一种冷喷涂系统的制作方法

本实用新型涉及喷涂设备技术领域，尤其涉及一种冷喷涂系统。

背景技术：

超音速冷喷涂又称低压冷喷涂，是一种针对金属喷涂的三维打印技术。由于压缩气体通过缩放管可以产生超音速气流，将粉末沿轴向送入超音速气流中，形成气固双相流，经加速后在完全固态下撞击基体，发生较大的塑性变形而沉积在基体表面上形成涂层。冷喷涂用于制备各种功能性涂层和纳米涂层，在汽车制造业、机械零件的修复再制造、航空航天等领域得到了广泛应用。

由于现有的喷涂设备不能进行多个自由度的运动，对于形状结构复杂的工件而言，现有的冷喷涂设备难以根据工件自身形状实时调整喷涂路径，以实现包括负角度打印在内的三维打印成型。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种冷喷涂系统，可以实现形状结构复杂的工件的三维打印成型。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种冷喷涂系统，包括：

载台，用于承载工件；

调整机构，其转动连接于所述载台，所述调节机构能调节所述载台沿X向、Y向及Z向的位移及沿X向和Y向的转动，所述X向、所述Y向及所述Z向两两相互垂直；

喷涂机构，其位于所述调整机构的一侧，所述喷涂机构能向所述工件喷涂粉末；

控制机构，所述控制机构分别电连接于所述调整机构和所述喷涂机构。

作为优选，所述调整机构包括工作台、主调节组件及子调节组件，所述主调节组件的一端转动连接于所述载台，另一端滑动设置于所述工作台上，所述子调节组件的两端分别转动连接于所述载台和所述工作台。

作为优选，所述子调节组件的数量为多个，多个所述子调节组件环绕于所述主调节组件的周围且沿所述工作台的周向均匀设置。

作为优选，所述主调节组件包括与所述工作台滑动设置的滑块、主套筒及穿设于所述主套筒的主连杆，所述主套筒的一端转动连接于所述滑块，另一端与所述主连杆滑动配合，所述主连杆远离所述主套筒的一端转动连接于所述载台。

作为优选，所述子调节组件包括子套筒及穿设于所述子套筒的子连杆，所述子套筒的一端转动连接于所述工作台，另一端与所述子连杆滑动配合，所述子连杆远离所述子套筒的一端转动连接于所述载台。

作为优选，所述喷涂机构包括依次转动相连接的基座、与所述基座转动连接的的连杆，和转动连接在所述连杆的自由端的及喷头，所述喷头用于向所述工件喷涂粉末。

作为优选，还包括用于扫描工件上的粉末量的光学扫描器，所述光学扫描器设置于所述喷涂机构上并电连接于所述控制机构。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的冷喷涂系统，通过调整机构、喷涂机构及控制机构的相互配合，控制机构控制调整机构的三维移动和两维转动，并及时调整喷涂机构以协同配合调节机构，使得喷涂机构可以精确将粉末喷涂至工件上，实现形状结构复杂的三维打印成型。

附图说明

图1是本实用新型冷喷涂系统的结构示意图；

图2是本实用新型冷喷涂方法中工件分层示意图；

图3是本实用新型冷喷涂方法的流程图。

图中：

1、载台；2、调整机构；3、喷涂机构；4、光学扫描器；100、工件；

21、工作台；22、主调节组件；23、子调节组件；

211、滑槽；

221、滑块；222、主套筒；223、主连杆；

231、子套筒；232、子连杆；

31、基座；32、第一连杆；33、第二连杆；34、第三连杆；35、喷头。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实施例提供了一种冷喷涂系统，用于工件100的三维打印，如图1所示，该冷喷涂系统包括：载台1、调整机构2、喷涂机构3及控制机构，载台1为圆柱形结构，用于承载工件100，工件100具体以四棱锥台为例。调整机构2转动连接于载台1，调整机构2能调节载台1沿X向、Y向及Z向的平动及沿X向和Y向的转动，使得载台1可以实现三维平动和两维转动，其中X向、Y向及Z向两两相互垂直。喷涂机构3作为喷涂模块，其位于调整机构2的一侧，用于向工件100喷涂粉末。控制机构分别电连接于调整机构2和喷涂机构3，实现自动化控制。

本实施例提供的冷喷涂系统，通过调整机构2、喷涂机构3及控制机构的相互配合，控制机构控制调整机构2的三维移动和两维转动，并及时调整喷涂机构3以协同配合调节机构，使得喷涂机构3可以精确将粉末喷涂至工件100上，实现形状结构复杂的三维打印成型。

如图1所示，上述调整机构2包括工作台21、子调节组件23及多个主调节组件22，工作台21为圆柱形结构，多个子调节组件23环绕于主调节组件22的周围，且多个子调节组件23沿工作台21的周向均匀设置，本实施例中子调节组件23的数量优选五个，达到五轴并联的效果，具体数量可以根据实际生产需要进行调整。其中主调节组件22的一端转动连接于载台1，另一端滑动设置于工作台21上，子调节组件23的两端分别转动连接于载台1和工作台21，在主调节组件22和子调节组件23的相互配合下，用于载台1上的工件100进行空间位置调整。

为了实现主调节组件22和工作台21的滑动配合，在工作台21的顶面上开设有滑槽211。在工作台21的顶面上开设有滑槽211，滑槽211穿过工作台21的中心，因此滑槽211的长度与工作台21的直径相同，采用这种设置，主调节组件22可以沿工作台21相对滑动的移动范围达到最大，从而增加了载台1上的工件100空间位置调整的范围，利于形状复杂工件100的三维打印成型。

