一种轮饼层流等离子3D打印设备的制作方法

本实用新型涉及3D打印领域，具体来说涉及一种轮饼层流等离子3D打印设备。

背景技术：

增材制造（即3D打印）技术依照材料累加的快速成型原理，以计算机软件所设计出的立体加工模型文件为基础，运用液化、粉末化、丝化的可粘性固体材料（如金属、高分子材料等），逐层制造出产品，该技术具有不受零件复杂程度限制，完全数字化控制等特点，彻底颠覆了传统制造业锻造、切削加工的模式，变革了大规模生产线的工业生产方式，带来个性化、低消耗、小批量、高难度等制造新理念和新方式，具有诱发新一次工业革命的巨大意义，而动车的轮对作为动车关键部件，有着极高的工艺要求，目前动车的轮对主要还是采用锻造的方式进行制造，轮对使用中一旦产生破损既淘汰，如果将3D打印设备应用在轮对的制造和修复当中，3D打印的高精度、一体化的特点刚好能够满足动车对轮对的高要求，如公开号为CN105710371A，公开时间为2016年6月29日，名称为“一种火车轮等离子3D打印再制造设备及方法”的中国发明专利，该设备由监控系统、等离子束流加工系统、对待修复火车轮进行机加工的机加工装置、带动机加工装置移动的三轴移动机构和供待修复火车轮放置的水平打印台组成，等离子束流加工系统由等离子体发生器、打印位置调整装置、供气装置和送粉器组成；监控系统包括水平移动控制器、温度检测单元、距离检测单元、打印距离调节控制器和旋转控制器，温度检测单元与打印距离调节控制器组成温度调控装置；本发明设计合理、操作简便且效率高、使用效果好，无需密闭成型室，修复过程直接在大气环境下进行，修复后火车轮质量好，修复效率高，但是这种技术方案采用的是类似于三维机械手的三轴移动装置做为打印头和修复头的移动载体，设计复杂并且打印中供料需要通过管道连接，不利于大量耗材打印的场景，同时，其加工过程是针对轮对整体进行的，加工难度大，设备体积也大，并且轮对的轮饼与钢轨接触的轮面有极高的要求，同时也有磨耗要求，因此在一般的修复中不需要修补轮面。

技术实现要素：
：

本实用新型的目的在于提供一种利用层流等离子作为热源、且在3D打印过程中提供足够的增料耗材且不需要打印头和材料盒完成全部三维空间移动、可以对轮饼进行修复或整体打印的层流等离子3D打印设备。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种轮饼层流等离子3D打印设备，其特征在于：包括两个带有丝杆和丝杆电机且对立设置的立柱以及两端通过所述丝杆设置在立柱上的升降台；所述升降台上设置有层流等离子打印器，所述层流等离子打印器包括带有料盒的供料装置和层流等离子热枪；所述两个立柱中间设置有滑动打印台，所述滑动打印台上设置有旋转台；所述旋转台上固定有轮饼模，轮饼模的底部布置有冷却管路。

层流等离子热枪包括层流离子体发生器、弧压调节器、水冷装置和枪体；所述层流离子体发生器和弧压调节高器设置在所述枪体内；所述水冷装置设置在所述枪体的壁上并与所述水循环管路相连。

所述层流离子体发生器，采用中轴圆柱阳极结构，而沿着阳极柱周围环形均匀布置3个或3个以上的阴极，阳极和阴极均安装在同一个底座上固定，相互绝缘，底座有水、电、气通道，圆柱 阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极间形成电场，整个发生器是一个密封水冷的筒状外形，一端有等离子体出口喷嘴，喷嘴对电弧 等离子体进行机械压缩。

