CN106166615B - 基于层流等离子技术的3d打印设备 - Google Patents

基于层流等离子技术的3d打印设备 Download PDF

Info

Publication number
CN106166615B
CN106166615B CN201610764322.2A CN201610764322A CN106166615B CN 106166615 B CN106166615 B CN 106166615B CN 201610764322 A CN201610764322 A CN 201610764322A CN 106166615 B CN106166615 B CN 106166615B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laminar flow
printing
flow plasma
print head
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610764322.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106166615A (zh
Inventor
李露
杨超
何�泽
李向阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHENGDU PLASMAJET SCIENCE AND Technology Co Ltd
Original Assignee
CHENGDU PLASMAJET SCIENCE AND Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHENGDU PLASMAJET SCIENCE AND Technology Co Ltd filed Critical CHENGDU PLASMAJET SCIENCE AND Technology Co Ltd
Priority to CN201610764322.2A priority Critical patent/CN106166615B/zh
Publication of CN106166615A publication Critical patent/CN106166615A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106166615B publication Critical patent/CN106166615B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/46—Radiation means with translatory movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/22—Direct deposition of molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/20—Cooling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/003—Apparatus, e.g. furnaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22—Driving means
    • B22F12/226—Driving means for rotary motion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于层流等离子技术的3D打印设备，涉及3D打印领域，包括中央控制器、龙门架、驱动器和打印操作台，还包括打印头、伸缩缸、供料装置、循环水泵和一字滑台以及与一字滑台对应的T型滑块；所述龙门架横梁上设置有滑轨，所述一字滑台的两端通过滑块与所述滑轨连接；所述打印头通过伸缩缸连接在T型滑块上；所述打印头通过供料管道和水冷管路与所述供料装置和循环水泵柔性连接；所述打印操作台上设置有带有固定块的旋转台，这种3D打印设备利用层流等离子作为热源、打印部件能够自由灵活运动，同时还带有可配合打印件进行调整。

