一种等离子浇铸快速成型设备及快速成型方法与流程

文档序号:13083889阅读:来源:国知局
技术特征:
1.一种等离子浇铸快速成型设备,其特征在于:由监控系统、等离子束流加工系统和供待成型工件(3)放置的水平打印台(4)组成;所述等离子束流加工系统包括多个等离子束流加工装置,多个所述等离子束流加工装置的结构均相同;每个所述等离子束流加工装置均由安装有喷头且用于产生等离子束的等离子体发生器、对所述等离子体发生器的位置进行调整的打印位置调整装置、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粉末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;所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动的水平移动装置和带动所述等离子体发生器与所述水平移动装置同步移动并相应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,所述等离子体发生器安装在所述水平移动装置上,且所述水平移动装置安装在所述打印距离调节装置上;所述监控系统包括多个分别对所述等离子束流加工装置进行监控的等离子束流加工监控装置(30),所述等离子束流加工监控装置(30)的数量与所述等离子束流加工系统中所包括等离子束流加工装置的数量相同,多个所述等离子束流加工监控装置(30)分别与多个所述等离子束流加工装置连接;所述等离子束流加工监控装置(30)的结构均相同;每个所述等离子束流加工监控装置(30)均包括对所监控等离子束流加工装置在待成型工件(3)上的打印位置处温度进行实时检测的温度检\t测单元(9)、对所述水平移动装置进行控制的水平移动控制器(24)、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),所述距离检测单元(8)与打印距离调节控制器(10)连接,所述水平移动控制器(24)与所述水平移动装置连接,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)与打印距离调节控制器(10)连接且二者组成所监控等离子束流加工装置的温度调控装置。2.按照权利要求1所述的一种等离子浇铸快速成型设备,其特征在于: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;所述水平打印台(4)为安装在打印台位置调整装置上且能上下移动的移动平台;所述监控系统还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),所述位置调整控制器(15)与所述打印台位置调整装置连接。3.按照权利要求1或2所述的一种等离子浇铸快速成型设备,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)\t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所述的一种等离子浇铸快速成型设备,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;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。5.按照权利要求1或2所述的一种等离子浇铸快速成型设备,其特征在于:所述水平打印台(4)的数量为多个,多个所述水平打印台(4)分别为供多个待成型工件(3)打印的打印平台且其均位于同一水平面上;每个所述水平打印台(4)底部均安装有电动行走机构(25),多个所述打印平台均位于所述等离子束流加工系统下方,且多个所述打印平台中位于所述等离子束流加工系统正下方的打印平台为待控制平台;所述监控系统还包括对多个所述打印平台的电动行走机构(25)分别进行控制的行走控制器(26)和多个分别对多个所述打印平台的行走位置进行实时检测的行走位置检测单元(27),所述位置调整控制器(15)对多个所述打印平台的所述打印台位置调整装置分别进行控制;多个所述打印平台的电动行走机构(25)和多个所述行走位置检测单元(27)均与行走控制器(26)连接,多个所述打印平台的所述打印台位置调整装置均与位置调整控制器(15)连接。6.按照权利要求5所述的一种等离子浇铸快速成型设备,其特征在于:还包括一个供多个所述打印平台的电动行走机构(25)行走的行走轨道,多个所述打印平台的电动行走机构(25)均位于所述行走轨道上,所述电\t动行走机构(25)为带动所述打印平台沿所述行走轨道进行前后移动的行走机构;多个所述打印平台的水平打印台(4)沿所述行走轨道的长度方向由前至后进行布设;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;每个所述等离子束流加工监控装置(30)均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(29)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),所述粉末流量检测单元(18)与送粉流量控制器(20)连接;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。7.一种利用如权利要求1所述快速成型设备对待成型工件进行快速成型的方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤一、待成型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成型工件(3)的三维立体模型,再调用分层切片模块对待成型工件(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成型工件(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;所述待成型工件(3)的每个所述分层截面均划分为多个分别由多个所述等离子束流加工装置进行打印的打印区;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\t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;每个所述分层截面的扫描路径均包括该分层截面上的多个所述打印区的扫描路径;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,且每个所述分层截面的打印路径均包括该分层截面上的多个所述打印区的打印路径;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,由下至上逐层对待成型工件(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;对待成型工件(3)进行打印时,过程如下:步骤401、底层打印:根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径,采用所述等离子束流加工系统对待成型工件(3)的当前所打印成型层进行打印;采用所述等离子束流加工系统对当前所打印成型层进行打印时,采用多个所述等离子束流加工装置同步对当前所打印成型层的多个所述打印区分别进行打印;多个所述等离子束流加工装置的打印方法均相同;采用任一个所述等离子束流加工装置对当前所打印成型层的一个所述打印区进行打印时,该等离子束流加工装置的水平移动控制器(24)根据步骤三中所获取的当前所打印成型层中该打印区的打印路径,对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动;所述等离子体发生器移动过程中,该等离子束流加工装置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中该打印区的打印过程;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:将水平打印台(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:根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