所述滑动打印台包括一组滑轨以及一个两端通过带有驱动电机的滑块与所述滑轨滑动连接的一字滑台，所述一字滑台上设置有滑块；所述旋转台通过旋转电机固定在所述滑块上。

所述轮饼模，包括圆形轮盘和设置在圆形轮盘圆心位置的圆柱凸起；所述圆形轮盘的直径与动车轮饼的直径相同，所述圆柱凸起的直径等于动车轮饼上轴孔的直径。

本实用新型的有益效果如下：

一、本实用新型提供的一种轮饼层流等离子3D打印设备，层流等离子打印器设置在升降台上，可以沿着丝杆完成上下活动，滑动打印台则带着待打印件完成前后左右运动，旋转台上的轮饼模可以将待修复的轮饼固定或为整体打印的轮饼提供模具和衬托，轮饼模的底部布置有冷却管路可以为完成打印的轮饼及时降温，采用层流离子体发生器作为热源，电源效率高且工作稳定，弧压波动不大于0.5，电流波动，连续工作寿命可达200小时以上，大气下弧长大于1000mm、真空中弧长大于3000mm、电弧末端弧径大于400mm，同时其工作噪声低，为30～50分贝；工作时层流等离子束流注入材料表面的最大等效温度为61700℃，可融化金属颗粒直径不小于4mm，具有极强的适用性，使用层流等离子作为打印热源，克服了传统湍流等离子体束精度差、空气卷入多、温度梯度差的缺点，长弧、高温、高效、数字可控，适于高精密、智能成形制造；其次，等离子束本身所具有的电离特性，使得能量可以深入到金属内部，同时不产生表面反射，热效率很高，远远优于激光；再次，不产生强辐射，环境性能远优于电子束。而成本上，层流电弧等离子体束热源由于附属设备少、结构简单、低能耗，则更为低廉；旋转台带动轮饼模可以在打印中及时调整角度配合打印过程。

二、本实用新型提供的一种轮饼层流等离子3D打印设备，层流等离子热枪通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的打印要求，层流等离子热枪的枪体上设置的水冷装置可以在焊接中及时为枪体降温，避免应高温导致的层流电弧等离子加工件设备故障。

三、本实用新型提供的一种轮饼层流等离子3D打印设备，层流离子体发生器采用中轴圆柱阳极结构，设计独创，且所采用的轴向阳极可以是空心管状，通过中空的管可以向高温的等离子体束中心送入各种粉体或线状材料，用于喷涂、堆焊等应用；采用阳极杆周围沿着环形均匀布置3个或3个以上的阴极结构，使得单个阴极的电流大大降低，电弧等离子体稳定性高，并可形成高弧压小电流层流长束等离子弧，阴极寿命长，且系统的总功率大，工作效率稳定高效。

四、本实用新型提供的一种轮饼层流等离子3D打印设备，滑动打印台采用“十”字交叉式的滑轨结构作为移动台，结合旋转台，可以带着待加工件完成横向和纵向运动，并通过旋转台的旋转调整加工角度，调整范围大且灵活，技术成熟易实现。

五、本实用新型提供的一种轮饼层流等离子3D打印设备，轮饼模为待打印或修复的轮饼提供支撑同时也提供一个模拟轧辊的圆柱凸起，避免轮饼打印过程中滑动的同时也保证了其规格。

附图说明

图1是本实用新型一种优选方案的结构示意图；

图2是所述滑动打印台一种优选方案的结构示意图；

图中：

1、立柱；2、丝杆电机；3、升降台；4、旋转台；5、控制中心；6、供料装置；7、层流等离子热枪；8、滑轨；9、一字滑台；10、旋转电机；11、排线。

具体实施方式

以下通过几个实施例来进一步说明本实用新型的技术方案，需要说明的是，实现本实用新型目的的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

如图1和图2，一种轮饼层流等离子3D打印设备，包括两个带有丝杆和丝杆电机2且对立设置的立柱1以及两端通过所述丝杆设置在立柱1上的升降台3；所述升降台3上设置有层流等离子打印器，所述层流等离子打印器包括带有料盒的供料装置6和层流等离子热枪7；所述两个立柱中间设置有滑动打印台，所述滑动打印台上设置有旋转台4；所述旋转台4上固定有轮饼模，轮饼模的底部布置有冷却管路。

这是本实用新型的一种最基本实施方案。层流等离子打印器设置在升降台3上，可以沿着丝杆完成上下活动，滑动打印台则带着待打印件完成前后左右运动，旋转台4上的轮饼模可以将待修复的轮饼固定或为整体打印的轮饼提供模具和衬托，轮饼模的底部布置有冷却管路可以为完成打印的轮饼及时降温，采用层流离子体发生器作为热源，电源效率高且工作稳定，弧压波动不大于0.5，电流波动，连续工作寿命可达200小时以上，大气下弧长大于1000mm、真空中弧长大于3000mm、电弧末端弧径大于400mm，同时其工作噪声低，为30～50分贝；工作时层流等离子束流注入材料表面的最大等效温度为61700℃，可融化金属颗粒直径不小于4mm，具有极强的适用性，使用层流等离子作为打印热源，克服了传统湍流等离子体束精度差、空气卷入多、温度梯度差的缺点，长弧、高温、高效、数字可控，适于高精密、智能成形制造；其次，等离子束本身所具有的电离特性，使得能量可以深入到金属内部，同时不产生表面反射，热效率很高，远远优于激光；再次，不产生强辐射，环境性能远优于电子束。而成本上，层流电弧等离子体束热源由于附属设备少、结构简单、低能耗，则更为低廉；旋转台带动轮饼模可以在打印中及时调整角度配合打印过程。