Description

基于层流等离子技术的3D打印设备
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体来说涉及一种基于层流等离子技术的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，3D打印设备中的先进热源发生装置，是3D打印皇冠上最耀眼的一颗明珠，它直接关系到增材制造（3D打印）过程中产品的成形质量以及成形效率，具有极高的技术含量，属于位于产业链高端的高附加值产品，目前，多数金属3D打印设备采用激光束、电子束作为热源，两者均具有精度高的优点，但是价格昂贵、制造效率低，不适合大规模产业化推广，当前主要应用于航空航天、国防装备等较为狭窄的领域，为解决以上问题，现有技术中也提出了一些技术方案，如公开号为CN104815985A，公开时间为2015年8月5日，名称为“一种微束等离子3D打印设备与方法”的中国发明专利，该设备包括等离子加工装置、中央控制系统、成型室、工作平台、数控主轴、驱动装置、送粉装置。等离子体发生器、等离子弧压调高器、等离子枪体、工作气路、冷却水路构成等离子体加工集成单元。采用微束等离子体作为金属3D打印的熔化金属材料的热源，在保证与激光3D打印技术相近的成型精度的同时，可获得一种高效、低成本的工业级金属零件3D打印设备，但是使用微束等离子还是不够稳定，且作为热源的效果还有待提高，并且通过轴动的方式其运动轨迹会受到一定的限制，打印中会有很多的“盲区”无法达到。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用层流等离子作为热源、打印部件能够自由灵活运动，同时还带有可配合打印件进行调整的打印台的基于层流等离子技术的3D打印设备。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
基于层流等离子技术的3D打印设备，包括中央控制器、龙门架、驱动器和打印操作台，其特征在于：还包括打印头、伸缩缸、供料装置、循环水泵和一字滑台以及与一字滑台对应的T型滑块；所述龙门架横梁上设置有滑轨，所述一字滑台的两端通过滑块与所述滑轨连接；所述打印头通过伸缩缸连接在T型滑块上；所述打印头通过供料管道和水冷管路与所述供料装置和循环水泵柔性连接；所述打印操作台上设置有旋转台和空气压缩机。
所述打印头包括层流等离子加工装置和出料口，所述层流等离子加工装置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冷却回路连通。
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至少3个阴极，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，整个层流离子体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。
所述伸缩缸包括缸体和伸缩杆，所述打印头连接在伸缩杆的顶端，所述缸体底部固定在所述T型滑块的底部。
所述打印操作台上还设置有扫描成像仪，所述扫描成像仪对打印件进行外形扫描并将扫描结果传送回所述中央控制器。
本发明的有益效果如下：
一、本发明提供的一种基于层流等离子技术的3D打印设备，一字滑台的两端通过滑块与滑轨设置在龙门架的横梁上，在驱动器的驱动下实现纵向的运动，打印头通过T型滑块连接在一字滑台上，这种结构在保证打印头完成横向运动的同时也为打印头和伸缩缸提供了悬挂的支撑，为打印提供了足够大的自由作业空间，采用层流等离子束枪作为打印热源，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；旋转台可以在打印中及时调整角度打印要求，空气压缩机为旋转台提供旋转动力。
二、本发明提供的一种基于层流等离子技术的3D打印设备，层流电弧等离子加工件通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的材料的打印要求，层流电弧等离子加工件的枪体上设置的水冷装置可以在打印中及时为枪体降温，避免应高温导致的层流电弧等离子加工件设备故障。
三、本发明提供的一种基于层流等离子技术的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至少3个阴极结构，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、本发明提供的一种基于层流等离子技术的3D打印设备，打印头连接在伸缩杆的顶端，所述缸体底部固定在所述T型滑块的底部，打印时仅有打印头随伸缩杆进行伸缩调整，设备整体稳定性好，技术成熟可靠。
五、本发明提供的一种基于层流等离子技术的3D打印设备，扫描成像仪将打印件外形传送回所述中央控制器，便于及时掌控打印状态和效果。
附图说明
图1是本发明一种优选方案的结构示意图；
图中：
1、中央控制器；2、龙门架；3、驱动器；4、打印操作台；5、打印头；6、伸缩缸；7、供料装置；8、循环水泵；9、一字滑台；10、T型滑块；11、旋转台；12、空气压缩机；13、扫描成像仪。
具体实施方式
以下通过几个实施例来进一步说明本发明的技术方案，需要说明的是，实现本发明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，基于层流等离子技术的3D打印设备，包括中央控制器1、龙门架2、驱动器3和打印操作台4，还包括打印头5、伸缩缸6、供料装置7、循环水泵8和一字滑台9以及与一字滑台9对应的T型滑块10；所述龙门架2横梁上设置有滑轨，所述一字滑台9的两端通过滑块与所述滑轨连接；所述打印头5通过伸缩缸6连接在T型滑块10上；所述打印头5通过供料管道和水冷管路与所述供料装置7和循环水泵8柔性连接；所述打印操作台4上设置有旋转台11和空气压缩机12。
这是本发明的一种最基本的实施方案。一字滑台9的两端通过滑块与滑轨设置在龙门架2的横梁上，在驱动器3的驱动下实现纵向的运动，打印头5通过T型滑块10连接在一字滑台9上，这种结构在保证打印5头完成横向运动的同时也为打印头5和伸缩缸6提供了悬挂的支撑，为打印提供了足够大的自由作业空间，采用层流等离子束枪作为打印热源，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11可以在打印中及时调整角度打印要求，空气压缩机12为旋转台11提供旋转动力。
实施例2
如图1，基于层流等离子技术的3D打印设备，包括中央控制器1、龙门架2、驱动器3和打印操作台4，还包括打印头5、伸缩缸6、供料装置7、循环水泵8和一字滑台9以及与一字滑台9对应的T型滑块10；所述龙门架2横梁上设置有滑轨，所述一字滑台9的两端通过滑块与所述滑轨连接；所述打印头5通过伸缩缸6连接在T型滑块10上；所述打印头5通过供料管道和水冷管路与所述供料装置7和循环水泵8柔性连接；所述打印操作台4上设置有旋转台11和空气压缩机12。
所述打印头5包括层流等离子加工装置和出料口，所述层流等离子加工装置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冷却回路连通。
