一种等离子3D打印设备及方法与流程

文档序号:13083490阅读:来源:国知局
技术特征:
1.一种等离子3D打印设备,其特征在于:由监控系统、等离子束流加工系统和打印平台组成,所述打印平台包括供待打印工件(3)放置的水平打印台(4)和对水平打印台(4)的位置进行调整的打印台位置调整装置,所述水平打印台(4)安装于所述打印台位置调整装置上;所述等离子束流加工系统由安装有喷头且用于产生等离子束的等离子体发生器、对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节的打印距离调节装置、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置(1)和用于连续向所述等离子体发生器内送入打印材料的送粉器(2)组成,所述等离子体发生器位于水平打印台(4)上方且其安装在所述打印距离调节装置上;所述供气装置(1)通过供气管(5)与所述等离子体发生器上所开的进气口连接;所述等离子体发生器内设置有供所述打印材料流通的粉末流通通道(14),所述粉末流通通道(14)与所述等离子体发生器内的放电室(13-4)内部相通且其与所述进气口连通,所述粉末流通通道的外端口为进粉口(22),所述送粉器(2)的送粉口通过送粉管(6)与进粉口(22)连接;所述监控系统包括对所述打印台位置调整装置进行控制的位置调整控制器(15)、对待打印工件(3)上表面温度进行实时检测的温度检测单元(9)、对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行实时检测的距离检测单元(8)和对所述打印距离调节装置进行控制的打印距离调节控制器(10),所述位置调整控制器(15)与所述打印台位置调整装置连接,所述打印距离调节控制器(10)与所述打印距离调节装置连接,所述温度检测单元(9)和距离检测单元(8)均与打印距离调节控制器(10)连接;所述温度检测单元(9)与打印距离调节控制器(10)组成温度调控装置。2.按照权利要求1所述的一种等离子3D打印设备,其特征在于:所\t述监控系统还包括对所述等离子体发生器进行控制的等离子发生控制器(7)、对供气管(5)的气体流量进行实时检测的气体流量检测单元(11)和对供气管(5)上安装的流量调节阀(24)进行控制的气体流量控制器(12),所述等离子发生控制器(7)与所述等离子体发生器连接,所述气体流量检测单元(11)与气体流量控制器(12)连接。3.按照权利要求1或2所述的一种等离子3D打印设备,其特征在于:所述等离子体发生器包括等离子枪(13),所述喷头为等离子枪(13)前端的阳极喷嘴(13-2);所述等离子枪(13)包括开有所述进气口的枪体(13-1)、位于枪体(13-1)正前方的阳极喷嘴(13-2)和插装于枪体(13-1)内的阴极(13-3),所述阳极喷嘴(13-2)位于阴极(13-3)前侧,所述放电室(13-4)位于阴极(13-3)前侧且其位于阳极喷嘴(13-2)的后部内侧,所述阳极喷嘴(13-2)的前部内侧为喷口(13-5)。4.按照权利要求3所述的一种等离子3D打印设备,其特征在于:所述阳极喷嘴(13-2)、阴极(13-3)和放电室(13-4)均与枪体(13-1)呈同轴布设;所述粉末流通通道(14)与枪体(13-1)呈倾斜布设且其前端伸入至喷口(13-5)内,所述粉末流通通道(14)为直线式通道且其包括布设在枪体(13-1)内的后侧通道和布设在阳极喷嘴(13-2)内的前侧通道。5.按照权利要求4所述的一种等离子3D打印设备,其特征在于:所述进气口位于枪体(13-1)后侧,所述喷口(13-5)与枪体(13-1)呈同轴布设或与粉末流通通道(14)呈同轴布设。6.按照权利要求1或2所述的一种等离子3D打印设备,其特征在于:所述打印台位置调整装置为三轴数控机床(16);所述等离子体发生器产生的等离子束的中心轴线与竖直面之间的夹角不大于45°;所述打印距离调节装置为沿所述等离子束的中心轴线对所述喷头进行上下调整的上下调整装置(17),所述距离检测单元(8)为对沿所述等离子束的中心轴线从所述喷头的出口到水平打印台(4)之间的距离进行实时检测的距离检测装置。7.按照权利要求1或2所述的一种等离子3D打印设备,其特征在于:所述送粉器(2)包括上部开有进料口的外壳和安装在所述外壳内的送粉轮,所述送粉轮由驱动电机(19)进行驱动;所述送粉口位于所述外壳下部;所述监控系统还包括对送粉管(6)的送粉流量进行实时检测的粉末流量检测单元(18)和对驱动电机(19)进行控制的送粉流量控制器(20),所述粉末流量检测单元(18)与送粉流量控制器(20)连接。8.