本發(fā)明涉及金屬零件增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微束等離子3D打印與銑削復(fù)合加工設(shè)備與方法。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)即增材制造技術(shù)，利用三維模型數(shù)據(jù)在成型設(shè)備上快速而精確地制造出任意復(fù)雜的零件，實現(xiàn)快速成型。其主要利用激光等能量將金屬或合金粉末逐層熔化，凝固堆積成一個冶金結(jié)合、組織致密的實體，從而獲得幾乎任意復(fù)雜形狀的金屬零件。

微束等離子3D打印設(shè)備主要由微束等離子發(fā)生器、供粉系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。其具體工藝流程如下：首先，對三維模型數(shù)據(jù)進行切片處理，將三維實體模型轉(zhuǎn)換成二維切片數(shù)據(jù)；其次，對二維切片數(shù)據(jù)進行掃描路徑規(guī)劃，得到二維切片數(shù)據(jù)的輪廓信息；再次，將切片數(shù)據(jù)輪廓信息導(dǎo)入計算機，從而驅(qū)動微束等離子槍的掃描路徑，進行掃描；最后，當(dāng)一層輪廓掃描完成后，成型平臺相對下降一層切片層厚的高度，再進行下一層輪廓掃描。重復(fù)上述步驟，當(dāng)所有切片數(shù)據(jù)都掃描完成后，即可成型三維模型數(shù)據(jù)相一致的金屬三維實體零件。

微束等離子3D打印具有以下特點和優(yōu)勢：

1)與其他金屬3D打印方式一樣，其采用分層疊加成型的原理，成型零件幾乎不受幾何復(fù)雜度的影響，對任意復(fù)雜零件均可直接成型，且成型零件致密度高；

2)微束等離子3D打印采用機械導(dǎo)軌驅(qū)動進行熱源偏轉(zhuǎn)及掃描，可成型尺寸遠大于激光3D打印采用掃描振鏡驅(qū)動光路偏轉(zhuǎn)的方式，成型大型零件具有較大優(yōu)勢；

3)相比以激光為能量輸出的3D打印設(shè)備，微束等離子設(shè)備成本較激光器成本低，操作維護方便。

微束等離子3D打印通過熔化金屬粉末后搭接凝固成實體，金屬材料熔化后由于毛細血管力的作用，會形成近似曲面的熔道，在一定的搭接率下，成型件表面會形成紋理，導(dǎo)致表面粗糙度較大。這樣成型件還需通過后續(xù)機加工才能達到使用標(biāo)準，成型零件難以兼顧高精度與高效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種微束等離子3D打印與銑削復(fù)合加工設(shè)備與方法。本發(fā)明將兩者有機結(jié)合，克服了現(xiàn)有工藝成型零件難以兼顧高精度與高效率的缺陷。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種微束等離子3D打印與銑削復(fù)合加工設(shè)備，包括密封成型腔20，以及置于其內(nèi)的等離子加工設(shè)備；所述密封成型腔20還設(shè)置有一銑削加工設(shè)備；

所述銑削加工設(shè)備包括銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17、銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18、銑刀夾具14、銑削控制單元15、銑削Z方向直線驅(qū)動機構(gòu)16；

所述銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17的直線導(dǎo)軌的一端安裝在銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18上；所述銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17的直線導(dǎo)軌可沿著銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌軸向往復(fù)運動；所述銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17的直線導(dǎo)軌與銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌彼此垂直；

所述銑刀夾具14用于安裝銑刀11；所述銑刀夾具14通過銑削控制單元15安裝在銑削Z方向直線驅(qū)動機構(gòu)16上。

所述銑削加工設(shè)備還設(shè)有一個用于放置銑刀的銑刀庫21，其包括銑刀架驅(qū)動電機10、用于放置銑刀11的銑刀架12、用于更換銑刀11時打開/關(guān)閉的銑刀庫換刀控制閥13；

