇九鈺機械有限公司
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于金屬絲熔融沉積成型的五軸3D打印裝置，其特征在于：包括打印噴頭、可升降的主軸(Z軸)，X方向的導軌和滑臺、Y方向的導軌和滑臺，水平軸支架，垂直支架，打印基臺，伺服電機(5個)，電機數字控制器，線圈預熱感應器(2個)。

所述打印噴頭作為加工主軸安裝在Z向升降臺上，升降臺安裝Z向立柱上，即噴頭具有垂直方向的一個自由度。

所述垂直支架與水平支架中部固連，其在水平支架以下的部分安裝立式伺服電機。立式伺服電機采用加長軸，加長軸在兩個與水平支架對稱的位置與垂直支架通過軸承連接。

所述電機軸在遠離電機的一端通過螺栓連接設置金屬安裝板，安裝板可以通過螺栓連接打印基臺，也可以安裝卡盤。卡盤和基臺根據需要進行裝卸。

所述水平支架的兩側由立式支柱支撐。水平支架與立式支架通過軸承連接，確保水平支架轉動。其一端與臥式伺服電機軸固連(A軸)。電機軸與X軸平行。水平支架及其驅動電機安裝在X方向的滑臺上，X方向的導軌安裝在Y方向的滑臺上。

每個伺服電機由一個數字控制器控制，五個數字控制器在整個裝置的中央計算機協調下向各自控制的伺服電機發出運動指令，完成加工零件的統一動作。

所述打印基臺安裝線圈感應預熱器，可以根據需要對基臺進行預熱。另一感應預熱器安裝在X周一端工件的可達位置，根據需要對工件進行預熱。

2.權利1所述垂直支架，其特征在于：

(1)分為上下兩部分分別與水平支架固連；

(2)上下兩部分帶有圓柱形卡口，以便安裝軸承，兩個卡口關于水平支架對稱；

(3)支架下部安裝立式伺服電機。

3.權利1所述的水平支架，其特征在于：

(1)兩端為圓柱形結構，以便連接軸承；

(2)中間為扁平結構，一邊安裝垂直支撐；

(3)其材料為碳素鋼結構，扁平結構的厚度和圓柱的直徑確保在本裝置可打印工件的范圍內變形量小于1微米。

4.權利1所屬的電機加長軸，其特征是：電機軸遠離電機的一端通過螺栓連接設置圓形金屬安裝板，金屬安裝板上有圓形陣列的螺拴孔12個。

5.采用本裝置對工件的打印工藝流程是：

(1)獲取工件CAD模型；

(2)通過工藝規劃將工件的CAD模型分為一個主體部和若干支件部，主體部首先打印，支件部的打印次序根據噴頭與工件不干涉的原則進行預先規劃；

(3)對主體部和支件部進行切片，主體部以打印基臺為切片基準面，支件部以支件與主體連接部分的切平面為切片基準面；

(4)在每個截面上計算噴頭的運動軌跡，軌跡描述形式為逐點連接的折線。計算軌跡時，通過五軸聯動確保軌跡中的每個子線段與下層已打印的部分在同一個垂直面上，以滿足熔融成型的特點；

(5)安裝打印基臺，噴頭與基臺對刀，確定起始的相對位置；

(6)如果需要，啟動感應線圈預熱基臺；

(7)按照預設噴頭路徑打印工件的主體部；

(8)待主體步冷卻，將其從基臺取下；

(9)將打印基臺卸下用卡盤替換；

(10)工件主部在卡盤上裝夾，如果需要，進行預熱；

(11)按照預設的支件打印次序和路徑打印各個支件部。

6.權利5所述步驟(2)的特征是：按照工件CAD模型的中軸將模型劃分成主體部和支件部。并且主體部和各個支件部總存在一個先打印主體部的打印排序，在這個排序下，噴頭與工件在打印過程中無干涉。

7.權利5所述步驟(4)的特征是：熔融成型要求軌跡中的每個子線段與下層已打印的部分在同一個垂直面上，而本裝置和相應的軌跡生成技術可以滿足這一要求。