一种利用如权利要求1所述等离子3D打印设备对待打印工件进行3D打印的方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一、待打印工件三维立体模型获取及分层切片处理:采用数据处理设备且调用图像处理模块获取待打印工件(3)的三维立体模型,再调用分层切片模块对待打印工件(3)的三维立体模型进行分层切片,并获得多个分层截面图像;多个所述分层截面图像为对待打印工件(3)的三维立体模型进行分层切片后获得多个分层截面的图像,多个所述分层截面由下至上均匀布设;步骤二、扫描路径填充:采用数据处理设备且调用所述图像处理模块,对步骤一中多个所述分层截面图像分别进行处理,并完成多个所述分层截面的扫描路径填充过程,获得多个所述分层截面的扫描路径;步骤三、打印路径获取:所述数据处理设备根据步骤二中获得的多个\t所述分层截面的扫描路径,获得多个所述分层截面的打印路径;每个所述分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同;步骤四、由下至上逐层打印:根据步骤三中获得的多个所述分层截面的打印路径,由下至上逐层对待打印工件(3)进行打印,获得由多个成型层由下至上堆叠而成的工件成品;所述成型层的数量与步骤一中所述分层截面的数量相同,多个所述成型层的布设位置分别与多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同,所述成型层的层厚与相邻两个所述分层截面之间的距离相同,步骤三中多个所述分层截面的打印路径分别为多个所述成型层的打印路径;对待打印工件(3)进行打印时,过程如下:步骤401、底层打印:所述位置调整控制器(15)根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径,对所述打印台位置调整装置进行控制并带动水平打印台(4)在水平面上进行移动;所述水平打印台(4)移动过程中,所述等离子束流加工系统将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至水平打印台(4)上;待所喷熔融液滴均凝固后,完成当前所打印成型层的打印过程;本步骤中,当前所打印成型层为多个所述成型层中位于最底部的成型层;步骤402、上一层打印,包括以下步骤:步骤4021、水平打印台下移:所述位置调整控制器(15)通过控制所述打印台位置调整装置,带动水平打印台(4)在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同;步骤4022、打印及同步温控:所述位置调整控制器(15)根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径,对所述打印台位置调整装置进行控制并带动水平打印台(4)在水平面上进行移动;所述水平打印台(4)移动过程中,所述等离子束流加工系统将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至当前已打印好的下一个所述成型层的上表面上;待所喷熔融液滴均凝固后,完成当前所打印成型层的打印过程;本步骤中,所述水平打印台(4)移动过程中,通过温度检测单元(9)对当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度进行实时检测并将所检测温度信息同步传送至打印距离调节控制器(10),同时通过距离检测单元(8)对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行实时检测并将所检测的距离信息同步传送至打印距离调节控制器(10);所述打印距离调节控制器(10)根据温度检测单元(9)所检测的温度信息且通过控制所述打印距离调节装置对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节,使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度不高于待打印工件(3)的材质熔点的0.6倍;步骤401和步骤4022中所述水平打印台(4)移动过程中,所述送粉器(2)将所述打印材料连续送至所述等离子体发生器内,且在所述工作气体的作用下送入所述等离子体发生器内的打印材料被送至所述等离子体发生器内产生的等离子束内并熔化为熔融液滴,所述熔融液滴均匀分布于所述等离子束内,并形成内带熔融液滴的等离子束流;所述打印材料为粉末状材料;步骤403、多次重复步骤402,直至完成待打印工件(3)所有成型层的打印过程。9.