一种轧辊等离子3d快速成型设备及成型方法_4

文档序号:9760018阅读:来源:国知局
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;对辊身外层3-2进行打印时,过程如下:
[0137]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,通过旋转控制器15控制水平旋转机构4带动辊芯3-1绕其中心轴线进行旋转,且辊芯3-1旋转过程中,所述水平移动控制器24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与所述送丝装置同步在水平面上进行移动;所述等离子体发生器与所述送丝装置同步在水平面上移动过程中,所述等离子束流加工系统将内带熔融液流的等离子束流连续喷至辊芯3-1的外表面上;待辊芯3-1旋转一周且所述等离子束流加工系统所喷熔融液滴(具体是流至辊芯3-1上的熔融液流)均凝固后,完成当前所打印成型层的打印过程;
[0138]本步骤中,当前所打印成型层为多个所述成型层中位于最内侧的成型层;
[0139]步骤402、下一层打印,包括以下步骤:
[0140]步骤4021、等离子体发生器上移:通过打印距离调节控制器10控制所述打印距离调节装置,带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行一次向上移动且向上移动高度与所述成型层的层厚相同;
[0141]移动到位后,对所述等离子体发生器的高度进行记录,此时所述等离子体发生器的高度为当前所打印成型层的基础打印高度;
[0142]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,通过旋转控制器15控制水平旋转机构4带动辊芯3-1绕其中心轴线进行旋转,且辊芯3-1旋转过程中,所述水平移动控制器24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与所述送丝装置同步在水平面上进行移动;所述等离子体发生器与所述送丝装置同步在水平面上移动过程中,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上一个所述成型层的外表面上;待辊芯3-1旋转一周且所述等离子束流加工系统所喷熔融液滴(具体是流至当前已打印好的上一个所述成型层的外表面上的熔融液流)均凝固后,完成当前所打印成型层的打印过程;
[0143]本步骤中,所述等离子体发生器与所述送丝装置同步在水平面上移动过程中,通过温度检测单元9对当前已打印好的上一个所述成型层的外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辊芯3-1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辊芯3-1之间的距离进行调节,使当前已打印好的上一个所述成型层的外表面温度不高于辊身外层3-2的材质熔点的0.6倍;
[0144]步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器与所述送丝装置同步在水平面上移动时,所述等离子体发生器与所述送丝装置同步沿辊芯3-1的中心轴线进行移动;步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器与所述送丝装置同步在水平面上移动过程中,所述送丝装置将被加工丝材2连续送出,同时通过所述等离子束流加工系统产生的等离子束对被加工丝材2的熔化端进行熔化,并使得所述熔化端熔化形成的熔融液滴连续并形成液流;所述液流分布于所述等离子束内,形成内带熔融液流的等离子束流;
[0145]步骤4023、等离子体发生器移动复位:通过打印距离调节控制器10控制所述打印距离调节装置,带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行上下移动,直至将所述等离子体发生器的高度调整为步骤4021中当前所打印成型层的基础打印高度;
[0146]步骤403、多次重复步骤402,直至完成辊身外层3-2所有成型层的打印过程。
[0147]本实施例中,步骤一中所述辊芯3-1为圆柱形,所述辊身外层3-2为圆筒形,多个所述分层截面均为圆柱面。
[0148]本实施例中,步骤一中所述分层切片模块为分层切片软件。所述分层切片软件为3D打印采用的常规分层切片软件,如Cura、Xbui Ider、Makerbot等。
[0149]本实施例中,步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器与所述送丝装置同步在水平面上移动过程中,所述等离子体发生器与所述送丝装置均沿辊芯3-1的中心轴线进行左右移动。并且,步骤401和步骤4022中,通过旋转控制器15控制水平旋转机构4带动辊芯3-1绕其中心轴线进行旋转时,所述辊芯3-1由先至后分M次进行旋转,每一次旋转到位后所述辊芯3-1均停止旋转,之后所述水平移动控制器24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沿辊芯3-1的中心轴线进行向左或向右进行一次移动。其中』的数量与当前所打印成型层的打印路径中所述等离子体发生器沿辊芯3-1的中心轴线进行向左与向右移动的总次数相同。
[0150]因而,M的数量根据当前所打印成型层的周长(即打印总宽度)、所述等离子束流的喷洒宽度(即扫描宽度)与前后相邻两个所述等离子束流之间的搭接宽度进行确定。
[0151]实际使用过程中,所述送丝装置为同步送丝装置。并且,所述熔融液流在所述工作气体(等离子束内含未电离的工作气体)的作用下沿所述等离子束的中心轴线移动。
[0152]步骤401中所述等离子束流加工系统将内带熔融液流的等离子束流连续喷至辊芯3-1的外表面上时,内带的熔融液流同步流至辊芯3-1的外表面上。步骤4022中所述等离子束流加工系统将内带熔融液流的等离子束流连续喷至当前已打印好的上一个所述成型层的外表面上时,内带的熔融液流同步流至当前已打印好的上一个所述成型层的外表面上。
[0153]本实施例中,步骤四中由内至外逐层打印之前,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辊身外层3-2的材质名称,对辊身外层3-2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;
[0154]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D ;所述基础打印距离D为5mm?1000mm,且材质熔点越高,基础打印距离D越近;
[0155]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辊芯3-1之间的距离调节为D+r,其中r为辊芯3-1的半径(具体为辊芯3-1上辊身外层3-2的布设位置处的半径),所述喷头的出口与辊芯3-1之间的距离为所述喷头的出口与辊芯3-1的中心轴线之间的距离;步骤401中底层打印过程中,所述喷头的出口与辊芯3-1之间的距离为D+r;