进一步地，主调节组件22包括与滑槽211滑动设置的滑块221、主套筒222及穿设于主套筒222的主连杆223，主套筒222的一端转动连接于滑块221，另一端与主连杆223滑动配合，主连杆223远离主套筒222的一端转动连接于载台1。通过设置滑块221、主套筒222和主连杆223，使得工作台21和载台1之间依次具有移动副、转动副、移动副及转动副，从而实现载台1相对于工作台21的动态位置调整。

进一步地，子调节组件23包括子套筒231及穿设于子套筒231的子连杆232，子套筒231的一端转动连接于工作台21，另一端与子连杆232滑动配合，子连杆232远离子套筒231的一端转动连接于载台1。通过设置子套筒231和子连杆232使得工作台21和载台1之间依次具有转动副、移动副及转动副，进一步加强了载台1相对于工作台21的动态位置调整范围。可以理解的是，上述转动连接可以是虎克铰、球铰及万向节中的任意一种。

为了增强工件100喷涂粉末的效果，控制机构还可以控制喷涂机构3的运动轨迹，以达到配合调整机构2的目的。进一步地，喷涂机构3包括依次转动相连接的基座31、与基座31转动连接的的连杆和转动连接在所述连杆的自由端的喷头35，喷头35用于向工件100喷涂粉末，其中连杆具体包括第一连杆32、第二连杆33、第三连杆34。具体地，第一连杆32的两端分别通过转轴转动连接于基座31和第二连杆33，第三连杆34的两端分别通过转轴转动连接于喷头35和第二连杆33远离第一连杆32的一端，使得喷头35和基座31之间通过第一连杆32、第二连杆33、第三连杆34形成的关节转动连接，以增加喷头35喷涂粉末的范围，从而增强形状复杂工件100的粉末喷涂效果。

在工作时，控制机构通过协同控制调整机构2和喷涂机构3的运动、位置和姿态，以控制五轴并联的调整机构2为主，并根据其位置及时对喷涂机构3的位置和姿态进行调整，以协同配合调整机构2的运动。由于调整机构2和喷涂机构3均具有多个自由度，使得控制机构根据工件100自身形状实时进行调整调整机构2和喷涂机构3，最终实现包括负角度打印在内的三维打印成型。

为了避免在工件100的某些位置出现少涂或者漏涂的情况，本实施例提供的冷喷涂系统还包括电连接于控制机构的光学扫描器4，光学扫描器4设置于喷涂机构3上，用于扫描工件100上的粉末量。光学扫描器4将工件100上的粉末量信息传递给控制机构，如果粉末量较少，控制机构控制喷涂机构3对喷涂不足的位置进行修正式补涂。采用这种方式，防止出现少涂或者漏涂的发生，增强了喷涂的一致性，以增强粉末喷涂效果。

本实施例还提供了一种冷喷涂方法，采用上述的冷喷涂系统，包括以下步骤：

建模导入，建立工件的CAD三维模型并导入三维打印分析系统；

解析计算，三维打印分析系统规划打印路径并确定粉末喷涂量；

喷涂粉末，控制机构控制调整机构和喷涂机构运动，以将粉末喷涂在工件上。

本实施例提供的冷喷涂方法，控制机构根据三维打印分析系统规划打印路径和粉末喷涂量的信息，控制调整机构和喷涂机构运动，以将粉末喷涂在工件上，从而实现形状结构复杂的工件的三维打印成型。

本实施例中工件具体为四棱锥台，为了实现对工件的精确打印，三维打印分析系统电连接于控制机构，根据不同材料和结构特征的三维复杂工件，三维打印分析系统能计算喷涂层数、相邻两层之间的厚度，并规划打印路径和每层的粉末喷涂量。如图2所示，将四棱锥台从底面到顶面依次规划，形成十层，每层路径为封闭环形结构，喷涂机构可以自下而上逐层完成每层的粉末喷涂。

根据四棱锥台的结构特征，通过“握手”式标定算法、运动轨迹正逆解算法及碰撞干涉检验算法获得调整机构和喷涂机构的运动轨迹和位置坐标信息，控制机构控制调整机构实时调整位置和姿态，喷涂机构按照解析的打印路径分层冷喷粉末成型。

为了避免在工件的某些位置出现少涂或者漏涂的情况，在所述喷涂之后还包括修正，所述修正包括：

由光学扫描器扫描获取工件上的当前层粉末量Q；

当当前层粉末量Q小于当前层预设粉末量Q＇时，控制调整机构和喷涂机构进行补涂。

进一步地，喷涂机构在每层喷涂完成之后，光学扫描器实时检测四棱锥台的当前层粉末量Q，并将当前层粉末量Q与当前层预设粉末量Q＇相比较，如果当前层粉末量Q小于当前层预设粉末量Q＇时，确定该层为喷涂不足状态，此时光学扫描器将需要修补信息发送至控制机构，控制机构再控制喷涂机构对该位置及时进行修正式喷涂；如果当前层粉末量Q不小于当前层预设粉末量Q＇时，确定该层为喷涂正常状态，无需进行修正式喷涂。对于每一层粉末喷涂，均依次经过喷涂、扫描及补涂三个步骤，通过逐层喷涂打印和修正式喷涂直到四棱锥台成型。

本实施例提供的冷喷涂方法包括以下步骤：

S1、建模导入；

S2、确定喷涂层数、相邻两层之间的厚度及每层的粉末喷涂量；

S3、控制调整机构和喷涂机构运动并逐层喷涂粉末；

S4、获取当前层粉末量Q；

S5、判断当前层粉末量Q是否小于当前层预设粉末量Q＇，若是，执行S6；若否，返回S3；

S6、控制调整机构和喷涂机构进行补涂，并返回S3。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。