径,采用所述等离子束流加工系统对待成型工件(3)的当前所打印成型层进行打印;采用所述等离子束流加工系统对当前所打印成型层进行打印时,采用多个所述等离子束流加工装置同步对当前所打印成型层的多个所述打印区分别进行打印;多个所述等离子束流加工装置的打印方法均相同;采用任一个所述等离子束流加工装置对当前所打印成型层的一个所述打印区进行打印时,该等离子束流加工装置的水平移动控制器(24)根据步骤三中所获取的当前所打印成型层中该打印区的打印路径,对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动;所述等离子体发生器移动过程中,该等离子束流加工装置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中该打印区的打印过程;打印过程中,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中该等离子束流加工装置所打印区域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);并且,通过该等离子束流加工装置的距离检测单元(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中该等离子束流加工装置所打印区域的上表面温度不高于待成型\t工件(3)的材质熔点的0.6倍;步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器移动过程中,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;步骤403、多次重复步骤402,直至完成待成型工件(3)所有成型层的打印过程。8.按照权利要求7所述的对待成型工件进行快速成型的方法,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各等离子束流加工装置的打印材料的材质名称,对各等离子束流加工装置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中采用任一个所述等离子束流加工装置对当前所打印成型层的一个所述打印区进行打印之前,该等离子束流加工装置的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;并且,步骤401中采用该等离子束流加工装置进行打印过程中,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中采用任一个所述等离子束流加工装置对当前所打印成型\t层的一个所述打印区进行打印之前,该等离子束流加工装置的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中采用该等离子束流加工装置进行打印过程中,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中该等离子束流加工装置所打印区域的上表面温度控制在该等离子束流加工装置打印材料的材质熔点的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。9.按照权利要求7或8所述的对待成型工件进行快速成型的方法,其特征在于:所述水平打印台(4)的数量为多个,多个所述水平打印台(4)分别为供多个待成型工件(3)打印的打印平台且其均位于同一水平面上;每个所述水平打印台(4)底部均安装有电动行走机构(25),多个所述打印平台均位于所述等离子束流加工系统下方,且多个所述打印平台中位于所述等离子束流加工系统正下方的打印平台为待控制平台;所述监控系统还包括对多个所述打印平台的电动行走机构(25)分别进行控制的行走控制器(26)和多个分别对多个所述打印平台的行走位置进行实时检测的行走位置检测单元(27),所述位置调整控制器(15)对多个所述打印平台的所述打印台位置调整装置分别进行控制;多个所述打印平台的电动行走机构(25)和多个所述行走位置检测单元(27)均与行走控制器(26)连接,多个所述打印平台的所述打印台位置调整装置均与位置调整控制器(15)连接;步骤一中进行待成型工件三维立体模型获取及分层切片处理时,对多个所述待成型工件(3)分别进行三维立体模型获取及分层切片处理;其中,对任一个所述待成型工件(3)进行三维立体模型获取及分层切片处理时,均采用数据处理设备且调用图像处理模块获取该待成型工件(3)的三维立体模型,再调用分层切片模块对该待成型工件(3)的三维立体模型进行分层切片,并获得该待成型工件(3)的多个分层截面图像;多个待成型工件(3)的高度均相同;对多个所述待成型工件(3)的三维立体模型进行分层切片时,分层厚度均相同且所获得分层截面图像的数量均相同;步骤二中进行扫描路径填充时,对多个所述待成型工件(3)分别进行扫描路径填充处理;其中,对任一个所述待成型工件(3)进行扫描路径填充处理时,均采用所述数据处理设备且调用所述图像处理模块,对步骤一中获得的该待成型工件(3)的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;步骤三中进行打印路径获取时,采用所述数据处理设备分别获取多个所述待成型工件(3)的打印路径;其中,获取任一个所述待成型工件(3)的打印路径时,所述数据处理设备均根据步骤二中获得的该待成型工件(3)的多个所述分层截面的扫描路径,获得该待成型工件(3)的多个所述分层截面的打印路径,且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;步骤四中进行由下至上逐层打印时,对多个所述待成型工件(3)同步进行由下至上逐层打印;步骤401中进行底层打印时和步骤402中进行上一层打印打印时,均采用所述等离子束流加工系统由先至后对多个所述待成型工件(3)的当前所打印成型层分别进行打印;待多个所述待成型工件(3)的当前所打印成型层均打印完成后,再对多个所述待成型工件(3)的上一个成型层\t分别进行打印;其中,采用所述等离子束流加工系统对任一个所述待成型工件(3)的当前所打印成型层进行打印时,先通过行走控制器(26)对多个所述打印平台的电动行走机构(25)分别进行控制,将供该待成型工件(3)打印的所述打印平台移至所述等离子束流加工系统的正下方;此时,位于所述等离子束流加工系统正下方的所述打印平台为待控制平台;之后,再采用所述等离子束流加工系统对该待成型工件(3)的当前所打印成型层进行打印。10.按照权利要求7或8所述的对待成型工件进行快速成型的方法,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;每个所述等离子束流加工监控装置(30)均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(29)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),所述粉末流量检测单元(18)与送粉流量控制器(20)连接;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,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\t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中任一个所述等离子束流加工装置的所述等离子体发生器移动过程中,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中任一个所述等离子束流加工装置进行打印之前,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(29)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中任一个所述等离子束流加工装置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(29)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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