实施例2

如图1和图2，一种轮饼层流等离子3D打印设备，包括两个带有丝杆和丝杆电机2且对立设置的立柱1以及两端通过所述丝杆设置在立柱1上的升降台3；所述升降台3上设置有层流等离子打印器，所述层流等离子打印器包括带有料盒的供料装置6和层流等离子热枪7；所述两个立柱中间设置有滑动打印台，所述滑动打印台上设置有旋转台4；所述旋转台4上固定有轮饼模，轮饼模的底部布置有冷却管路。

层流等离子热枪7包括层流离子体发生器、弧压调节器、水冷装置和枪体；所述层流离子体发生器和弧压调节高器设置在所述枪体内；所述水冷装置设置在所述枪体的壁上并与所述水循环管路相连。

这是本实用新型的一种优选的实施方案。层流等离子打印器设置在升降台3上，可以沿着丝杆完成上下活动，滑动打印台则带着待打印件完成前后左右运动，旋转台4上的轮饼模可以将待修复的轮饼固定或为整体打印的轮饼提供模具和衬托，轮饼模的底部布置有冷却管路可以为完成打印的轮饼及时降温，采用层流离子体发生器作为热源，电源效率高且工作稳定，弧压波动不大于0.5，电流波动，连续工作寿命可达200小时以上，大气下弧长大于1000mm、真空中弧长大于3000mm、电弧末端弧径大于400mm，同时其工作噪声低，为30～50分贝；工作时层流等离子束流注入材料表面的最大等效温度为61700℃，可融化金属颗粒直径不小于4mm，具有极强的适用性，使用层流等离子作为打印热源，克服了传统湍流等离子体束精度差、空气卷入多、温度梯度差的缺点，长弧、高温、高效、数字可控，适于高精密、智能成形制造；其次，等离子束本身所具有的电离特性，使得能量可以深入到金属内部，同时不产生表面反射，热效率很高，远远优于激光；再次，不产生强辐射，环境性能远优于电子束。而成本上，层流电弧等离子体束热源由于附属设备少、结构简单、低能耗，则更为低廉；旋转台带动轮饼模可以在打印中及时调整角度配合打印过程；层流等离子热枪7通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的打印要求，层流等离子热枪的枪体上设置的水冷装置可以在焊接中及时为枪体降温，避免应高温导致的层流电弧等离子加工件设备故障。

实施例3

如图1和图2，一种轮饼层流等离子3D打印设备，包括两个带有丝杆和丝杆电机2且对立设置的立柱1以及两端通过所述丝杆设置在立柱1上的升降台3；所述升降台3上设置有层流等离子打印器，所述层流等离子打印器包括带有料盒的供料装置6和层流等离子热枪7；所述两个立柱中间设置有滑动打印台，所述滑动打印台上设置有旋转台4；所述旋转台4上固定有轮饼模，轮饼模的底部布置有冷却管路。

层流等离子热枪7包括层流离子体发生器、弧压调节器、水冷装置和枪体；所述层流离子体发生器和弧压调节高器设置在所述枪体内；所述水冷装置设置在所述枪体的壁上并与所述水循环管路相连。

所述层流离子体发生器，采用中轴圆柱阳极结构，而沿着阳极柱周围环形均匀布置3个或3个以上的阴极，阳极和阴极均安装在同一个底座上固定，相互绝缘，底座有水、电、气通道，圆柱 阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极间形成电场，整个发生器是一个密封水冷的筒状外形，一端有等离子体出口喷嘴，喷嘴对电弧 等离子体进行机械压缩。

