[发明专利]等离子增材与机械切削的3D打印设备

说明书

技术领域

本发明属于3D打印领域，具体涉及一种3D打印设备。

背景技术

增材制造是21世纪具有代表性的先进制造技术，尤其适合传统制造技术难以低成本、高效率、低损耗完成的复杂结构制造。增材制造依据CAD数据逐层累加材料的方法制造实体零件，采取材料逐点累积形成面，逐面累积成为体的增量堆积打印零件，具有无模具、短周期、高性能、个性化和快速反应等特点，在健康医疗、航空航天、模具制造等行业具有极大的应有价值。目前，发展较为成熟的金属增材制造技术主要有选区激光熔化(SLM)、激光净近成形(LENS)，电子束熔融沉积等。

现有的金属直接成形工艺是利用激光束或电子束等高能密度束斑将金属粉末按分层切片数据逐层熔融堆积，最终形成实体零件。由于激光束(50μm～70μm)或电子束(120μm～200μm)束斑尺寸小，逐层熔融厚度20～50μm，因此粉末沉积速率低，通常为100～200mm³/h，打印一个小型精度零件需耗时近10小时，通常应用于小尺寸的零部件加工领域。

发明内容

鉴于以上内容，有必要发展一种等离子增材与机械切削的3D打印设备，旨在提供一种3D打印加工装备以扩展3D打印的工件的加工尺寸。

为此，本发明提供了一种等离子增材与机械切削的3D打印设备，包括气保护成形室，所述气保护成形室内设有成形工作台和设置在所述成形工作台上方的三轴运动机构，所述成形工作台用于承载逐层堆积成形的工件，还包括：

等离子成形装置，包括等离子成形枪，以及与所述等离子成形枪连接的等离子电源和送粉装置，所述等离子成形枪与所述三轴运动机构连接，设置在所述成形工作台的上方；

机械切削装置，包括切削刀具和主轴，所述切削刀具安装于所述主轴的底端，所述主轴的顶端连接于所述三轴运动机构；

控制模块，分别与所述三轴运动机构、机械切削装置和等离子成形装置连接，用于控制所述等离子成形装置产生等离子微弧，所述等离子微弧聚焦在所述等离子成形枪输出的粉末上在所述成形工作台上成形出所述工件；以及，用于控制所述三轴运动机构带动所述机械切削装置对所述工件的扫描轮廓进行切削。

进一步的，所述等离子成形枪内设有电极和粉末输送腔，所述电极与一等离子电源连接，所述粉末输送腔与一送粉器连接，所述等离子电源和送粉器设置于所述气保护成形室外部。

进一步的，所述等离子成形枪内还设有保护气送气腔和冷却水腔至少之一，所述保护气送气腔或所述冷却水腔设于所述等离子成形枪的内部。

进一步的，所述等离子成形枪提供成形过程的等离子微弧，所述等离子微弧的直径为0.8mm～1.2mm，沉积速率500～1500mm³/h，沉积厚度为50μm～500μm。

进一步的，所述三轴运动机构能带动所述主轴或等离子成形枪沿XYZ三个方向移动，其中，X轴的运动距离为0～1200mm，Y轴的运动距离0～800mm，Z轴的运动距离0～600mm。

进一步的，所述切削刀具包括铣头和磨头。

进一步的，所述3D打印设备还设有分别与所述气保护成形室连接的真空抽气装置、气体循环净化装置和氧浓度探测仪，其中，

所述真空抽气装置用于抽取所述气保护成形室内的气体；气体循环净化装置用于循环净化所述气保护成形室内的气体；氧浓度探测仪用于探测所述气保护成形室内的氧气浓度。

进一步的，所述气保护成形室内还设有成形缸，所述成形工作台设于所述成形缸内。

进一步的，所述气保护成形室内的氧气浓度小于100ppm。

进一步的，所述3D打印设备的成形工件尺寸为1200mm*800mm*600mm。

相较于现有技术，本发明提供的等离子增材与机械切削的3D打印设备通过等离子成形装置释放等离子体，使等离子体经过喷嘴时产生机械压缩、热压缩和电磁压缩形成高能量密度的等离子弧，采用等离子弧作为3D成形打印的热源，可以使粉末熔化的效率提高10～30倍以上，极大的改善了目前3D打印存在的成形效率低的问题，同时辅之机械切削装置通过切削头对工件的轮廓精密切削，可以将打印工件的尺寸扩大到1200mm，由此可以高效率、高精密度地打印制造大型精密零部件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。