这是本发明的一种优选的实施方案。一字滑台9的两端通过滑块与滑轨设置在龙门架2的横梁上，在驱动器3的驱动下实现纵向的运动，打印头5通过T型滑块10连接在一字滑台9上，这种结构在保证打印5头完成横向运动的同时也为打印头5和伸缩缸6提供了悬挂的支撑，为打印提供了足够大的自由作业空间，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11可以在打印中及时调整角度打印要求，空气压缩机12为旋转台11提供旋转动力；层流电弧等离子加工件通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的材料的打印要求，层流电弧等离子加工件的枪体上设置的水冷装置可以在打印中及时为枪体降温，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，基于层流等离子技术的3D打印设备，包括中央控制器1、龙门架2、驱动器3和打印操作台4，还包括打印头5、伸缩缸6、供料装置7、循环水泵8和一字滑台9以及与一字滑台9对应的T型滑块10；所述龙门架2横梁上设置有滑轨，所述一字滑台9的两端通过滑块与所述滑轨连接；所述打印头5通过伸缩缸6连接在T型滑块10上；所述打印头5通过供料管道和水冷管路与所述供料装置7和循环水泵8柔性连接；所述打印操作台4上设置有旋转台11和空气压缩机12。
所述打印头5包括层流等离子加工装置和出料口，所述层流等离子加工装置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冷却回路连通。
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至少3个阴极，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，整个层流离子体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。
这是本发明的一种优选的实施方案。一字滑台9的两端通过滑块与滑轨设置在龙门架2的横梁上，在驱动器3的驱动下实现纵向的运动，打印头5通过T型滑块10连接在一字滑台9上，这种结构在保证打印5头完成横向运动的同时也为打印头5和伸缩缸6提供了悬挂的支撑，为打印提供了足够大的自由作业空间，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11可以在打印中及时调整角度打印要求，空气压缩机12为旋转台11提供旋转动力；层流电弧等离子加工件通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的材料的打印要求，层流电弧等离子加工件的枪体上设置的水冷装置可以在打印中及时为枪体降温，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至少3个阴极结构，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，基于层流等离子技术的3D打印设备，包括中央控制器1、龙门架2、驱动器3和打印操作台4，还包括打印头5、伸缩缸6、供料装置7、循环水泵8和一字滑台9以及与一字滑台9对应的T型滑块10；所述龙门架2横梁上设置有滑轨，所述一字滑台9的两端通过滑块与所述滑轨连接；所述打印头5通过伸缩缸6连接在T型滑块10上；所述打印头5通过供料管道和水冷管路与所述供料装置7和循环水泵8柔性连接；所述打印操作台4上设置有旋转台11和空气压缩机12。
所述打印头5包括层流等离子加工装置和出料口，所述层流等离子加工装置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冷却回路连通。
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至少3个阴极，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，整个层流离子体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。
所述伸缩缸6包括缸体和伸缩杆，所述打印头5连接在伸缩杆的顶端，所述缸体底部固定在所述T型滑块10的底部。
这是本发明的一种优选的实施方案。一字滑台9的两端通过滑块与滑轨设置在龙门架2的横梁上，在驱动器3的驱动下实现纵向的运动，打印头5通过T型滑块10连接在一字滑台9上，这种结构在保证打印5头完成横向运动的同时也为打印头5和伸缩缸6提供了悬挂的支撑，为打印提供了足够大的自由作业空间，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11可以在打印中及时调整角度打印要求，空气压缩机12为旋转台11提供旋转动力；层流电弧等离子加工件通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的材料的打印要求，层流电弧等离子加工件的枪体上设置的水冷装置可以在打印中及时为枪体降温，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至少3个阴极结构，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；打印头5连接在伸缩杆的顶端，所述缸体底部固定在所述T型滑块10的底部，打印时仅有打印头5随伸缩杆进行伸缩调整，设备整体稳定性好，技术成熟可靠。
实施例5
如图1，基于层流等离子技术的3D打印设备，包括中央控制器1、龙门架2、驱动器3和打印操作台4，还包括打印头5、伸缩缸6、供料装置7、循环水泵8和一字滑台9以及与一字滑台9对应的T型滑块10；所述龙门架2横梁上设置有滑轨，所述一字滑台9的两端通过滑块与所述滑轨连接；所述打印头5通过伸缩缸6连接在T型滑块10上；所述打印头5通过供料管道和水冷管路与所述供料装置7和循环水泵8柔性连接；所述打印操作台4上设置有旋转台11和空气压缩机12。
所述打印头5包括层流等离子加工装置和出料口，所述层流等离子加工装置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冷却回路连通。
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至少3个阴极，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，整个层流离子体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。
所述伸缩缸6包括缸体和伸缩杆，所述打印头5连接在伸缩杆的顶端，所述缸体底部固定在所述T型滑块10的底部。
所述打印操作台4上还设置有扫描成像仪13，所述扫描成像仪13对打印件进行外形扫描并将扫描结构传送回所述中央控制器1。
这是本发明的一种优选的实施方案。一字滑台9的两端通过滑块与滑轨设置在龙门架2的横梁上，在驱动器3的驱动下实现纵向的运动，打印头5通过T型滑块10连接在一字滑台9上，这种结构在保证打印5头完成横向运动的同时也为打印头5和伸缩缸6提供了悬挂的支撑，为打印提供了足够大的自由作业空间，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11可以在打印中及时调整角度打印要求，空气压缩机12为旋转台11提供旋转动力；层流电弧等离子加工件通过弧压调节器调节层流等离子的输出以适应不同的材料的打印要求，层流电弧等离子加工件的枪体上设置的水冷装置可以在打印中及时为枪体降温，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至少3个阴极结构，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；打印头5连接在伸缩杆的顶端，所述缸体底部固定在所述T型滑块10的底部，打印时仅有打印头5随伸缩杆进行伸缩调整，设备整体稳定性好，技术成熟可靠；扫描成像仪13将打印件外形传送回所述中央控制器1，便于及时掌控打印状态和效果。

