CN111497239A - 一种三维喷涂打印的多材料成型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维喷涂打印的多材料成型装置。包括安装架和安装在安装架上的旋转驱动机构、两个行走打印组件，安装架的中部安装旋转驱动机构，由旋转驱动机构带动安装架绕自身中心水平旋转，安装架的两侧对称安装有行走打印组件，行走打印组件在安装架上进行径向移动调整打印；每个行走打印组件包括径向行走驱动机构与多自由度输出机构，径向行走驱动机构包括直线电机、和可控式滑块；旋转驱动机构包括上安装壳、下安装壳和舵机。本发明通过设置多材料成型装置，可实现多材料的快速成型工艺，并可提高打印精度和打印效率，其可广泛地应用于快速成型。

Description

一种三维喷涂打印的多材料成型装置
技术领域
本发明属于快速成型的一种制造复杂曲面结构零件的3D喷涂打印装置，尤其是涉及一种三维喷涂打印的多材料成型装置。
背景技术
超音速喷涂是一种针对金属喷涂的三维打印技术。由于压缩气体通过缩放管可以产生超音速气流，将粉末沿轴向送入超音速气流中，形成气固双相流，经加速后在完全固态下撞击基体，发生较大的塑性变形而沉积在基体表面上形成涂层。冷喷涂用于制备各种功能性涂层和纳米涂层，在汽车制造业、机械零件的修复再制造、航空航天等领域得到了广泛应用。
由于现有的喷涂设备不能进行多个自由度的运动，对于形状结构复杂的工件而言，现有的喷涂设备难以根据工件自身形状实时调整喷涂路径，以实现包括负角度打印在内的三维打印成型。生产实践中很多产品是曲面结构例如曲轴，薄壁回转件等。直角坐标式的快速成型机在喷涂这些由面结构时，需要借助计算机进行不断的差补运算，当所喷涂的由面或曲线较复杂时，计算机进行的计算量非常大，而且用该方法加工的曲线表面是由多个极小的直线拟合而成的多边形，加工截面内外圆直径相差很小时，就会导致曲面结构失真非常严重。现有的普通的直角坐标式快速成型机不能满足由面结构的表面质量。
为了保证对于曲线和圆弧的轮廓喷涂都是一次完成的，提高表面质量和打印效率，通过调整喷枪距离和物料箱存储的粉末类型，可实现多喷头多材料并行喷涂，大大提高工作效率和控制灵活性；可以实现直角坐标系和极坐标系的复合喷涂。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种三维喷涂打印的多材料成型装置。
本发明的技术方案如下：
本发明包括安装架和安装在安装架上的旋转驱动机构、两个行走打印组件，安装架的中部安装旋转驱动机构，由旋转驱动机构带动安装架绕自身中心水平旋转，安装架的两侧对称安装有行走打印组件，行走打印组件在安装架上进行径向移动调整打印。
每个行走打印组件包括径向行走驱动机构与多自由度输出机构，径向行走驱动机构包括直线电机和可控式滑块，直线电机固定于旋转驱动机构的安装架上，可控式滑块安装在直线电机上，直线电机控制可控式滑块沿安装架的径向方向水平移动；多自由度输出机构包括多自由度机械臂和超音速喷枪，多自由度机械臂包括主臂和副臂，主臂一端铰接安装在可控式滑块底部，主臂另一端经关节和副臂的一端铰接，副臂的另一端安装超音速喷枪，超音速喷枪产生混合压缩空气和粉末材料的超音速气固双相流；所述的旋转驱动机构包括上安装壳、下安装壳和舵机，上安装壳和下安装壳分别上下对接组成完整壳体，舵机固定在上安装壳的内顶面，舵机的输出轴朝下经输入旋转轴固接上法兰，上法兰下端和下法兰上端同轴对接，下法兰下端和输出旋转轴上端固接，输出旋转轴下端通过推力轴承套装于下安装壳通孔中，并穿出通孔后和安装架固接，安装架底部固定连接于安装架顶面。
两个行走打印组件对称安装在安装架的两侧，且两个行走打印组件的两个超音速喷枪朝向安装架的中心布置。
所述的副臂内部设有用于存储成型粉末材料的空腔。
本发明的有益效果是：本发明通过设置多材料成型装置，可实现多材料的快速成型工艺，并可提高打印精度和打印效率，其可广泛地应用于快速成型。
附图说明
图1是本发明实施例中多材料成型装置的主视示意图；
图2是本发明实施例中多材料成型装置的俯视示意图；
图3是本发明实施例中旋转驱动机构的主视示意图；
图4是本发明实施例中径向行走驱动机构与多自由度输出机构的主视图。
图中：旋转驱动机构2、径向行走驱动机构3、多自由度输出机构4；上安装壳21、下安装壳22、舵机23、上法兰24、下法兰25、推力轴承26、安装架27、输入旋转轴230、输出旋转轴250。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1和图2，本发明多材料成型装置包括安装架27和安装在安装架27上的旋转驱动机构2、两个行走打印组件，安装架27的中部安装旋转驱动机构2，由旋转驱动机构2带动安装架27绕自身中心水平旋转，安装架27的两侧对称安装有行走打印组件，行走打印组件在安装架27上进行径向移动调整打印。
