CN108607996B - 一种应用于3d打印技术的电弧喷涂设备 - Google Patents

一种应用于3d打印技术的电弧喷涂设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,包括:底座、喷涂平台以及喷头运动系统;所述底座包括相关连接的第一支撑座和第二支撑座;所述喷涂平台包括均设置于所述第一支撑座上的旋转台和转动机构,所述转动机构用于带动所述旋转台转动;所述旋转台用于放置砂型模型;所述喷头运动系统包括移动平板、水平运动机构、竖直升降机构以及喷头,所述移动平板通过沿朝向所述旋转台靠近或远离,所述竖直升降机构设置于所述移动平板上,所述喷头安装于所述竖直升降机构远离所述移动平板一端。该设备结构简单,便于操作,使用线材作为原材料利用砂模模型作为喷涂骨架,对砂模的表面喷涂从而得到表面质量高、壁厚均匀的金属零件,其效率高,成本低。

Description

一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域,尤其涉及一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备。
背景技术
3D打印技术可以快速获得高精度的零件,但目前金属零件使用3D打印技术获得的方式有两种,一是使用3D打印技术直接打印金属零件,但这种方式成本高、周期长;另一种是使用3DP技术打印砂模,用砂模铸造获得零件,但这种方式对工艺设计、熔炼要求较高,采用3DP技术打印的砂模表面浮砂较多,无法满足精铸对产品表面质量的要求。
发明内容
本发明针对现有技术3D打印金属零件成本高周期长的问题,提供了一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,该设备通过设置一体式的喷涂平台和喷头304,实现了砂模的一体式喷涂,通过喷涂的方式直接获得薄壳零件。
一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,包括:底座1、喷涂平台2以及喷头运动系统3;所述底座1包括相关连接的第一支撑座101和第二支撑座102;所述喷涂平台2包括均设置于所述第一支撑座101上的旋转台201和转动机构202,所述转动机构202用于带动所述旋转台201转动;所述旋转台201用于放置砂型模型;所述喷头运动系统3包括移动平板301、水平运动机构302、竖直升降机构303以及喷头304,所述水平运动机构302包括运动组件3021和支撑组件3022,所述运动组件3021设置在所述移动平板301的靠近所述第二支撑座102的一面,所述支撑组件3022设置在所述第二支撑座102上,且连接所述移动平板301,所述移动平板301通过所述运动组件3021带动沿朝向所述旋转台201靠近或远离,所述竖直升降机构303设置于所述移动平板301上,所述喷头304安装于所述竖直升降机构303远离所述移动平板30)一端。
进一步的,所述旋转台201上至少设有一个定位件2011,所述定位件2011用于定位砂型模型。
进一步的,所述喷头304具有外壳,所述外壳中心设有熔融腔3041,所述熔融腔3041靠近所述旋转台201一端设有喷口3042,所述熔融腔3041远离所述旋转台201一端设有所述涂层材料进口3043。
进一步的,所述熔融腔3041外设有气流腔3044,所述气流腔3044远离所述喷口3042端具有开口。
进一步的,所述外壳开设有气流进口3045,所述气流进口3045与所述气流腔3044连通。
进一步的,所述熔融腔3041内靠近所述喷口3042处设有熔融电极3046。
进一步的,所述喷头304远离所述喷口3042一端设有送料机构3047,所述送料机构3047包括送料辊轮和带动送料滚轮转动的送料电机,所述送料辊轮用于将料送入所述熔融腔3041内。
应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,设备结构简单,便于操作,使用线材作为原材料利用砂模模型作为喷涂骨架,对砂模的表面喷涂从而得到表面质量高、壁厚均匀的金属零件,其效率高,成本低。
附图说明
图1为一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备示意图;
图2为一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备剖面示意图;
图3为喷头示意图;
图4为一种喷涂部件的计算示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意,下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
