[發明專利]一種基于層流等離子體射流的金屬3D打印成型方法與裝置

有效

• 申請號: 201810232438.0
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108480628B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 曹修全;姚進;陳艷;余德平
• 申請（專利權）人: 四川理工學院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

1.一種基于層流等離子體射流的金屬3D打印成型裝置，包括機架（1）、控制器（2）、升降式工作箱（3）和x、y軸聯動導軌（4），所述機架（1）的側部固設有控制器（2），機架（1）的底部設有升降式工作箱（3），機架（1）的頂部設有x、y軸聯動導軌（4），其特征在于：還包括層流等離子體發生裝置（5）、金屬粉末回收系統（6）、鋪粉裝置（7）和送粉裝置（8），所述層流等離子體發生裝置（5）設在x、y軸聯動導軌（4）上，所述金屬粉末回收系統（6）設在機架（1）的底部，且位于升降式工作箱（3）的兩側，所述送粉裝置（8）固設在機架（1）頂部，所述鋪粉裝置（7）位于送粉裝置（8）的下方，且鋪粉裝置（7）可在升降式工作箱（3）上部縱向移動；所述的升降式工作箱（3）包括工作臺（301）、升降機構（302）和工作箱體（303）所述工作臺（301）設在工作箱體（303）上部，所述升降機構（302）安裝在工作臺（301）與工作箱體（303）之間；所述的鋪粉裝置（7）包括縱向導軌（701）、料斗（702）、螺旋送料器（703）和刮粉板（704），所述縱向導軌（701）與y軸導軌（402）平行，且縱向導軌（701）設于y軸導軌（402）的下方，所述螺旋送料器（703）可沿縱向導軌（701）滑動，所述螺旋送料器（703）的上部設有料斗（702），螺旋送料器（703）的下部設有刮粉板（704），所述刮粉板（704）的底部為錐面結構，所述螺旋送料器（703）的兩側均設有可打開或關閉的卸料口（705），所述卸料口（705）與工作臺（301）在水平方向上尺寸相同；所述的機架（1）的底部設有齒條式導軌（9），所述齒條式導軌（9）延伸至機架（1）的外部，升降式工作箱（3）可沿齒條式導軌（9）滑動，所述齒條式導軌（9）的兩端固設有行程限位塊（10）。

2.根據權利要求1所述的一種基于層流等離子體射流的金屬3D打印成型裝置，其特征在于：所述的x、y軸聯動導軌（4）包括x軸導軌（401）和y軸導軌（402），所述y軸導軌（402）設置在機架（1）頂部的兩側，所述x軸導軌（401）垂直于y軸導軌（402）設置，且兩端與y軸導軌（402）滑動配合。

3.根據權利要求2所述的一種基于層流等離子體射流的金屬3D打印成型裝置，其特征在于：所述的層流等離子體發生裝置（5）包括層流等離子體發生器（501）和輔助裝置（502），所述層流等離子體發生器（501）套裝x軸導軌（401）上，可沿著x軸導軌（401）滑動，所述輔助裝置（502）與層流等離子體發生器（501）連接，輔助裝置（502）包括供氣裝置、冷卻系統和電源裝置。

4.根據權利要求1所述的一種基于層流等離子體射流的金屬3D打印成型裝置，其特征在于：所述的金屬粉末回收系統（6）包括儲粉罐（601）、粉末回收槽（602）和真空泵，所述粉末回收槽（602）設置在機架（1）底部，且位于升降式工作箱（3）的兩側，真空泵的吸風口與粉末回收槽（602）連接，真空泵的出風口與儲粉罐（601）連接。

5.根據權利要求1所述的一種基于層流等離子體射流的金屬3D打印成型裝置，其特征在于：所述的控制器（2）包括中央處理單元和顯示控制儀，所述中央處理單元與顯示控制儀電連接，所述中央處理單元處理來自顯示控制儀發出的指令。

6.根據權利要求1-5任意一項所述的一種基于層流等離子體射流的金屬3D打印成型裝置的打印方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

S1、待打印金屬零件模型的預處理，所述預處理包括排版布局和模型切片處理；

S2、將預處理后的模型信息導入打印設備的控制器（2）；

S3、根據金屬零件的尺寸精度和強度要求，在控制器（2）中設置打印參數；

S4、打印設備初始化，升降式工作箱（3）復位到初始位置，開啟送粉裝置（8），儲料倉（802）不斷儲存金屬粉，達到重量檢測裝置設定的閥值時，儲料倉（802）停止儲粉，所述儲料倉（802）將儲存的金屬粉末輸送給鋪粉裝置（7），所述鋪粉裝置（7）在升降式工作箱（3）上預鋪5~10層金屬粉末作為預鋪金屬粉末層；所述的升降式工作箱（3）包括工作臺（301）、升降機構（302）和工作箱體（303），所述工作臺（301）設在工作箱體（303）上部，所述升降機構（302）安裝在工作臺（301）與工作箱體（303）之間；所述的鋪粉裝置（7）包括縱向導軌（701）、料斗（702）、螺旋送料器（703）和刮粉板（704），所述縱向導軌（701）與y軸導軌（402）平行，且縱向導軌（701）設于y軸導軌（402）的下方，所述螺旋送料器（703）可沿縱向導軌（701）滑動，所述螺旋送料器（703）的上部設有料斗（702），其下部設有刮粉板（704），所述刮粉板（704）的底部為錐面結構，所述螺旋送料器（703）的兩側均設有可打開或關閉的卸料口（705），所述卸料口（705）與工作臺（301）在水平方向上尺寸相同；

S5、層流等離子體發生裝置（5）在控制器（2）的控制下，通過x、y軸聯動導軌（4）的聯動配合，移動至金屬模型第一層打印的初始位置后，開始產生層流等離子體射流，并沿著金屬零件模型切片文件第一層輪廓路徑加熱，使升降式工作箱（3）上預鋪金屬粉末燒結，形成金屬零件第一層輪廓；

S6、鋪粉裝置（7）在步驟S5中的第一層輪廓的基礎上鋪設一層金屬粉末，層流等離子體發生裝置（5）按照第二層輪廓路徑加熱，使當前層金屬粉末燒結，形成金屬零件第二層輪廓；

S7、重復步驟S6直至最后一層輪廓的燒結，層流等離子體發生裝置（5）逐層將金屬粉末加熱，燒結成型，直至金屬零件打印完成；

S8、關閉3D打印成型，靜置至升降式工作箱（3）溫度接近室溫；

S9、取出金屬零件，開啟金屬粉末回收系統（6）回收工作箱和粉末回收槽（602）內殘余的金屬粉末，完成打印工作。