所述銑刀架驅(qū)動電機10用于將銑刀11推送至銑刀夾具14的下方；換刀過程為手動或者自動。

所述等離子加工設(shè)備包括等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19、等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7、等離子加工控制單元4、等離子槍6；所述等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7的直線導(dǎo)軌的一端安裝在等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19上；所述等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7的直線導(dǎo)軌可沿著等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌軸向往復(fù)運動；所述等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌與等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7的直線導(dǎo)軌彼此垂直；

所述等離子槍6通過等離子加工控制單元4安裝在等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7上。

所述等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌以及銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌之間相互間隔、且相互平行安裝在一支撐基座22上；所述等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌位置在銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌位置的上方。

所述等離子槍6包括等離子發(fā)生控制器1、保護氣體及供粉裝置2、等離子槍水冷機3；

等離子發(fā)生控制器1和保護氣體及供粉裝置2將等離子體、金屬粉末及保護氣體輸送到等離子槍6中；

等離子3D打印過程中，等離子槍6在等離子加工控制單元4的控制下，實現(xiàn)等離子槍6的能量和粉末輸出、等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19及等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7的掃描路徑。

所述銑刀夾具14的初始位置位于密封成型腔20的左側(cè)，即銑刀庫21的上方；

所述密封成型腔20的右側(cè)下方設(shè)有成型工作平臺9；所述等離子槍6的初始位置位于密封成型腔20的右側(cè)，即成型工作平臺9的上方。

所述控制單元15控制銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17和銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18運動，使銑刀11在YX方向進行銑削作業(yè)。

所述微束等離子3D打印與銑削復(fù)合加工設(shè)備的運行方法，包括如下步驟：

步驟一：等離子3D打印作業(yè)完成后，等離子槍6退回右側(cè)初始位置；

步驟二：銑刀11安裝在銑刀夾具14上；銑刀夾具14攜帶銑刀11并在銑削控制單元15的控制下，在銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17和銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的驅(qū)動下，對成型工作平臺9上的零件8進行銑削，以切去零件輪廓余量和孔洞，并切去零件8的成型面凹凸不平的部分；完成銑削作業(yè)后，銑刀夾具14攜帶銑刀11在銑削控制單元15的控制下回到初始位置。

步驟三：重復(fù)步驟一和二，直至整個零件8加工完成。

步驟一所述等離子3D打印作業(yè)具體如下：等離子槍6在成型工作平臺9上進行零件的X-Y輪廓掃描，一層輪廓掃描結(jié)束后成型工作平臺9下降一個層厚的高度，等離子槍6進行零件下一層輪廓的掃描，如此循環(huán)若干層后，等離子加工控制單元4暫停工作，等離子槍6離開成型工作平臺9上方，退回右側(cè)初始位置。

若干層一般為2～5層或者2～10層。當(dāng)然等離子3D打印作業(yè)的層數(shù)可以根據(jù)具體零件要求而定。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果：

本發(fā)明采用等離子體作為熱源，比激光器作為熱源成本低得多，且采用數(shù)控導(dǎo)軌的驅(qū)動方式可使成型零件尺寸大大增加，可成型大型復(fù)雜零件。

本發(fā)明與現(xiàn)有的金屬3D打印設(shè)備相比，采用微束等離子與銑削復(fù)合加工的方式，不僅降低了成型件的表面粗糙度，提高了成型精度，而且可對零件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)進行精確銑削加工，實現(xiàn)了增材制造與高精度加工相結(jié)合，大大提高了加工精度和效率。

本發(fā)明等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌以及銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌之間相互間隔、且相互平行安裝在一支撐基座(22)上；所述等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌位置在銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌位置的上方；這種結(jié)構(gòu)布置簡便易行、節(jié)省空間的同時保證了銑削與等離子加工作業(yè)時的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明微束等離子3D打印與銑削復(fù)合加工設(shè)備平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明微束等離子3D打印與銑削復(fù)合加工設(shè)備立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為零件的微束等離子3D打印過程。

圖4為零件的銑削過程。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。

實施例

如圖1至4所示。本發(fā)明公開了一種微束等離子3D打印與銑削復(fù)合加工設(shè)備，包括密封成型腔20，以及置于其內(nèi)的等離子加工設(shè)備；所述密封成型腔20還設(shè)置有一銑削加工設(shè)備；