如图1所示,一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,包括:底座1、喷涂平台2以及喷头304运动系统3;所述底座1用于支撑整个设备,包括相关连接的第一支撑座101和第二支撑座102。
进一步的,所述喷涂平台2包括均设置于所述第一支撑座101上的旋转台201和转动机构202,所述旋转台201是用来放置喷涂产品和带动喷涂产品旋转的平台。所述转动机构202用于带动所述旋转台201转动,转动机构202包括转动电机,与转动电机相连的齿轮,所述旋转台201为带轴的圆形平台,轴上设有与齿轮匹配的齿,通过转动电机带动齿轮转动从而使旋转台201旋转。
进一步的,所述喷头304运动系统3包括移动平板301、水平运动机构302、竖直升降机构303以及喷头304,所述水平运动机构302包括运动组件3021和支撑组件3022,所述运动组件3021设置在所述移动平板301的靠近所述第二支撑座102的一面,所述支撑组件3022设置在所述第二支撑座102上,且连接所述移动平板301,所述移动平板301通过所述运动组件3021带动沿朝向所述旋转台201靠近或远离,所述竖直升降机构303设置于所述移动平板301上,所述喷头304安装于所述竖直升降机构303远离所述移动平板301一端。
为了减少磨损,所述支撑组件3022为两组滚轮,分别安装在所述第二支撑座102的侧壁上。为了精准控制移动平板301的水平运动,运动组件3021为一组平行导轨,平行导轨上设有齿槽,通过电机带动与齿槽匹配的齿轮转动从而使移动平板301沿远离和靠近所述旋转台201的方向水平移动。
为了防止喷涂产品或旋转台201上的物体因旋转台201的转动而发生相对位移导致喷涂精度降低,所述旋转台201上至少设有一个定位件2011,所述定位件2011用于定位喷涂产品。
为了保护喷头304,所述喷头304具有外壳,外壳能够耐高温。所述外壳中心设有熔融腔3041,所述熔融腔3041靠近所述旋转台201一端设有喷口3042,所述熔融腔3041远离所述旋转台201一端设有所述涂层材料进口3043。
为了用于控制气流的喷出方向,所述熔融腔3041外设有气流腔3044,并且所述气流腔3044远离所述喷口3042端具有开口。
为了使气流进入气流腔3044,所述外壳开设有气流进口3045用于连接外部气管,并且所述气流进口3045与所述气流腔3044连通。
为了将涂层材料熔化,所述熔融腔3041内靠近所述喷口3042处设有熔融电极3046。
为了使涂层材料连续的输送至熔融腔3041内,所述喷头304远离所述喷口3042一端设有送料机构3047,所述送料机构3047包括送料辊轮和带动送料滚轮转动的送料电机,送料辊轮在送料电机的带动下将涂层材料送入所述熔融腔3041内。
为了提高熔融效率和喷涂效率喷头304及送料系统可制成不同型号,对于不易融化的涂层材料可以选用直径较小的涂层材料线材,对于容易融化的涂层材料则可以使用较粗直径的涂层材料线材。
为了提高喷涂表面质量,所述喷头304的截面形状为子弹头状。且在距离喷口120mm-140mm处为最佳喷涂距离,所喷射的熔融状雾体呈锥形状,锥形状夹角为。
为了更精确更智能的控制最佳喷涂距离,设置控制系统控制所述转动机构202的电机、所述水平运动运动机构的电机和竖直升降结构的电机,通过软件精准控制喷头304的位置。其控制最佳喷涂位置的方法如下:
第一步,将三维模型沿水平方向切片,切片层厚h为喷涂直径的3/5,所谓喷涂直径则是指喷涂范围内锥形状喷雾的截面直径,因此切片层厚h可根据喷头304的喷射角度及喷头304距要喷涂表面间的距离d计算得出,;
第二步,将每层文件以旋转台201圆心为中心均分为若干圆弧,每个弧形的角度θ,要求最长圆弧的长度要小于等于第一步所述的喷涂直径,计算圆心到每个角度为θ的圆弧的距离R,则旋转台201每转动θ角度时喷头304水平运动机构302移动的距离为t,t可以通过旋转台201圆心到喷头304初始位置的距离T及R计算出,t=T-R;
第三步,每喷涂完一层喷涂上升距离为层厚h,即竖直升降机构303上升的距离为h;
在喷涂时,为了降低喷涂成本,可采用3D打印的砂模作为骨架,在砂模模型上进行喷涂,过程如下:
砂模设计:根据需要喷涂的部件形状设计需要喷涂的砂模模型,砂模模型要设有底座,防止喷涂底层时将熔融金属喷射到旋转台201上,砂模模型的底座要设有与旋转平台定位件2011相匹配的定位结构,防止旋转台201转动时砂模模型发生相对移动影响喷涂精度。将砂模模型通过定位件2011防止在旋转台201上。
控制系统计算:按照控制最佳位置喷涂位置的方法,计算参数。
喷涂:按照所计算参数逐层喷涂,直到得到所需要的喷涂产品。
清整:待喷涂产品冷却后,通过水洗、震荡等方式去掉砂模,对喷涂产品进行抛光处理,使涂层整体平整光滑,即获得符合要求的喷涂产品。
