一种微束等离子3d打印设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及金属零件增材制造技术领域，尤其涉及一种微束等离子3D打印设备。
【背景技术】
[0002]3D打印设备集成了光学、精密传动、新材料、CAD/CAM等技术，通过几十微米的精细高能密度聚焦光斑，逐线搭接扫描新铺粉层上选定区域，形成面轮廓后，层与层堆积成型制造，从而直接获得几乎任意形状、具有完全冶金结合的金属功能零件，致密度可达到近乎100%，其优势主要表现在:
[0003]I)采用分层制造技术，成型件不受几何复杂度的影响，对任意复杂成型金属零件可直接制造，对于个性化小批量复杂产品制造方便；
[0004]3)直接制成终端金属产品，由于能量密度较高，对熔点高难加工金属材料可直接加工成为终端金属产品；
[0005]4)成型金属零件是具有冶金结合的实体，其相对密度几乎达到100%，性能超过传统铸造件。
[0006]目前市面上的金属3D打印设备主要都是采用激光器作为熔化材料的热源，不仅价格昂贵(200W光纤激光器售价为22万元左右，1000W售价在85万元左右)、维护复杂(光纤十分脆弱，极易损坏，对工作环境的要求苛刻)ο热源偏转目前主要有两种方式，一种是由扫描振镜驱动光路偏转，另一种是由机械导轨驱动喷头逐点逐线扫描，完成平面扫描。前者受限于光学系统，单振镜最大成型区域250X250mm。成型大型零件则需要多激光多扫描振镜复合。以上的原因导致金属3D打印设备价格昂贵，操作维护复杂，不利于3D打印技术的推广，因此亟需开发一种低成本、高效率的金属3D打印设备。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种低成本、高效率的微束等离子3D打印设备。
[0008]本实用新型通过下述技术方案实现:
[0009]一种微束等离子3D打印设备，包括密封成型室、成型缸、等离子加工装置、中央控制系统；所述成型缸和等离子加工装置由中央控制系统控制，在密封成型室内、成型缸的上方设有驱动装置，所述驱动装置包括驱动装置基座15，驱动装置基座15上设有Z方向直线驱动机构14，Z方向直线驱动机构14上设有X方向直线驱动机构12，X方向直线驱动机构12上设有Y方向直线驱动机构13 ；
[0010]所述等离子加工装置包括等离子体加工集成单元7和等离子枪9 ;
[0011]所述Y方向直线驱动机构13上设有数控主轴8，数控主轴8的端部依次连接等离子体加工集成单元7和等离子枪9。
[0012]所述数控主轴8通过X方向直线驱动机构12和Y方向直线驱动机构13在X和Y方向移动；所述数控主轴8在Z方向的升降，由Z方向直线驱动机构14驱动。
[0013]所述等离子加工装置还包括设置在密封成型室外部的:等离子发生控制器1、惰性气体瓶2、等离子加工送粉装置5和等离子枪水冷机6。
[0014]所述成型缸包括工作平台11和工作平台11的升降驱动机构16。
[0015]将零件10的CAD模型分层，然后生成路径代码，中央控制系统根据该路径代码，向驱动装置发出控制指令，数控主轴8带动等离子枪9在X方向和Y方向直线移动，对待加工的零件10进行扫描填充。
[0016]本实用新型3D打印设备采用数控导轨驱动方式，克服了光学系统的尺寸限制，可扩大成型零件尺寸，同时保证成型精度。
[0017]相对于激光器，本实用新型采用的等离子体是一种廉价的金属材料加工热源，可以获得高效、低成本的工业级金属3D打印设备，有利于将金属3D打印设备推广应用于汽车、造船、生物医疗、工业模具等大型复杂零部件的直接制造。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型整体结构示意图。
[0019]图2为本实用新型驱动装置结构示意图。
[0020]图中:等离子发生控制器I;惰性气体瓶2 ;工作气路3 ;等离子送粉气路4 ;等离子加工送粉装置5 ;等离子枪水冷机6 ;等离子体加工集成单元7 ;数控主轴8 ;等离子枪9 ;零件10 ;工作平台11 ;X方向直线驱动机构12 ；Y方向直线驱动机构13 ;Ζ方向直线驱动机构14 ;驱动装置基座15 ;升降驱动机构16。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
[0022]实施例