参见图3，每个行走打印组件包括径向行走驱动机构3与多自由度输出机构4，径向行走驱动机构3包括直线电机31、33和可控式滑块32、34，直线电机31、33固定于旋转驱动机构2的安装架27上，可控式滑块32、34安装在直线电机31、33上，直线电机31、33控制可控式滑块32、34沿安装架27的径向方向水平移动；多自由度输出机构4包括多自由度机械臂和超音速喷枪48、47，多自由度机械臂包括主臂41、44和副臂43、46，主臂41、44一端铰接安装在可控式滑块32、34底部，主臂41、44另一端经关节42、45和副臂43、46的一端铰接，副臂43、46的另一端安装超音速喷枪48、47，副臂43、46中设有用于存储成型粉末材料的空腔，超音速喷枪48、47产生混合压缩空气和粉末材料的超音速气固双相流。
参见图4，旋转驱动机构2包括上安装壳21、下安装壳22和安装在安装壳内的舵机23，上安装壳21和下安装壳22分别上下对接组成完整壳体，舵机23固定在上安装壳21的内顶面，舵机23的输出轴朝下经输入旋转轴230固接上法兰24，上法兰24下端和下法兰25上端同轴对接，下法兰25下端和输出旋转轴250上端固接，输出旋转轴250下端通过推力轴承26套装于下安装壳22通孔中，并穿出通孔后和安装架27固接，安装架27和舵机23的旋转轴共线，安装架27底部固定连接于安装架27顶面。
安装架27关于其旋转轴线中心对称布置，且在两侧各安装有一个行走打印组件。
两个行走打印组件对称安装在安装架27的两侧，且两个行走打印组件的两个超音速喷枪48、47朝向安装架27的中心布置。
副臂43、46内部设有用于存储成型粉末材料的空腔。
多材料成型装置的控制单元包括处理器及存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序呗处理器执行时能实现以下步骤：
单一材料曲面喷涂步骤，通过旋转驱动机构2和径向行走驱动机构3的配合，及调整多自由度机械臂的空间位姿，使具有相同粉末材料的超音速喷枪48或47的喷射方向与待成型曲面的法矢实时重合，按待成型三维物体的数字模型喷涂曲面。
多材料曲面喷涂步骤，通过旋转驱动机构2和径向行走驱动机构3的配合，及调整多自由度机械臂的空间位姿，使具有不同粉末材料的超音速喷枪48或47的喷射方向分别与各自待成型曲面的法矢实时重合，并有选择地开启超音速喷枪48或47，按待成型三维物体的数字模型喷涂曲面。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种三维喷涂打印的多材料成型装置，其特征在于：包括安装架(27)和安装在安装架(27)上的旋转驱动机构(2)、两个行走打印组件，安装架(27)的中部安装旋转驱动机构(2)，由旋转驱动机构(2)带动安装架(27)绕自身中心水平旋转，安装架(27)的两侧对称安装有行走打印组件，行走打印组件在安装架(27)上进行径向移动调整打印。
2.根据权利要求1所述的一种三维喷涂打印的多材料成型装置，其特征在于：每个行走打印组件包括径向行走驱动机构(3)与多自由度输出机构(4)，径向行走驱动机构(3)包括直线电机(31、33)和可控式滑块(32、34)，直线电机(31、33)固定于旋转驱动机构(2)的安装架(27)上，可控式滑块(32、34)安装在直线电机(31、33)上，直线电机(31、33)控制可控式滑块(32、34)沿安装架(27)的径向方向水平移动；多自由度输出机构(4)包括多自由度机械臂和超音速喷枪(48、47)，多自由度机械臂包括主臂(41、44)和副臂(43、46)，主臂(41、44)一端铰接安装在可控式滑块(32、34)底部，主臂(41、44)另一端经关节(42、45)和副臂(43、46)的一端铰接，副臂(43、46)的另一端安装超音速喷枪(48、47)，超音速喷枪(48、47)产生混合压缩空气和粉末材料的超音速气固双相流；
所述的旋转驱动机构(2)包括上安装壳(21)、下安装壳(22)和舵机(23)，上安装壳(21)和下安装壳(22)分别上下对接组成完整壳体，舵机(23)固定在上安装壳(21)的内顶面，舵机(23)的输出轴朝下经输入旋转轴(230)固接上法兰(24)，上法兰(24)下端和下法兰(25)上端同轴对接，下法兰(25)下端和输出旋转轴(250)上端固接，输出旋转轴(250)下端通过推力轴承(26)套装于下安装壳(22)通孔中，并穿出通孔后和安装架(27)固接，安装架(27)底部固定连接于安装架(27)顶面。
3.根据权利要求2所述的一种三维喷涂打印的多材料成型装置，其特征在于：两个行走打印组件对称安装在安装架(27)的两侧，且两个行走打印组件的两个超音速喷枪(48、47)朝向安装架(27)的中心布置。
4.根据权利要求2所述的一种三维喷涂打印的多材料成型装置，其特征在于：所述的副臂(43、46)内部设有用于存储成型粉末材料的空腔。
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