这是本实用新型的一种优选的实施方案。层流等离子打印器设置在升降台3上，可以沿着丝杆完成上下活动，滑动打印台则带着待打印件完成前后左右运动，旋转台4上的轮饼模可以将待修复的轮饼固定或为整体打印的轮饼提供模具和衬托，轮饼模的底部布置有冷却管路可以为完成打印的轮饼及时降温，采用层流离子体发生器作为热源，电源效率高且工作稳定，弧压波动不大于0.5，电流波动，连续工作寿命可达200小时以上，大气下弧长大于1000mm、真空中弧长大于3000mm、电弧末端弧径大于400mm，同时其工作噪声低，为30～50分贝；工作时层流等离子束流注入材料表面的最大等效温度为61700℃，可融化金属颗粒直径不小于4mm，具有极强的适用性，使用层流等离子作为打印热源，克服了传统湍流等离子体束精度差、空气卷入多、温度梯度差的缺点，长弧、高温、高效、数字可控，适于高精密、智能成形制造；其次，等离子束本身所具有的电离特性，使得能量可以深入到金属内部，同时不产生表面反射，热效率很高，远远优于激光；再次，不产生强辐射，环境性能远优于电子束。而成本上，层流电弧等离子体束热源由于附属设备少、结构简单、低能耗，则更为低廉；旋转台带动轮饼模可以在打印中及时调整角度配合打印过程；层流等离子热枪7通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的打印要求，层流等离子热枪的枪体上设置的水冷装置可以在焊接中及时为枪体降温，避免应高温导致的层流电弧等离子加工件设备故障；层流离子体发生器采用中轴圆柱阳极结构，设计独创，且所采用的轴向阳极可以是空心管状，通过中空的管可以向高温的等离子体束中心送入各种粉体或线状材料，用于喷涂、堆焊等应用；采用阳极杆周围沿着环形均匀布置3个或3个以上的阴极结构，使得单个阴极的电流大大降低，电弧等离子体稳定性高，并可形成高弧压小电流层流长束等离子弧，阴极寿命长，且系统的总功率大，工作效率稳定高效。

实施例4

如图1和图2，一种轮饼层流等离子3D打印设备，包括两个带有丝杆和丝杆电机2且对立设置的立柱1以及两端通过所述丝杆设置在立柱1上的升降台3；所述升降台3上设置有层流等离子打印器，所述层流等离子打印器包括带有料盒的供料装置6和层流等离子热枪7；所述两个立柱中间设置有滑动打印台，所述滑动打印台上设置有旋转台4；所述旋转台4上固定有轮饼模，轮饼模的底部布置有冷却管路。

层流等离子热枪7包括层流离子体发生器、弧压调节器、水冷装置和枪体；所述层流离子体发生器和弧压调节高器设置在所述枪体内；所述水冷装置设置在所述枪体的壁上并与所述水循环管路相连。

所述层流离子体发生器，采用中轴圆柱阳极结构，而沿着阳极柱周围环形均匀布置3个或3个以上的阴极，阳极和阴极均安装在同一个底座上固定，相互绝缘，底座有水、电、气通道，圆柱 阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极间形成电场，整个发生器是一个密封水冷的筒状外形，一端有等离子体出口喷嘴，喷嘴对电弧 等离子体进行机械压缩。

所述滑动打印台包括一组滑轨8以及一个两端通过带有驱动电机的滑块与所述滑轨滑动连接的一字滑台9，所述一字滑台9上设置有滑块；所述旋转台4通过旋转电机10固定在所述滑块上。

这是本实用新型的一种优选的实施方案。层流等离子打印器设置在升降台3上，可以沿着丝杆完成上下活动，滑动打印台则带着待打印件完成前后左右运动，旋转台4上的轮饼模可以将待修复的轮饼固定或为整体打印的轮饼提供模具和衬托，轮饼模的底部布置有冷却管路可以为完成打印的轮饼及时降温，采用层流离子体发生器作为热源，电源效率高且工作稳定，弧压波动不大于0.5，电流波动，连续工作寿命可达200小时以上，大气下弧长大于1000mm、真空中弧长大于3000mm、电弧末端弧径大于400mm，同时其工作噪声低，为30～50分贝；工作时层流等离子束流注入材料表面的最大等效温度为61700℃，可融化金属颗粒直径不小于4mm，具有极强的适用性，使用层流等离子作为打印热源，克服了传统湍流等离子体束精度差、空气卷入多、温度梯度差的缺点，长弧、高温、高效、数字可控，适于高精密、智能成形制造；其次，等离子束本身所具有的电离特性，使得能量可以深入到金属内部，同时不产生表面反射，热效率很高，远远优于激光；再次，不产生强辐射，环境性能远优于电子束。而成本上，层流电弧等离子体束热源由于附属设备少、结构简单、低能耗，则更为低廉；旋转台带动轮饼模可以在打印中及时调整角度配合打印过程；层流等离子热枪7通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的打印要求，层流等离子热枪的枪体上设置的水冷装置可以在焊接中及时为枪体降温，避免应高温导致的层流电弧等离子加工件设备故障；层流离子体发生器采用中轴圆柱阳极结构，设计独创，且所采用的轴向阳极可以是空心管状，通过中空的管可以向高温的等离子体束中心送入各种粉体或线状材料，用于喷涂、堆焊等应用；采用阳极杆周围沿着环形均匀布置3个或3个以上的阴极结构，使得单个阴极的电流大大降低，电弧等离子体稳定性高，并可形成高弧压小电流层流长束等离子弧，阴极寿命长，且系统的总功率大，工作效率稳定高效；滑动打印台采用“十”字交叉式的滑轨结构作为移动台，结合旋转台4，可以带着待加工件完成横向和纵向运动，并通过旋转台4的旋转调整加工角度，调整范围大且灵活，技术成熟易实现。