Claims (5)

1.基于层流等离子技术的3D打印设备，包括中央控制器（1）、龙门架（2）、驱动器（3）和打印操作台（4），其特征在于：还包括打印头（5）、伸缩缸（6）、供料装置（7）、循环水泵（8）和一字滑台（9）以及与一字滑台（9）对应的T型滑块（10）；所述打印头（5）包括层流等离子加工装置和出料口；所述龙门架（2）横梁上设置有滑轨，所述一字滑台（9）的两端通过滑块与所述滑轨连接；所述打印头（5）通过伸缩缸（6）连接在T型滑块（10）上；所述打印头（5）通过供料管道和水冷管路与所述供料装置（7）和循环水泵（8）柔性连接；所述打印操作台（4）上设置有旋转台（11）和空气压缩机（12）。
2.如权利要求1所述的基于层流等离子技术的3D打印设备，其特征在于：所述层流等离子加工装置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器设置在所述枪体内；水冷装置设置在所述枪体的壁上并与冷却回路连通。
3.如权利要求2所述的基于层流等离子技术的3D打印设备，其特征在于：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，整个层流离子体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。
4.如权利要求1所述的基于层流等离子技术的3D打印设备，其特征在于：所述伸缩缸（6）包括缸体和伸缩杆，所述打印头（5）连接在伸缩杆的顶端，所述缸体底部固定在所述T型滑块（10）的底部。
5.如权利要求1所述的基于层流等离子技术的3D打印设备，其特征在于：所述打印操作台（4）上还设置有扫描成像仪（13），所述扫描成像仪（13）对打印件进行外形扫描并将扫描结构传送回所述中央控制器（1）。
CN201610764322.2A 2016-08-31 2016-08-31 基于层流等离子技术的3d打印设备 Active CN106166615B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610764322.2A CN106166615B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 基于层流等离子技术的3d打印设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610764322.2A CN106166615B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 基于层流等离子技术的3d打印设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106166615A CN106166615A (zh) 2016-11-30
CN106166615B true CN106166615B (zh) 2019-03-29

Family

ID=57376354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610764322.2A Active CN106166615B (zh) 2016-08-31 2016-08-31 基于层流等离子技术的3d打印设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106166615B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200316685A1 (en) * 2017-02-13 2020-10-08 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Insitu metal matrix nanocomposite synthesis by additive manufacturing route
CN107009150B (zh) * 2017-04-14 2023-06-20 华南理工大学 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
CN106984820B (zh) * 2017-05-22 2019-08-02 哈尔滨工业大学（威海） 一种3d打印约束成型辅助装置及其使用方法
CN107553690B (zh) * 2017-10-25 2023-11-10 马义军 一种移动胯下建筑3d打印机
CN110733179A (zh) * 2019-11-28 2020-01-31 大连交通大学 一种便于卸料的3d打印装置
CN111184999A (zh) * 2020-03-09 2020-05-22 福州市仓山区方家兄玩具有限公司 一种保龄球三维制造及打孔设备