按照权利要求8所述的对待打印工件进行3D打印的方法,其特征在于:步骤四中由下至上逐层打印之前,步骤一中所述数据处理设备先根据预先建立的材质熔点及打印距离数据库,并结合通过参数输入单元预先输入的待打印工件(3)的材质名称,对待打印工件(3)的基础打印距离进行确定;所述参数输入单元与所述数据处理设备相接;所述材质熔点及打印距离数据库中存储有多种材质的材质熔点及打印距离信息,每种所述材质的材质熔点及打印距离信息均包括该种材质的名称、熔点和基础打印距离;所述基础打印距离为5mm~1000mm,且材质熔点越高,基础打印距离越近;步骤401中进行底层打印之前,所述打印距离调节控制器(10)根据距离检测单元(8)所检测的距离信息且通过控制所述打印距离调节装置将所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离调节为所述基础打印距离;步骤401中底层打印过程中,所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离为所述基础打印距离;步骤4022中进行打印及同步温控之前,所述打印距离调节控制器(10)根据距离检测单元(8)所检测的距离信息并结合水平打印台(4)的向下移动次数与每次向下移动高度,且通过控制所述打印距离调节装置将所述喷头的出口与当前已打印好的下一个所述成型层的上表面之间的距离调节为所述基础打印距离;步骤4022中对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节时,所述打印距离调节控制器(10)根据温度检测单元(9)所检测的温度信息并结合距离检测单元(8)所检测的距离信息对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节,使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度控制在待打印工件(3)的材质熔点的0.1倍~0.6倍之间;并且,对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节时,调节幅度为5mm~60mm,且材质熔点越高,调节幅度越小。10.按照权利要求8或9所述的对待打印工件进行3D打印的方法,其特征在于:所述送粉器(2)包括上部开有进料口的外壳和安装在所述外壳内的送粉轮,所述送粉轮由驱动电机(19)进行驱动;所述送粉口位于所述外壳下部;所述监控系统还包括对所述等离子体发生器进行控制的等离子发生控制器(7)、对供气管(5)的气体流量进行实时检测的气体流量检测单元(11)、对供气管(5)上安装的流量调节阀(24)进行控制的气体流量控制器(12)、对送粉管(6)的送粉流量进行实时检测的粉末流量检测单元(18)和对驱动电机(19)进行控制的送粉流量控制器(20),所述等离子发生控制器(7)与所述等离子体发生器连接,所述气体流量\t检测单元(11)与气体流量控制器(12)连接;所述粉末流量检测单元(18)与送粉流量控制器(20)连接;所述距离检测单元(8)与气体流量控制器(12)连接;步骤四中由下至上逐层打印之前,步骤一中所述数据处理设备先根据预先建立的气体及粉末流量数据库,并结合预先设定的所述成型层的层厚,对供气管(5)的基础气体流量和送粉管(6)的送粉流量进行确定;所述气体及粉末流量数据库内存储有多种不同层厚的成型层所需的送粉流量和基础气体流量;所述基础气体流量为5ml/min~500ml/min,且送粉管(6)的送粉流量越大,所述基础气体流量越大;步骤401和步骤4022中所述水平打印台(4)移动过程中,所述粉末流量检测单元(18)对送粉管(6)的送粉流量进行实时检测并将所检测信息同步传送至送粉流量控制器(20),所述送粉流量控制器(20)根据预先确定的送粉管(6)的送粉流量并结合粉末流量检测单元(18)所检测信息对驱动电机(19)进行控制,使送粉管(6)的送粉流量均与预先确定的送粉流量相同;步骤401中进行底层打印之前,所述气体流量控制器(12)根据气体流量检测单元(11)所检测信息且通过控制流量调节阀(24)将供气管(5)的气体流量调整为所述基础气体流量;步骤401中底层打印过程中,所述供气管(5)的气体流量为所述基础气体流量;步骤4022中进行打印及同步温控过程中,所述气体流量控制器(12)根据气体流量检测单元(11)所检测信息并结合距离检测单元(8)所检测距离信息,且通过控制流量调节阀(24)对供气管(5)的气体流量进行增减调整;并且,所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离越大,所述供气管(5)的气体流量越大。
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