一种可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备与方法与流程

本发明涉及金属丝材微束等离子3D打印设备，尤其涉及一种可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备与方法。

背景技术：

以微束等离子弧为热源的金属3D技术已经收到人们的广泛关注和深入研究，但是目前市场上出现的成熟的金属微束等离子3D打印设备依然较少。

与市场上较为成熟的以激光为热源的3D打印技术相比，微束等离子3D打印技术的出现极大降低了金属3D的成本，同时提高了加工效率。微束等离子3D打印设备可以适用于大尺寸、复杂结构件的增材制造并且不会明显增加加工成本，这是激光3D打印技术难以实现的。

根据等离子枪供材方式的不同可以将微束等离子3D打印技术分为喷粉式和弧外填丝式两种。喷粉式等离子枪结构较复杂，造价较弧外填丝式昂贵，且较难精确控制供粉量；弧外填丝式等离子枪结构简单，成本低廉，缺点是精度较低，对于尺寸较小、表面形状复杂的成型件。另一个关键的问题就是加工过程中仍然无法避免或者完全消除支撑结构，这就造成了部分与支撑结构相接触的表面精度下降，也会造成一定的材料浪费。由于存在上述技术难点，使得微束等离子3D打印设备的开发和普及依然存在诸多难点。

因此在微束等离子3D打印技术的应用过程中，需要提供一种造价较低同时满足加工精度和效率，甚至可以尽量避免支撑结构出现的设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备与方法。本发明成型平面不再是固定的XY平面，增材的方向不再是单一的Z轴方向，可以实现空间任意方向的增材加工，并且成型平面的倾斜方向可调；本发明克服了现有技术加工精度较低和加工过程中需添加支撑结构等技术缺陷。

本发明通过下述技术方案实现：

一种可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备，包括等离子枪15、等离子枪驱动机构、中央控制系统6、导轨支撑架13、成型基台14；所述等离子枪15由等离子枪驱动机构搭载，等离子枪驱动机构搭载等离子枪15在导轨支撑架13上运动；所述成型基台14为X-Y轴向旋转式成型基台，通过X-Y轴向旋转以改变成型基台平面的倾斜方向；

所述等离子枪驱动机构包括Z轴方向运动导轨7、Z轴方向运动控制器8、X轴方向运动控制器9、X轴方向运动导轨10、Y轴方向运动控制器11、Y轴方向固定导轨12；所述Y轴方向固定导轨12为两条，并相对固定在导轨支撑架13顶部两侧；

所述X轴方向运动导轨10的两端通过Y轴方向运动控制器11安装在Y轴方向固定导轨12上；X轴方向运动控制器9安装在X轴方向运动导轨10上；所述Z轴方向运动控制器8一端安装在X轴方向运动控制器9上，另一端安装在Z轴方向运动导轨7上；

所述Z轴方向运动导轨7和Z轴方向运动控制器8组成了等离子枪15的Z轴方向驱动；

X轴方向运动导轨10和X轴方向运动控制器9组成了等离子枪15的X轴方向驱动；

所述Y轴方向运动控制器11和Y轴方向固定导轨12组成了等离子枪15的Y轴方向驱动。

所述X-Y轴向旋转式成型基台包括一个安装在其下部的X-Y轴框架式旋转控制机构16，该成型基台平面在X、Y方向的倾斜角度由X-Y轴框架式旋转控制机构16控制。

所述X-Y轴框架式旋转控制机构16，包括X-Y轴旋转框架17、X轴旋转控制电机18和Y轴旋转控制电机19；

所述X-Y轴旋转框架17的其中两个相对边框，通过基座20的X向转轴支撑；所述X-Y轴旋转框架17的另外两个相对边框，通过支撑顶座21的Y向转轴支撑；

所述X轴旋转控制电机18控制X-Y轴旋转框架17绕X轴旋转，Y轴旋转控制电机19控制X-Y轴旋转框架17绕Y轴旋转。

所述X轴旋转控制电机18和Y轴旋转控制电机19均可正反转动，进而改变型基台平面在XY方向的倾斜角度。

该可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备还包括：金属丝材送丝机4、金属丝材存储箱5、高压保护气瓶2、等离子枪冷水机3；所述金属丝材送丝机4用于将金属丝材以恒定速率输送至等离子枪15的弧外填丝器内；所述高压保护气瓶2用于加工过程中提供保护气体，等离子枪冷水机3用于加工过程中冷却等离子枪15。

中央控制系统6用于读取路径信息文件，并控制等离子枪驱动机构以及等离子加工作业。

本发明可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备的运行方法如下：

步骤一：将处理好的加工数据导入中央控制系统6，并设置好相关加工参数；

步骤二：启动等离子枪驱动机构，调整等离子枪15和X-Y轴向旋转式成型基台14，使其位于初始状态；

步骤三：等离子枪15在中央控制系统6的控制下，按照预定规律运动方向，并产生出微束等离子弧，金属丝材经过金属丝材存储箱5、金属丝材送丝机4和弧外填丝器并以设定速率送入微束等离子弧内熔化堆积在X-Y轴向旋转式成型基台的成型平面上；