[0023]如图1、2所示。本实用新型一种微束等离子3D打印设备，包括密封成型室、成型缸、等离子加工装置、中央控制系统；所述成型缸和等离子加工装置由中央控制系统控制；在密封成型室内、成型缸的上方设有驱动装置，所述驱动装置包括驱动装置基座15，驱动装置基座15上设有Z方向直线驱动机构14，Z方向直线驱动机构14上设有X方向直线驱动机构12，X方向直线驱动机构12上设有Y方向直线驱动机构13 ；
[0024]所述等离子加工装置包括等离子体加工集成单元7和等离子枪9 ;
[0025]所述Y方向直线驱动机构13上设有数控主轴8，数控主轴8的端部依次连接等离子体加工集成单元7和等离子枪9。等离子枪9数控主轴8夹持，由可以拆卸，方便维护。
[0026]所述数控主轴8通过X方向直线驱动机构12和Y方向直线驱动机构13在X和Y方向移动；所述数控主轴8在Z方向的升降，由Z方向直线驱动机构14驱动，实现数控主轴8初始定位。
[0027]所述等离子加工装置还包括设置在密封成型室外部的:等离子发生控制器I (plasm control system)、惰性气体瓶2、等离子加工送粉装置5和等离子枪水冷机6、离子体电源、等离子弧压调高器
[0028]所述成型缸包括工作平台11和工作平台11的升降驱动机构16。工作平台11上下移动，实现Z方向的进给。
[0029]所述等离子加工送粉装置5包括由粉料斗、送粉管、送粉气构成，送粉气采用惰性气体，送粉率由送粉气流大小控制。粉末送入到等离子枪体后分成对称的6路，并保持与等离子弧同轴汇聚。所述粉料斗上通入气体，给粉末一定压力，保证粉末下漏均匀，且在成型过程中可添加粉末，无须停机，工作全程可实现随时加粉。
[0030]将零件10的CAD模型分层，然后生成路径代码，中央控制系统根据该路径代码，向驱动装置发出控制指令，数控主轴8带动等离子枪9在X方向和Y方向直线移动，对待加工的零件10进行扫描填充。
[0031]如上所述，便可较好地实现本实用新型。
[0032]本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种微束等离子3D打印设备，包括密封成型室、成型缸、等离子加工装置、中央控制系统；所述成型缸和等离子加工装置由中央控制系统控制，其特征在于: 在密封成型室内、成型缸的上方设有驱动装置，所述驱动装置包括驱动装置基座(15)，驱动装置基座(15)上设有Z方向直线驱动机构(14)，Z方向直线驱动机构(14)上设有X方向直线驱动机构(12)，X方向直线驱动机构(12)上设有Y方向直线驱动机构(13)； 所述等离子加工装置包括等离子体加工集成单元(7)和等离子枪(9); 所述Y方向直线驱动机构(13)上设有数控主轴(8)，数控主轴(8)的端部依次连接等离子体加工集成单元(X)和等离子枪(9)。
2.根据权利要求1所述的微束等离子3D打印设备，其特征在于，所述数控主轴(8)通过X方向直线驱动机构(12)和Y方向直线驱动机构(13)在X和Y方向移动；所述数控主轴⑶在Z方向的升降，由Z方向直线驱动机构(14)驱动。
3.根据权利要求2所述的微束等离子3D打印设备，其特征在于，所述等离子加工装置还包括设置在密封成型室外部的:等离子发生控制器(I)、惰性气体瓶(2)、等离子加工送粉装置(5)和等离子枪水冷机(6)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的微束等离子3D打印设备，其特征在于，所述成型缸包括工作平台(11)和工作平台(11)的升降驱动机构(16)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种微束等离子3D打印设备，该设备包括等离子加工装置、中央控制系统、成型室、工作平台、数控主轴、驱动装置、送粉装置。等离子加工装置包括等离子体电源、等离子体发生器、等离子弧压调高器、等离子枪、工作气路、冷却水路。等离子体发生器、等离子弧压调高器、等离子体枪、工作气路、冷却水路构成等离子体加工集成单元。加工时，数控主轴夹持等离子体加工集成单元，由驱动装置驱动在XYZ方向移动；工作平台上下移动，实现Z方向的进给。采用微束等离子体作为金属3D打印的熔化金属材料的热源，在保证与激光3D打印技术相近的成型精度的同时，可获得一种高效、低成本的工业级金属零件3D打印设备。
【IPC分类】B22F3-105
【公开号】CN204584275
【申请号】CN201520249548
【发明人】杨永强, 刘洋, 林辉, 王迪
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月22日