应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,设备结构简单,便于操作,使用线材作为原材料利用砂模模型作为喷涂骨架,对砂模的表面喷涂从而得到表面质量高、壁厚均匀的金属零件,其效率高,成本低。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型,同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (7)

1.一种应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,其特征在于,包括:底座(1)、喷涂平台(2)以及喷头运动系统(3);
所述底座(1)包括相关连接的第一支撑座(101)和第二支撑座(102);
所述喷涂平台(2)包括均设置于所述第一支撑座(101)上的旋转台(201)和转动机构(202),所述转动机构(202)用于带动所述旋转台(201)转动;所述旋转台(201)用于放置砂型模型;
所述喷头运动系统(3)包括移动平板(301)、水平运动机构(302)、竖直升降机构(303)以及喷头(304),所述水平运动机构(302)包括运动组件(3021)和支撑组件(3022),所述运动组件(3021)设置在所述移动平板(301)的靠近所述第二支撑座(102)的一面,所述支撑组件(3022)设置在所述第二支撑座(102)上,且连接所述移动平板(301),所述移动平板(301)通过所述运动组件(3021)带动沿朝向所述旋转台(201)靠近或远离,所述竖直升降机构(303)设置于所述移动平板(301)上,所述喷头(304)安装于所述竖直升降机构(303)远离所述移动平板(301)一端;
所述电弧喷涂设备通过设置控制系统控制所述转动机构(202)、所述水平运动机构(302)和所述竖直升降机构(303),并采用软件精准控制喷头(304)的位置,精准控制喷涂距离的方法包括下述步骤:
第一步,将三维模型沿水平方向切片,切片层厚h为喷涂直径的3/5,喷涂直径则是指喷涂范围内锥形状喷雾的截面直径,因此切片层厚h可根据喷头( 304) 的喷射角度φ及喷头( 304) 距要喷涂表面间的距离d计算得出,
Figure FDA0002601363580000011
第二步,将每层文件以旋转台(201)圆心为中心均分为若干圆弧,每个弧形的角度θ,要求最长圆弧的长度要小于等于第一步所述的喷涂直径,计算圆心到每个角度为θ的圆弧的距离R,则旋转台(201)每转动θ角度时喷头(304)水平运动机构(302)移动的距离为t,t可以通过旋转台(201)圆心到喷头(304)初始位置的距离T及R计算出,t=T-R;
第三步,每喷涂完一层喷涂上升距离为层厚h,即竖直升降机构(303)上升的距离为h。
2.根据权利要求1所述的应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,其特征在于,所述旋转台(201)上至少设有一个定位件(2011),所述定位件(2011)用于定位砂型模型。
3.根据权利要求1或2所述的应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,其特征在于,所述喷头(304)具有外壳,所述外壳中心设有熔融腔(3041),所述熔融腔(3041)靠近所述旋转台(201)一端设有喷口(3042),所述熔融腔(3041)远离所述旋转台(201)一端设有涂层材料进口(3043)。
4.根据权利要求3所述的应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,其特征在于,所述熔融腔(3041)外设有气流腔(3044),所述气流腔(3044)远离所述喷口(3042)端具有开口。
5.根据权利要求4所述的应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,其特征在于,所述外壳开设有气流进口(3045),所述气流进口(3045)与所述气流腔(3044)连通。
6.根据权利要求3所述的应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,其特征在于,所述熔融腔(3041)内靠近所述喷口(3042)处设有熔融电极(3046)。
7.根据权利要求3所述的应用于3D打印技术的电弧喷涂设备,其特征在于,所述喷头(304)远离所述喷口(3042)一端设有送料机构(3047),所述送料机构(3047)包括送料辊轮和带动送料滚轮转动的送料电机,所述送料辊轮用于将料送入所述熔融腔(3041)内。
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