步骤四：根据成型件外形特点，调整X-Y轴向旋转式成型基台的倾斜角度；

步骤五：当成型件第一层截面加工完毕后，重复步骤二至步骤四，直至成型件加工完毕。

步骤三所述预定规律运动方向包括X、Y、Z三个方向。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明成型平面不再是固定的XY平面，增材的方向不再是单一的Z轴方向，原理上可以实现空间任意方向的增材加工。

本发明通过调整成型平面的倾斜方向，可以实现最佳角度加工金属成型件，可以使金属成型件的轮廓更加精确，降低表面粗糙度和避免成型缺陷。

本发明通过调整成型平面的倾斜方向，改变增材方向，可以使金属成型件上原本倾斜角度较大区域的位置得到调整，在不降低成型效果的基础上可以减少或者完全消除支撑结构。

本发明设备整体结构简单，成本相对于激光或电子束3D打印设备低。

本发明与传统的供粉方式相比，供丝量可以实现精确控制，避免材料浪费和环境污染。

附图说明

图1为本发明整体平面结构示意图。

图2是本发明局部立体结构示意图。

图3是本发明旋转式成型平台局部结构示意图。

图4是本发明成型基台、等离子枪及其驱动机构初始状态示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至4所示。本发明公开了一种可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备，包括等离子枪15、等离子枪驱动机构、中央控制系统6、导轨支撑架13、成型基台14；所述等离子枪15由等离子枪驱动机构搭载，等离子枪驱动机构搭载等离子枪15在导轨支撑架13上运动；所述成型基台14为X-Y轴向旋转式成型基台，通过X-Y轴向旋转以改变成型基台平面的倾斜方向；

所述等离子枪驱动机构包括Z轴方向运动导轨7、Z轴方向运动控制器8、X轴方向运动控制器9、X轴方向运动导轨10、Y轴方向运动控制器11、Y轴方向固定导轨12；所述Y轴方向固定导轨12为两条，并相对固定在导轨支撑架13顶部两侧；

所述X轴方向运动导轨10的两端通过Y轴方向运动控制器11安装在Y轴方向固定导轨12上；X轴方向运动控制器9安装在X轴方向运动导轨10上；所述Z轴方向运动控制器8一端安装在X轴方向运动控制器9上，另一端安装在Z轴方向运动导轨7上；

所述Z轴方向运动导轨7和Z轴方向运动控制器8组成了等离子枪15的Z轴方向(往复)驱动；

X轴方向运动导轨10和X轴方向运动控制器9组成了等离子枪15的X轴方向(往复)驱动；

所述Y轴方向运动控制器11和Y轴方向固定导轨12组成了等离子枪15的Y轴方向(往复)驱动。

所述X-Y轴向旋转式成型基台包括一个安装在其下部的X-Y轴框架式旋转控制机构16，该成型基台平面在X、Y方向的倾斜角度由X-Y轴框架式旋转控制机构16控制。

所述X-Y轴框架式旋转控制机构16，包括X-Y轴旋转框架17、X轴旋转控制电机18和Y轴旋转控制电机19；

所述X-Y轴旋转框架17的其中两个相对边框，通过基座20的X向转轴支撑；所述X-Y轴旋转框架17的另外两个相对边框，通过支撑顶座21的Y向转轴支撑；

所述X轴旋转控制电机18控制X-Y轴旋转框架17绕X轴旋转，Y轴旋转控制电机19控制X-Y轴旋转框架17绕Y轴旋转。

所述X轴旋转控制电机18和Y轴旋转控制电机19均可正反转动，进而改变型基台平面在XY方向的倾斜角度。

该可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备还包括：金属丝材送丝机4、金属丝材存储箱5、高压保护气瓶2、等离子枪冷水机3；所述金属丝材送丝机4用于将金属丝材以恒定速率输送至等离子枪15的弧外填丝器内；所述高压保护气瓶2用于加工过程中提供保护气体(用于保护和压缩等离子弧)，等离子枪冷水机3用于加工过程中冷却等离子枪15。

中央控制系统6用于读取路径信息文件，并控制等离子枪驱动机构以及等离子加工作业。

本发明可转动成型平台式等离子金属丝材3D打印设备的运行方法如下：

步骤一：将处理好的加工数据导入中央控制系统6，并设置好相关加工参数；

步骤二：启动等离子枪驱动机构，调整等离子枪15和X-Y轴向旋转式成型基台14，使其位于初始状态；

步骤三：等离子枪15在中央控制系统6的控制下，按照预定规律运动方向，并产生出微束等离子弧，金属丝材经过金属丝材存储箱5、金属丝材送丝机4和弧外填丝器并以设定速率送入微束等离子弧内熔化堆积在X-Y轴向旋转式成型基台的成型平面上；

步骤四：根据成型件外形特点，调整X-Y轴向旋转式成型基台的倾斜角度；

步骤五：当成型件第一层截面加工完毕后，重复步骤二至步骤四，直至成型件加工完毕。

步骤三所述预定规律运动方向包括X、Y、Z三个方向。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。