实施例5

如图1和图2，一种轮饼层流等离子3D打印设备，包括两个带有丝杆和丝杆电机2且对立设置的立柱1以及两端通过所述丝杆设置在立柱1上的升降台3；所述升降台3上设置有层流等离子打印器，所述层流等离子打印器包括带有料盒的供料装置6和层流等离子热枪7；所述两个立柱中间设置有滑动打印台，所述滑动打印台上设置有旋转台4；所述旋转台4上固定有轮饼模，轮饼模的底部布置有冷却管路。

层流等离子热枪7包括层流离子体发生器、弧压调节器、水冷装置和枪体；所述层流离子体发生器和弧压调节高器设置在所述枪体内；所述水冷装置设置在所述枪体的壁上并与所述水循环管路相连。

所述层流离子体发生器，采用中轴圆柱阳极结构，而沿着阳极柱周围环形均匀布置3个或3个以上的阴极，阳极和阴极均安装在同一个底座上固定，相互绝缘，底座有水、电、气通道，圆柱 阳极的外表面相对绝缘，只有在靠近出口的头部裸露导电，从而与阴极间形成电场，整个发生器是一个密封水冷的筒状外形，一端有等离子体出口喷嘴，喷嘴对电弧 等离子体进行机械压缩。

所述滑动打印台包括一组滑轨8以及一个两端通过带有驱动电机的滑块与所述滑轨滑动连接的一字滑台9，所述一字滑台9上设置有滑块；所述旋转台4通过旋转电机10固定在所述滑块上。

所述轮饼模，包括圆形轮盘和设置在圆形轮盘圆心位置的圆柱凸起；所述圆形轮盘的直径与动车轮饼的直径相同，所述圆柱凸起的直径等于动车轮饼上轴孔的直径。

这是本实用新型的一种优选的实施方案。层流等离子打印器设置在升降台3上，可以沿着丝杆完成上下活动，滑动打印台则带着待打印件完成前后左右运动，旋转台4上的轮饼模可以将待修复的轮饼固定或为整体打印的轮饼提供模具和衬托，轮饼模的底部布置有冷却管路可以为完成打印的轮饼及时降温，采用层流离子体发生器作为热源，电源效率高且工作稳定，弧压波动不大于0.5，电流波动，连续工作寿命可达200小时以上，大气下弧长大于1000mm、真空中弧长大于3000mm、电弧末端弧径大于400mm，同时其工作噪声低，为30～50分贝；工作时层流等离子束流注入材料表面的最大等效温度为61700℃，可融化金属颗粒直径不小于4mm，具有极强的适用性，使用层流等离子作为打印热源，克服了传统湍流等离子体束精度差、空气卷入多、温度梯度差的缺点，长弧、高温、高效、数字可控，适于高精密、智能成形制造；其次，等离子束本身所具有的电离特性，使得能量可以深入到金属内部，同时不产生表面反射，热效率很高，远远优于激光；再次，不产生强辐射，环境性能远优于电子束。而成本上，层流电弧等离子体束热源由于附属设备少、结构简单、低能耗，则更为低廉；旋转台带动轮饼模可以在打印中及时调整角度配合打印过程；层流等离子热枪7通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的打印要求，层流等离子热枪的枪体上设置的水冷装置可以在焊接中及时为枪体降温，避免应高温导致的层流电弧等离子加工件设备故障；层流离子体发生器采用中轴圆柱阳极结构，设计独创，且所采用的轴向阳极可以是空心管状，通过中空的管可以向高温的等离子体束中心送入各种粉体或线状材料，用于喷涂、堆焊等应用；采用阳极杆周围沿着环形均匀布置3个或3个以上的阴极结构，使得单个阴极的电流大大降低，电弧等离子体稳定性高，并可形成高弧压小电流层流长束等离子弧，阴极寿命长，且系统的总功率大，工作效率稳定高效；滑动打印台采用“十”字交叉式的滑轨结构作为移动台，结合旋转台4，可以带着待加工件完成横向和纵向运动，并通过旋转台4的旋转调整加工角度，调整范围大且灵活，技术成熟易实现；轮饼模为待打印或修复的轮饼提供支撑同时也提供一个模拟轧辊的圆柱凸起，避免轮饼打印过程中滑动的同时也保证了其规格。