所述銑削加工設(shè)備包括銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17、銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18、銑刀夾具14、銑削控制單元15、銑削Z方向直線驅(qū)動機構(gòu)16；

所述銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17的直線導(dǎo)軌的一端安裝在銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18上；所述銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17的直線導(dǎo)軌可沿著銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌軸向往復(fù)運動；所述銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17的直線導(dǎo)軌與銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌彼此垂直；

所述銑刀夾具14用于安裝銑刀11；所述銑刀夾具14通過銑削控制單元15安裝在銑削Z方向直線驅(qū)動機構(gòu)16上。

所述銑削加工設(shè)備還設(shè)有一個用于放置銑刀的銑刀庫21，其包括銑刀架驅(qū)動電機10、用于放置銑刀11的銑刀架12、用于更換銑刀11時打開/關(guān)閉的銑刀庫換刀控制閥13；

所述銑刀架驅(qū)動電機10用于將銑刀11推送至銑刀夾具14的下方；換刀過程為手動或者自動。

所述等離子加工設(shè)備包括等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19、等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7、等離子加工控制單元4、等離子槍6；所述等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7的直線導(dǎo)軌的一端安裝在等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19上；所述等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7的直線導(dǎo)軌可沿著等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌軸向往復(fù)運動；所述等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌與等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7的直線導(dǎo)軌彼此垂直；

所述等離子槍6通過等離子加工控制單元4安裝在等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7上。

所述等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌以及銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌之間相互間隔、且相互平行安裝在一支撐基座22上；所述等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19的直線導(dǎo)軌位置在銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的直線導(dǎo)軌位置的上方。

所述等離子槍6包括等離子發(fā)生控制器1、保護氣體及供粉裝置2、等離子槍水冷機3；

等離子發(fā)生控制器1和保護氣體及供粉裝置2將等離子體、金屬粉末及保護氣體輸送到等離子槍6中；

等離子3D打印過程中，等離子槍6在等離子加工控制單元4的控制下，實現(xiàn)等離子槍6的能量和粉末輸出、等離子槍X方向直線驅(qū)動機構(gòu)19及等離子槍Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)7的掃描路徑。

所述銑刀夾具14的初始位置位于密封成型腔20的左側(cè)，即銑刀庫21的上方；

所述密封成型腔20的右側(cè)下方設(shè)有成型工作平臺9；所述等離子槍6的初始位置位于密封成型腔20的右側(cè)，即成型工作平臺9的上方。

所述控制單元15控制銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17和銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18運動，使銑刀11在YX方向進行銑削作業(yè)。

所述微束等離子3D打印與銑削復(fù)合加工設(shè)備的運行方法，包括如下步驟：

步驟一：等離子3D打印作業(yè)完成后，等離子槍6退回右側(cè)初始位置；

步驟二：銑刀11安裝在銑刀夾具14上；銑刀夾具14攜帶銑刀11并在銑削控制單元15的控制下，在銑削Y方向直線驅(qū)動機構(gòu)17和銑削X方向直線驅(qū)動機構(gòu)18的驅(qū)動下，對成型工作平臺9上的零件8進行銑削，以切去零件輪廓余量和孔洞，并切去零件8的成型面凹凸不平的部分；完成銑削作業(yè)后，銑刀夾具14攜帶銑刀11在銑削控制單元15的控制下回到初始位置。

步驟三：重復(fù)步驟一和二，直至整個零件8加工完成。

步驟一所述等離子3D打印作業(yè)具體如下：等離子槍6在成型工作平臺9上進行零件的X-Y輪廓掃描，一層輪廓掃描結(jié)束后成型工作平臺9下降一個層厚的高度，等離子槍6進行零件下一層輪廓的掃描，如此循環(huán)若干層后，等離子加工控制單元4暫停工作，等離子槍6離開成型工作平臺9上方，退回右側(cè)初始位置。

若干層一般為2～5層或者2～10層。當(dāng)然等離子3D打印作業(yè)的層數(shù)可以根據(jù)具體零件要求而定。

如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。