[0156]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当前已打印完成所述成型层的层数N,且通过控制所述打印距离调节装置将所述喷头的出口与辊芯3-1之间的距离调节为D+r+NXd,其中d为所述成型层的层厚;步骤4022中对所述喷头的出口与辊芯3-1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辊芯3-1之间的距离进行调节,使当前已打印好的上一个所述成型层的外表面温度控制在辊身外层3-2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棍身外层3-2之间的距离进行调节时,调节幅度为5mm?60mm,且材质恪点越高,调节幅度越小。
[0157]本实施例中,步骤四中由内至外逐层打印之前,步骤一中所述数据处理设备先根据预先建立的气体流量及送丝速度数据库,并结合预先设定的所述成型层的层厚,对供气管5的基础气体流量和所述送丝装置的送丝速度进行确定;
[0158]所述气体流量及送丝速度数据库内存储有多种不同层厚的成型层所需的送丝速度和基础气体流量;所述基础气体流量为50ml/min?15000ml/min,且所述送丝装置的送丝速度越大,所述基础气体流量越大;
[0159]步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器与所述送丝装置同步在水平面上移动过程中,所述速度检测单元18对所述送丝装置的送丝速度进行实时检测并将所检测信息同步传送至送丝速度控制器20,所述送丝速度控制器20根据预先确定的所述送丝装置的送丝速度并结合速度检测单元18所检测信息对送丝驱动机构14进行控制,使所述送丝装置的送丝速度均与预先确定的送丝速度相同;
[0160]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25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;
[0161]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25对供气管5的气体流量进行增减调整;并且,所述喷头的出口与辊芯3-1之间的距离越大,所述供气管5的气体流量越大。
[0162]本实施例中,获取辊身外层3-2的三维立体模型时,利用pro/e、UG、CATIA等三维制图软件设计出辊身外层3-2的三维立体模型(即三维实体模型),或者利用反求工程求解出辊身外层3-2的三维立体模型;再通过所述分层切片模块对该三维立体模型进行分层切片,并得到各截面的轮廓数据,由轮廓数据生成填充扫描路径,相应获得所述等离子束流加工系统的打印路径(即各分层截面的打印路径)。因而,步骤一和步骤二中所采用的方法,与常规激光选区熔化成型或电子束选区熔化成型采用的方法相同。之后,根据所获得的打印路径在水平面上进行X轴方向运动过程中,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辊芯3-1上或当前已打印好的上一个所述成型层的外表面上;待所喷熔融液滴均凝固后,完成一个成型层的打印过程;然后,进行下一个成型层的打印,这样逐层打印,从而完成辊身外层3-2的打印过程。
[0163]本实施例中,步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器与所述送丝装置同步在水平面上移动过程中,所述被加工丝材2的送丝速度为0.lm/min?10m/min,所述被加工丝材2的直径为0.02mm?1mm;所述被加工丝材2的直径越大,送丝速度越慢;且被加工丝材2的材质熔点越高,送丝速度越慢。
[0164]所述被加工丝材2的熔化端与打印工作面之间的距离为5mm?1000mm。其中,打印工作面为当前所打印成型层上部所处的平面,被加工丝材2的熔化端与所述打印工作面之间的距离为送丝高度。
[0165]步骤四中由内至外逐层打印之前,将被加工丝材4的熔化端与打印工作面之间的距离调整为预先设定的送丝高度,所述送丝高度为5mm?100mm;步骤四中由内至外逐层打印过程中,被加工丝材2的熔化端高度不变。步骤401中被加工丝材2的熔化端与辊芯3-1上部之间的距离为送丝高度,步骤4022中被加工丝材2的熔化端与当前已打印好的上一个所述成型层上表面之间的距离为送丝高度。
[0166]由于水平支撑机构16可以为三轴数控机床,因而步骤三中所获取的每个所述分层截面的打印路径中所述等离子体发生器在水平面上的移动路径也可以均为三轴数控机床16的加工路径,此时所述等离子束流加工系统在水平面上不发生移动,而是由水平支撑机构16在水平面上发生移动,从而完成各成型层的打印过程。
[0167]实际加工时,所述辊芯3-1预先加工成型,并且辊芯3-1能采用乳辊中辊芯的常规加工方法进行加工,如铸造法等;也可以采用常规的3D打印方法对辊芯3-1进行成型。另外,也可以采用本发明所述的乳辊等离子3D打印设备对辊芯3-1进行成型,过程如下:
[0168]步骤A、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辊芯3-1的三维立体模型,再调用分层切片模块对辊芯3-1的三维立体模型进行分层切片,并获得多个分层截面图像;
[0169]多个所述分层截面图像为对辊芯3-1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,多个所述分层截面沿辊芯3-1的中心轴线由内至外均匀布设;
[0170]步骤B、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A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;
[0171]步骤C、打印路径获取:所述数据处理设备根据步骤B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;
[0172]步骤D、由下至上逐层打印:根据步骤C中获得的多个所述分层截面的打印路径,由下至上逐层对辊芯3-1进行打印,获得由多个成型层由下至上堆叠而成的辊芯3-1;所述成型层的数量与步骤A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C中多个所述分层截面的打印路径分别为辊芯3-1中多个所述成型层的打印路径;辊芯3-1中多个所述成型层的打印方法均相同;对辊芯3-1进行打印时,过程如下:
[0173]步骤D1、底层打印:所述水平移动控制器24根据步骤三中所获
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