[发明专利]一种等离子和多轴数控机床增减材复合3D打印设备与方法

说明书

本发明公开了一种等离子和多轴数控机床增减材复合3D打印设备与方法；包括中央控制系统、密封成型室、五轴五联动数控加工装置、微束等离子枪、冷却机、粉末储存罐、立铣铣削加工装置、保护气瓶；立铣铣削加工装置置于密封成型室内部的Ⅲ区，用于切削工件的分层轮廓和成型面表面凸起；五轴五联动数控加工装置置于密封成型室内部的Ⅱ区，用于改变工件加工任意成型面；微束等离子枪置于密封成型室内部的Ⅰ区，用于增材制造；中央控制系统与五轴五联动数控加工平台、粉末储存罐、冷却机、微束等离子枪、立铣铣削加工装置、铣刀盘连接。本设备采用微束等离子弧加工若干层后，转为铣削，高速精密切削工件的表面凸起，并提高工件内部表面质量。

技术领域

本发明涉及微束等离子弧(micro plasma arc)增材制造领域，尤其涉及一种等离子和多轴数控机床增减材复合3D打印设备与方法。

背景技术

当等离子转移弧电流在15A以下时，通常被称为微束等离子弧。这种电弧功率很小，通常在1kW以下，是进行精密焊接的理想热源之一。其电弧直径在1.5mm左右，而长度可达5mm以上。

微束等离子弧粉末熔覆快速成型工艺是一种焊接电弧的金属直接成型工艺。它借鉴了快速成型方法中“离散、堆积”的思想,与激光快速成型方法的基本原理相似，微束等离子弧粉末熔覆快速成型是以小电流的等离子弧为热源，通过熔丝或熔粉的方式在工件表面以拟定的路径实现逐层材料的堆积。

微束等离子弧粉末熔覆快速成型设备主要由等离子枪、高空载电压的直流电源、惰性气体源(等离子气和保护气)等几个部分组成。其工艺流程如下：首先在计算机中生成待成形工件的三维CAD模型,然后将模型按照一定的厚度切片分层,即将零件的三维实体信息转化为一系列二维轮廓信息,在计算机的控制下,用微束等离子弧粉末熔覆分层堆积的方法,按照二维轮廓信息逐层堆积,最终生成三维实体零件。

目前微束等离子弧多用于焊接领域，而用于增材制造不够成熟。为实现利用微束等离子弧加工异型管道薄壁件等复杂形状工件，因此需要提出一种新的方案：将微束等离子枪、多轴数控机床及立铣铣削装置三个模块进行有机结合，以实现增减材复合3D打印。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、工作效率高的等离子和多轴数控机床增减材复合3D打印设备与方法。克服了传统技术加工复杂形状工件精度低、效率低等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种等离子和多轴数控机床增减材复合3D打印设备，包括中央控制系统14、密封成型室25；

所述密封成型室25分为：Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区；

Ⅰ区用于放置微束等离子加工装置；

Ⅱ区用于放置五轴五联动数控加工平台；

Ⅲ区用于放置立铣铣削加工装置；

所述中央控制系统14用于：控制微束等离子加工装置的按照规划路径完成工件的加工作业；控制五轴五联动数控加工平台根据规划路径实现工件在X、Y、Z轴方向的运动作业；控制立铣铣削加工装置对五轴五联动数控加工平台上的工件26进行铣削作业。

所述微束等离子加工装置包括：

微束等离子枪21；

龙门式结构的X轴导轨22；

梁式结构的Y轴导轨19；

悬臂式结构的Z轴导轨18；

所述Y轴导轨19在Z轴导轨18上上下运动；

所述X轴导轨22在Y轴导轨19上前后运动；