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL111063A0 (en) * 1994-09-26 1994-12-29 Plas Plasma Ltd A method for depositing a coating onto a substrate by means of thermal spraying and an apparatus for carrying out said method
JP5115209B2 (ja) * 2008-01-21 2013-01-09 東ソー株式会社 表面が平滑なセラミックビーズの製造方法
CN103260330B (zh) * 2012-02-21 2015-11-11 成都真火科技有限公司 一种多阴极中轴阳极电弧等离子体发生器
CN204054679U (zh) * 2014-09-12 2014-12-31 常州华森三维打印研究院有限公司 一种3d打印机
CN104493166A (zh) * 2015-01-15 2015-04-08 中国科学技术大学 利用层流状态的直流等离子体炬进行金属部件快速成形方法
CN104708822B (zh) * 2015-02-13 2017-04-19 济南爱华达新材料有限公司 一种新型多功能数控3d打印设备及使用方法
CN104853514A (zh) * 2015-05-12 2015-08-19 四川大学 层流等离子体发生器
CN204773606U (zh) * 2015-06-25 2015-11-18 同济大学 一种基于电子束的3d打印装置
CN205044185U (zh) * 2015-10-12 2016-02-24 广州奥达数码产品有限公司 一种带有双送料装置的3d打印机
CN105234538B (zh) * 2015-11-10 2017-04-12 武汉高力热喷涂工程有限责任公司 一种龙门式大功率等离子弧3d打印设备与方法
CN205291611U (zh) * 2016-01-06 2016-06-08 湖北嘉一三维高科股份有限公司 一种快装式3d打印机
CN205341922U (zh) * 2016-01-15 2016-06-29 渭南鼎信创新智造科技有限公司 一种金属熔融快速成型极坐标3d打印设备
CN105665702A (zh) * 2016-03-03 2016-06-15 中研智能装备有限公司 一种模具等离子3d打印设备及3d打印方法
CN206241262U (zh) * 2016-08-31 2017-06-13 成都真火科技有限公司 基于层流等离子技术的3d打印设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN106166615A (zh) 2016-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106166615B (zh) 基于层流等离子技术的3d打印设备
JP4110175B2 (ja) アークイオンプレーティング方法
CN105798297B (zh) 一种电烧结金属材料3d打印装置及其打印工艺
CN101274390B (zh) 一种用于激光快速成形的同轴喷嘴系统
CN205356790U (zh) 一种用于产生稳定均匀放电的装置
CN206169289U (zh) 一种闸片层流等离子3d打印设备
CN206241262U (zh) 基于层流等离子技术的3d打印设备
CN103205748A (zh) 一种激光加工用均匀送粉的宽带喷嘴
CN106714437A (zh) 输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪
CN104108053B (zh) 大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工方法
CN1589088A (zh) 双阳极热等离子发生器
CN106180715B (zh) 一种层流等离子3d打印的控制系统及方法
CN201986252U (zh) 大气压低温等离子体电刷发生装置及其阵列组合
CN204887664U (zh) 输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪
CN103071441B (zh) 一种碳基纳米材料的液相等离子制备装置
CN206169287U (zh) 一种基于层流等离子技术的3d打印设备
CN201195748Y (zh) 一种用于激光快速成形的同轴喷嘴装置
CN203530432U (zh) 等离子体熔覆装置
CN210281053U (zh) 用于连接真空焊箱的等离子焊枪
CN107931625A (zh) 一种金属粉末制粉设备
CN108601193B (zh) 一种长尺度均匀热等离子体弧产生方法及装置
CN109483022B (zh) 一种气-磁联合调控双钨极toptig焊焊接方法
CN206009837U (zh) 一种层流等离子3d打印的控制系统
CN216502365U (zh) 一种可调节高稳定性的同轴送粉喷嘴装置
CN110576239A (zh) 旋转电弧的电弧铣削加工装置及加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant