CN111546624A - 用于带中心孔类工件的增材制造设备 - Google Patents

用于带中心孔类工件的增材制造设备 Download PDF

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CN111546624A CN202010461541.XA CN202010461541A CN111546624A CN 111546624 A CN111546624 A CN 111546624A CN 202010461541 A CN202010461541 A CN 202010461541A CN 111546624 A CN111546624 A CN 111546624A
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朱先勇
侯振华
肖雄
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Abstract

本发明涉及一种用于带中心孔类工件的增材制造设备，属于增材制造设备领域。适用于变形轮类、螺旋桨类、涡轮类等旋转工件的净成型。主要包括伺服控制机构、运动机构、原料挤出机构、温度控制机构，伺服控制机构控制运动机构在以工件水平方向回转轴线为中心线的圆柱坐标系内运动，由原料挤出机构在温度控制机构控制的热环境中，将原材料以熔融状态逐层堆积在轴形基体上或已成型工件上，再由温度控制机构将已挤出的原材料冷却至凝固，最终取出轴形基体完成制造。较现有同类型工件的增材制造技术相比，具有节能减排、提质增效的特点，提高了增材制造技术的柔性生产能力，扩大了该技术的应用领域。

Description

用于带中心孔类工件的增材制造设备
技术领域
本发明涉及增材制造设备领域，特别涉及一种用于带中心孔类工件的增材制造设备，适用于变形轮类、螺旋桨类、涡轮类等旋转类工件的净成型。
背景技术
增材制造俗称3D打印，是一项融合了计算机辅助设计、计算机辅助加工、新材料等技术，并以数字模型文件为基础，通过计算软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料，按照激光烧结（SLS）、熔融堆积（FDM）、光固化(SLA)等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术，近年来得到大力发展。
熔融堆积式增材制造技术的市场应用较为广泛，大部分设备的工作区域采用直角坐标系，受其设备的机械结构与运动特点的约束，工件只能在X、Y、Z三维直角坐标系中逐渐堆积成型，所以大部分的变形轮类、螺旋桨类、涡轮类等有中心孔的旋转类工件不能像矩形体类工件一样一次成型，需要在成型时添加支撑物并在成型后再将支撑物去除，或者将工件分体制作而后再组装来制造，如此给生产制造过程或产品质量带来了不可避免的影响，限制了增材制造技术的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于带中心孔类工件的增材制造设备，解决了现有技术存在的上述问题，适用于变形轮类、螺旋桨类、涡轮类等旋转类工件的净成型。本发明通过伺服控制机构控制运动机构在以工件水平方向回转轴线为中心线的圆柱坐标系内运动，在温度控制机构控制的热环境中，由原料挤出机构将原材料以熔融状态逐层堆积在轴形基体上或已成型工件上，再由温度控制机构将已挤出的原材料冷却至凝固，最终取出轴形基体完成制造。具有成型过程中无需设置支撑物，设计制造过程中无需将工件分体后再组装的特点，提高了有中心孔的旋转类工件的制造效率，实现节能减排；本发明的运动机构的行程范围更小，设备的稳定性与可靠性更高，产品的精度质量更高；提高了增材制造技术的柔性生产能力，扩大了该技术的应用领域。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
用于带中心孔类工件的增材制造设备，包括伺服控制机构、运动机构、原料挤出机构、温度控制机构，所述伺服控制机构控制所述运动机构在以工件水平方向回转轴线为中心线的圆柱坐标系内进行有限范围移动，所述运动机构携带所述原料挤出机构在所述温度控制机构控制的温度环境中，由原料挤出机构将原材料以熔融状态逐层堆积在轴形增材基体或已成型工件上，再由温度控制机构将已挤出的原材料冷却至凝固，最终取出轴形基体完成制造。
所述的运动机构包括框架201、X轴运动组件、Z轴运动组件、A轴运动组件、增材基体组件，所述的X轴运动组件是：X轴底座301水平固定在框架201内机械区；X轴导轨302、X轴丝杠303、X轴轴承座304固定在X轴底座301之上；X轴联轴器305一端连接X轴丝杠303，另一端连接X轴步进电机204；X轴滑块306上有滚珠螺母、滚珠滑道、安装孔，所述滚珠螺母与X轴丝杠303配合，所述滚珠滑道与X轴导轨302配合，保证所述X轴滑块306的运动精度，所述安装孔连接Z轴运动组件。
所述的Z轴运动组件是：Z轴底座307竖直固定在X轴滑块306上；Z轴导轨308、Z轴丝杠309、Z轴轴承座310固定在Z轴底座307之上；Z轴联轴器311一端连接Z轴丝杠309，另一端连接Z轴步进电机205；Z轴滑块312上的安装孔连接挤出头连接臂313，挤出头连接臂313分左右两条，且分别通过四个安装孔安装在Z轴运动组件和散热块505上，每条挤出头连接臂313的内侧相同位置设有一个通孔，安装热风头508。
所述的A轴运动组件是：减速器401在三个方向设有安装孔，分别连接A轴步进电机206、锥孔卡盘402和框架201，以提高A轴回转角精度；所述锥孔卡盘402中心设有锥形孔，连接增材基体组件；弹簧顶尖403由弹簧、顶尖、弹簧管组成，连接并顶紧增材基体组件；所述弹簧顶尖403与锥孔卡盘402保持同轴；尾座404在两个方向上设有安装孔，分别连接弹簧顶尖403和框架201，以固定弹簧顶尖403。
所述的增材基体组件是：基体转轴405具有阶梯轴特征，轴肩定位增材基体406；基体转轴405一侧外缘为锥形，锥形特征与锥孔卡盘402相同，与锥孔卡盘402连接，另一侧端面中心设有锥形孔，与弹簧顶尖403连接；基体转轴405的锥形孔一侧外表面设有螺纹，配合锁紧螺母407；增材基体406为管形结构，外表面附着增材亲和涂层，套装在基体转轴405上，由锁紧螺母407锁紧。
所述的原料挤出机构是：丝状原材料501盘装在材料盒502中，材料盒502固定在框架201的机械区右端内侧，上方设有出料孔，以穿过丝状原材料501；远端送料块503中设有通孔，以穿过丝状原材料501，所述通孔两侧设有两个导料轮，两个导料轮分为主动导料轮和被动导料轮，主动导料轮安装在送料步进电机207的轴上，被动导料轮安装在远端送料块503中，所述送料步进电机207与远端送料块503连接固定在材料盒502上方外侧；原料导管504一端连接远端送料块503，另一端连接散热块505，以传导丝状原材料501；所述散热块505在三个方向设有安装孔，一侧与温度控制机构的挤出散热风扇510连接用于散热，一侧与挤出头连接臂313连接用于固定，一侧与加热块506连接用于穿过丝状原材料501；所述加热块506设有两个盲孔和一个通孔，盲孔安装温度控制机构的挤出加热电阻和挤出热敏电阻，所述通孔贮藏加热中的丝状原材料501并连接挤出口507；所述挤出口507的中心线与增材基体组件的回转中心线相垂直，挤出熔融状态的原材料并使其附着在增材基体406表面或已成型工件表面。
所述的温度控制机构控制作业过程中的温度控制，由热风头温控组件、挤出温控组件、环境温控组件组成；所述热风头温控组件对增材基体进行预热，由热风头508、热风头风扇509、热风头加热电阻、热风头热敏电阻组成；所述热风头508为空心结构，三侧设有安装孔，其中两侧分别连接两个挤出头连接臂313，另一侧安装热风头风扇509，所述热风头风扇509的对侧设有出风口，出风口对准挤出口507的中心线，并且水平高度高于挤出口507；热风头加热电阻与热风头热敏电阻安装在热风头508内部，对热风头508内部空气进行加热与温度反馈。
所述的挤出温控组件对加热块506进行温度控制，由挤出加热电阻、挤出热敏电阻、挤出冷却风扇510组成，所述挤出加热电阻与挤出热敏电阻安装在加热块506内部，对加热块506进行加热与温度反馈；所述挤出冷却风扇510安装在散热块505上，对加热块506进行散热。
所述的环境温控组件由环境热敏电阻、环境冷却风扇、包装板107组成；所述环境热敏电阻安装在包装板107内侧；所述环境冷却风扇安装在包装板107远端内侧；所述包装板107安装在框架201外侧，包装板107承载变压直流电源盒101、步进电机控制器103、工控主板102、人机交互触摸屏104、存储卡接口105、USB数据接口106。
本发明的有益效果在于：
本发明提高了在增材制造技术领域内，变形轮类、螺旋桨类、涡轮类等旋有中心孔的转类工件的制造效率，较现有技术相比，具有成型过程中无需设置支撑物，设计制造过程中无需将工件分体后再组装，减少了人力与物力的投入，实现节能减排。
本发明采用以工件水平方向回转轴线为中心线的圆柱坐标系内对工件进行材料熔融堆积制造，与现有采用直角坐标系的制造技术相比，在生产旋转类工件时，本发明的运动机构的行程范围更小，设备的稳定性与可靠性更高，产品的精度质量更高。
本发明改善了当前熔融堆积增材制造技术在变形轮类、螺旋桨类、涡轮类等旋转类产品的生产局限性，提高了该技术的柔性制造能力，扩大了该技术的应用领域。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的外观结构示意图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明的X轴、Z轴运动组件示意图；
图4为本发明的A轴、增材基体组件示意图；
图5为本发明的原料挤出机构的结构示意图。
图中：101、变压直流电源盒；102、工控主板；103、步进电机控制器；104、人机交互触摸屏；105、存储卡接口；106、USB数据接口；107、包装板；201、框架；202、光电限位开关；203、编码器；204、X轴步进电机；205、Z轴步进电机；206、A轴步进电机；207、送料步进电机；301、X轴底座；302、X轴导轨；303、X轴丝杠；304、X轴轴承座；305、X轴联轴器；306、X轴滑块；307、Z轴底座；308、Z轴导轨；309、Z轴丝杠；310、Z轴轴承座；311、Z轴联轴器；312、Z轴滑块；313、挤出头连接臂；401、减速器；402、锥孔卡盘；403、弹簧顶尖；404、尾座；405、基体转轴；406、增材基体；407、锁紧螺母；501、丝状原材料；502、材料盒；503、远端送料块；504、原料导管；505、散热块；506、加热块；507、挤出口；508、热风头；509、热风头风扇；510、挤出冷却风扇。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图5所示，本发明的用于带中心孔类工件的增材制造设备，包括伺服控制机构、运动机构、原料挤出机构、温度控制机构，所述伺服控制机构控制所述运动机构在以工件水平方向回转轴线为中心线的圆柱坐标系内进行有限范围移动，所述运动机构携带所述原料挤出机构在所述温度控制机构控制的温度环境中，由原料挤出机构将原材料以熔融状态逐层堆积在轴形增材基体或已成型工件上，再由温度控制机构将已挤出的原材料冷却至凝固，最终取出轴形基体完成制造。
所述的伺服控制机构包括变压直流电源盒101、步进电机、步进电机控制器103、编码器203、光电限位开关202、工控主板102、人机交互触摸屏104、存储卡接口105、USB数据接口106，所述变压直流电源盒101用于为增材制造设备提供直流电源；所述步进电机、步进电机控制器103、编码器203用于设备初始化原点位置的定位，用于控制运动机构在以水平方向上工件回转轴线为中心线的圆柱坐标系内进行点到点的精确移动；所述光电限位开关202用于限制运动机构在运动空间范围内运动，避免超过行程极限；所述工控主板102用于控制增材制造设备的机电运转逻辑控制、针对不同原材料设置相应的原料挤出运动参数、控制原料挤出机构的工作参数、控制运动机构的运动参数；所述人机交互触摸屏104用于可视化作业；所述储存卡接口105、USB数据接口106用于与计算机互通；所述变压直流电源盒101、步进电机控制器103、工控主板102安装在增材制造设备内的电子区；所述人机交互触摸屏104、储存卡接口105、USB数据接口106安装在增材制造设备的正面外侧。
所述的运动机构包括框架201、X轴运动组件、Z轴运动组件、A轴运动组件、增材基体组件，用于携带原料挤出机构在以水平方向上工件回转轴线为中心线的圆柱坐标系内进行行程范围内任意两点之间的连续性运动。
所述的框架201由国标铝合金型材、国标铝合金型材连接件、国标紧固件组装制造，用于支撑、定位增材制造设备中各个组成部分，将增材制造设备内的空间划分为机械区与电子区。
所述的X轴运动组件包括X轴底座301、X轴导轨302、X轴丝杠303、X轴轴承座304、X轴联轴器305、X轴滑块306，用于携带所述Z轴运动组件在所述光电限位开关202限定的范围内在X方向做连续性直线往复运动。所述X轴底座301水平固定在框架201内机械区远端内侧；X轴导轨302、X轴丝杠303、X轴轴承座304固定在X轴底座301之上；X轴联轴器305一端连接X轴丝杠303，另一端连接X轴步进电机204；X轴滑块306上有滚珠螺母、滚珠滑道、安装孔，所述滚珠螺母与X轴丝杠303配合，所述滚珠滑道与X轴导轨302配合，保证所述X轴滑块306的运动精度，所述安装孔连接Z轴运动组件。
所述的Z轴运动组件主要包括Z轴底座307、Z轴导轨308、Z轴丝杠309、Z轴轴承座310、Z轴联轴器311、Z轴滑块312、挤出头连接臂313，用于携带所述原料挤出结构在所述光电限位开关限定的范围内在Z方向做连续性直线往复运动。所述Z轴底座307竖直固定在X轴滑块306上；Z轴导轨308、Z轴丝杠309、Z轴轴承座310固定在Z轴底座307之上；Z轴联轴器311一端连接Z轴丝杠309，另一端连接Z轴步进电机205；Z轴滑块312上的安装孔连接挤出头连接臂313，挤出头连接臂313分左右两条，且分别通过四个安装孔安装在Z轴运动组件和散热块505上，每条挤出头连接臂313的内侧相同位置设有一个通孔，安装热风头508。
所述的A轴运动组件主要包括减速器401、锥孔卡盘402、弹簧顶尖403、尾座404，所述减速器401在三个方向设有安装孔，分别连接A轴步进电机206、锥孔卡盘402和框架201，以提高A轴回转角精度；所述锥孔卡盘402中心设有锥形孔，连接增材基体组件；弹簧顶尖403由弹簧、顶尖、弹簧管组成，连接并顶紧增材基体组件；所述弹簧顶尖403与锥孔卡盘402保持同轴；尾座404在两个方向上设有安装孔，分别连接弹簧顶尖403和框架201，以固定弹簧顶尖403。
所述的增材基体组件包括基体转轴405、增材基体406、锁紧螺母407组成，用于承载工件。所述基体转轴405具有阶梯轴特征，轴肩定位增材基体406；基体转轴405一侧外缘为锥形，锥形特征与锥孔卡盘402相同，与锥孔卡盘402连接，另一侧端面中心设有锥形孔，与弹簧顶尖403连接；基体转轴405的锥形孔一侧外表面设有螺纹，配合锁紧螺母407；增材基体406为管形结构，外表面附着增材亲和涂层，套装在基体转轴405上，由锁紧螺母407锁紧，用于使增材原材料附着在其表面，并承载工件，加工完成后，冷却至某一温度时与工件分离；所述增材基体406可根据待制造工件的中心孔直径预制，具有互换性。
所述的原料挤出机构由丝状原材料501、材料盒502、远端送料块503、原料导管504、散热块505、加热块506、挤出口507组成。用于将丝状原材料501在伺服控制机构与温度控制机构的控制下，从材料盒502传送至加热块506进行加热至熔融状态，并将熔融状态的原材料从挤出口507挤出逐层堆积在所述增材基体406或已成型工件上；所述丝状原材料501盘装在材料盒502中，材料盒502固定在框架201的机械区右端内侧，上方设有出料孔，以穿过丝状原材料501；远端送料块503中设有通孔，以穿过丝状原材料501，所述通孔两侧设有两个导料轮，两个导料轮分为主动导料轮和被动导料轮，主动导料轮安装在送料步进电机207的轴上，被动导料轮安装在远端送料块503中，所述送料步进电机207与远端送料块503连接固定在材料盒502上方外侧；原料导管504一端连接远端送料块503，另一端连接散热块505，以传导丝状原材料501；所述散热块505在三个方向设有安装孔，一侧与温度控制机构的挤出散热风扇510连接用于散热，一侧与挤出头连接臂313连接用于固定，一侧与加热块506连接用于穿过丝状原材料501；所述加热块506设有两个盲孔和一个通孔，盲孔安装温度控制机构的挤出加热电阻和挤出热敏电阻，所述通孔贮藏加热中的丝状原材料501并连接挤出口507；所述挤出口507的中心线与增材基体组件的回转中心线相垂直，挤出熔融状态的原材料并使其附着在增材基体406表面或已成型工件表面。
所述的温度控制机构控制作业过程中的温度控制，由热风头温控组件、挤出温控组件、环境温控组件组成；所述热风头温控组件对增材基体进行预热，由热风头508、热风头风扇509、热风头加热电阻、热风头热敏电阻组成；所述热风头508为空心结构，三侧设有安装孔，其中两侧分别连接两个挤出头连接臂313，另一侧安装热风头风扇509，所述热风头风扇509的对侧设有出风口，出风口对准挤出口507的中心线，并且水平高度高于挤出口507，防止作业过程中出风口与工件碰撞；热风头加热电阻与热风头热敏电阻安装在热风头508内部，对热风头508内部空气进行加热与温度反馈。
所述的挤出温控组件对加热块506进行温度控制，由挤出加热电阻、挤出热敏电阻、挤出冷却风扇510组成，所述挤出加热电阻与挤出热敏电阻安装在加热块506内部，对加热块506进行加热与温度反馈；所述挤出冷却风扇510安装在散热块505上，对加热块506进行散热。
所述的环境温控组件由环境热敏电阻、环境冷却风扇、包装板107组成；所述环境热敏电阻安装在包装板107内侧，用于温度反馈；所述环境冷却风扇安装在包装板107远端内侧，用于增材制造设备内部通风冷却；所述包装板107安装在框架201外侧，用于使增材制造设备内温度相对稳定，隔离增材制造设备内部的电子区与机械区，包装板107承载变压直流电源盒101、步进电机控制器103、工控主板102、人机交互触摸屏104、存储卡接口105、USB数据接口106，用于防护操作人员；使增材制造设备的外形美观。
实施例：
参见图1至图5所示，本发明的用于带中心孔类工件的增材制造设备的工作原理是，伺服控制机构控制运动机构在以工件水平方向回转轴线为中心线的圆柱坐标系内进行有限范围移动，运动机构携带原料挤出机构在温度控制机构控制的温度环境中，由原料挤出机构将原材料以熔融状态逐层堆积在轴形增材基体上或已成型工件上，再由温度控制机构将已挤出的原材料冷却至凝固，最终取出轴形基体完成制造。
伺服控制结构主要由DC24V型号的变压直流电源盒101、57型的步进电机、57型的步进电机控制器103、绝对值的编码器203、24V常开的光电限位开关202、PLC工控主板、安卓人机交互触摸屏、SD存储卡接口、USB数据接口组成。变压直流电源盒101用于为本发明提供直流电源；步进电机、步进电机控制器103、编码器203用于设备初始化原点位置的定位，用于控制运动机构在以工件回转轴线为中心线的圆柱坐标系内进行点到点的精确移动；光电限位开关202用于限制运动机构在运动空间范围内运动，避免超过行程极限；工控主板102用于控制本发明的机电运转逻辑控制，用于针对不同原材料设置相应的原料挤出运动参数，挤出速度在-2mm/s到5mm/s范围内可设置，用于控制运动机构的运动参数，任意方向进给速度0.2mm/s到30mm/s范围内可设置，快速移动速度30mm/s；人机交互触摸屏104用于作业可视化操作；储存卡接口105、USB数据接口106用于与计算机互通；变压直流电源盒101、步进电机控制器103、工控主板102安装在本发明内的电子区；人机交互触摸屏104、储存卡接口105、USB数据接口106安装在本发明的正面外侧。
运动机构由框架201、X轴运动组件、Z轴运动组件、A轴运动组件、增材基体组件组成，用于携带原料挤出结构在以工件回转轴线为中心线的圆柱坐标系内进行行程范围内任意两点之间的连续性运动。
框架201由国标型号2020铝合金型材、国标角码型号2020铝合金型材连接件、国标M5紧固件组装制造，用于支撑、定位本发明中各个组成部分，用于将本发明内的内部空间划分为机械区与电子区。
X轴运动组件主要包括型号为4020、型材长度200mm的X轴底座301、滚珠直线导轨长度140mm的X轴导轨302、直径10mm螺距2mm长度160mm的X轴丝杠303、法兰轴承F688配套的X轴轴承座304、6-8mm弹性的X轴联轴器305、直线导轨与丝杠配套的X轴滑块306，用于携带Z轴运动组件在光电限位开关202限定的范围内在X方向做连续性直线往复运动，本例中行程为100mm。X轴底座301水平固定在框架201内机械区远端内侧；X轴导轨302、X轴丝杠303、X轴轴承座304固定在X轴底座301之上；X轴联轴器305一端连接X轴丝杠303，另一端连接X轴步进电机204（型号为57型、轴径6mm）；X轴滑块306上有滚珠螺母、滚珠滑道、安装孔，滚珠螺母与X轴丝杠303配合，滚珠滑道与X轴导轨302配合，用于保证X轴滑块306的运动精度，安装孔用于连接Z轴运动组件。
Z轴运动组件主要包括型号为4020型材长度200mm的Z轴底座307、滚珠直线导轨长度140mm的Z轴导轨308、直径10mm螺距2mm长度160mm的Z轴丝杠309、法兰轴承F688配套的Z轴轴承座310、6-8mm弹性的Z轴联轴器311、直线导轨与丝杠配套的Z轴滑块312、铝合金加工件挤出头连接臂313，用于携带原料挤出结构在光电限位开关限定的范围内在Z方向做连续性直线往复运动，本例中行程为100mm。Z轴底座307竖直固定在X轴滑块312上；Z轴导轨308、Z轴丝杠309、Z轴轴承座310固定在Z轴底座307之上；Z轴联轴器311一端连接Z轴丝杠309，另一端连接Z轴步进电机205（型号为57型、轴径6mm）；Z轴滑块312与X轴滑块306结构相似，安装孔用于连接挤出头连接臂313；挤出头连接臂313分左右两条，每条两侧设有四个安装孔用于安装在Z轴运动组件上和散热块505上，每条内侧相同位置设有一个通孔，用于安装热风头508。
A轴运动组件主要包括减速比1：50的减速器401、铝合金加工件的锥孔卡盘402、压缩行程30mm的弹簧顶尖403、铝合金加工件的尾座404，减速器401在三个方向有安装孔，一侧连接A轴步进电机206（型号为57型、轴径6mm），一侧连接锥孔卡盘402，一侧连接框架201，用于提高A轴回转角精度；锥孔卡盘402中心设有锥形孔，锥度10度，用于连接增材基体组件；弹簧顶尖403由弹簧、顶尖、弹簧管组成，用于连接并顶紧增材基体组件；弹簧顶尖403与锥孔卡盘402保持同轴；尾座404在两个方向上设有安装孔，一侧连接弹簧顶尖403，一侧连接框架201，用于固定弹簧顶尖403。
增材基体组件包括45号钢加工件的基体转轴405、铝合金加工件的增材基体406、锁紧螺母407组成，用于承载工件。基体转轴405具有阶梯轴特征，轴肩用于定位增材基体406；基体转轴405大径一侧外缘为锥形，锥形特征与锥孔卡盘402相同，用于与锥孔卡盘402连接，另一侧端面中心设有锥形孔，用于与弹簧顶尖403连接；基体转轴405的锥形孔一侧外表面设有螺纹，本例中为M4，用于连接锁紧螺母407；增材基体406为管形结构，外表面附着增材亲和涂层，套装在基体转轴405上，由锁紧螺母407将其锁紧，用于使增材原材料附着在其表面，并承载工件，加工完成后，冷却至某一温度时与工件分离；增材基体可根据待制造工件的中心孔直径预制，具有互换性，本例中外径10mm长度80mm。
原料挤出结构由PLA材质直径1.75mm的丝状原材料501、木质的材料盒502、铝合金加工件的远端送料块503、外径8mm的原料导管504、铝合金加工件的散热块505、铝合金加工件的加热块506、铜质加工件的挤出口507组成。用于将丝状原材料501在伺服控制结构与温度控制结构的控制下，从材料盒502传送至加热块506进行加热至熔融状态，并将熔融状态的原材料从挤出口挤507出逐层堆积在增材基体406或已成型工件上；丝状原材料501盘装在材料盒502中；材料盒固定在框架201机械区右端内侧，上方设有出料孔，用于穿过丝状原材料501；远端送料块503中设有通孔，用于穿过丝状原材料501，所述通孔两侧设有两个导料轮，两个导料轮分为主动轮与被动轮，主动轮安装在送料步进电机207的轴上，被动导料轮安装在远端送料块503中，送料步进电机207与远端送料块503连接固定在材料盒502上方外侧；原料导管504一端连接远端送料块503，另一端连接散热505块，用于传导丝状原材料501；散热块505在三个方向设有安装孔，一侧与温度控制结构的挤出散热风扇510连接用于散热，一侧与挤出头连接臂313连接用于固定，另一侧与加热块506连接用于穿过丝状原材料501；加热块506设有两个盲孔一个通孔，盲孔用于安装温度控制结构的挤出加热电阻和挤出热敏电阻，通孔用于贮藏加热中的丝状原材料501并连接挤出口507；挤出口507的中心线与增材基体组件的回转中心线相垂直，用于挤出熔融状态的原材料并使其附着在增材基体406表面或已成型工件表面。
温度控制结构由温控范围室温到60摄氏度的热风头温控组件；温控范围室温到200摄氏度的挤出温控组件；温控50摄氏度以下的环境温控组件组成，用于控制预热与控制持续作业过程中的温度。
热风头温控组件由铝合金加工件的热风头508、5V40mm正方形的热风头风扇509、40W电热管的热风头加热电阻、100K精度1%的热风头热敏电阻组成，用于对增材基体406进行预热；热风头508为空心结构，三侧设有安装孔，其中两侧分别连接两个挤出头连接臂313，另一侧安装热风头风扇509，热风头风扇509的对侧设有出风口，出风口对准挤出口507的中心线，并且水平高度高于挤出口507，防止作业过程中出风口507与工件碰撞；热风头加热电阻与热风头热敏电阻安装在热风头508内部，用于对热风头内部空气进行加热与温度反馈。
挤出温控组件由40W电热管的挤出加热电阻、100K精度1%的挤出热敏电阻、5V40mm正方形的挤出冷却风扇510组成，用于对加热块506进行温度控制，挤出加热电阻与挤出热敏电阻安装在加热块506内部，用于对加热块506进行加热与温度反馈；挤出冷却风扇510安装在散热块505上，用于对加热块506进行散热。
环境温控组件由100K精度1%的环境热敏电阻、5V80mm正方形的环境冷却风扇、厚度5mm的胶合板切割成型的包装板107组成；热敏电阻安装在包装板107内侧，用于温度反馈；环境冷却风扇安装在包装板107远端内侧，用于本发明内部通风冷却；包装板107安装在框架201外侧，用于使本发明内温度相对稳定；用于隔离本发明内部的电子区与机械区，用于承载变压直流电源盒101、步进电机控制器103、工控主板102、人机交互触摸屏104、存储卡接口105、USB数据接口106，用于防护操作人员；用于使本发明的外形美观。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：包括伺服控制机构、运动机构、原料挤出机构、温度控制机构，所述伺服控制机构控制所述运动机构在以工件水平方向回转轴线为中心线的圆柱坐标系内进行有限范围移动，所述运动机构携带所述原料挤出机构在所述温度控制机构控制的温度环境中，由原料挤出机构将原材料以熔融状态逐层堆积在轴形增材基体或已成型工件上，再由温度控制机构将已挤出的原材料冷却至凝固，最终取出轴形基体完成制造。
2.根据权利要求1所述的用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：所述的运动机构包括框架（201）、X轴运动组件、Z轴运动组件、A轴运动组件、增材基体组件，所述的X轴运动组件是：X轴底座（301）水平固定在框架（201）内机械区；X轴导轨（302）、X轴丝杠（303）、X轴轴承座（304）固定在X轴底座（301）之上；X轴联轴器（305）一端连接X轴丝杠（303），另一端连接X轴步进电机（204）；X轴滑块（306）上有滚珠螺母、滚珠滑道、安装孔，所述滚珠螺母与X轴丝杠（303）配合，所述滚珠滑道与X轴导轨（302）配合，保证所述X轴滑块（306）的运动精度，所述安装孔连接Z轴运动组件。
3.根据权利要求2所述的用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：所述的Z轴运动组件是：Z轴底座（307）竖直固定在X轴滑块（306）上；Z轴导轨（308）、Z轴丝杠（309）、Z轴轴承座（310）固定在Z轴底座（307）之上；Z轴联轴器（311）一端连接Z轴丝杠（309），另一端连接Z轴步进电机（205）；Z轴滑块（312）上的安装孔连接挤出头连接臂（313），挤出头连接臂（313）分左右两条，且分别通过四个安装孔安装在Z轴运动组件和散热块（505）上，每条挤出头连接臂（313）的内侧相同位置设有一个通孔，安装热风头（508）。
4.根据权利要求2所述的用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：所述的A轴运动组件是：减速器（401）在三个方向设有安装孔，分别连接A轴步进电机（206）、锥孔卡盘（402）和框架（201），以提高A轴回转角精度；所述锥孔卡盘（402）中心设有锥形孔，连接增材基体组件；弹簧顶尖（403）由弹簧、顶尖、弹簧管组成，连接并顶紧增材基体组件；所述弹簧顶尖（403）与锥孔卡盘（402）保持同轴；尾座（404）在两个方向上设有安装孔，分别连接弹簧顶尖（403）和框架（201），以固定弹簧顶尖（403）。
5.根据权利要求2所述的用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：所述的增材基体组件是：基体转轴（405）具有阶梯轴特征，轴肩定位增材基体（406）；基体转轴（405）一侧外缘为锥形，锥形特征与锥孔卡盘（402）相同，与锥孔卡盘（402）连接，另一侧端面中心设有锥形孔，与弹簧顶尖（403）连接；基体转轴（405）的锥形孔一侧外表面设有螺纹，配合锁紧螺母（407）；增材基体（406）为管形结构，外表面附着增材亲和涂层，套装在基体转轴（405）上，由锁紧螺母（407）锁紧。
6.根据权利要求1所述的用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：所述的原料挤出机构是：丝状原材料（501）盘装在材料盒（502）中，材料盒（502）固定在框架（201）的机械区右端内侧，上方设有出料孔，以穿过丝状原材料（501）；远端送料块（503）中设有通孔，以穿过丝状原材料（501），所述通孔两侧设有两个导料轮，两个导料轮分为主动导料轮和被动导料轮，主动导料轮安装在送料步进电机（207）的轴上，被动导料轮安装在远端送料块（503）中，所述送料步进电机（207）与远端送料块（503）连接固定在材料盒（502）上方外侧；原料导管（504）一端连接远端送料块（503），另一端连接散热块（505），以传导丝状原材料（501）；所述散热块（505）在三个方向设有安装孔，一侧与温度控制机构的挤出散热风扇（510）连接用于散热，一侧与挤出头连接臂（313）连接用于固定，一侧与加热块（506）连接用于穿过丝状原材料（501）；所述加热块（506）设有两个盲孔和一个通孔，盲孔安装温度控制机构的挤出加热电阻和挤出热敏电阻，所述通孔贮藏加热中的丝状原材料（501）并连接挤出口（507）；所述挤出口（507）的中心线与增材基体组件的回转中心线相垂直，挤出熔融状态的原材料并使其附着在增材基体（406）表面或已成型工件表面。
7.根据权利要求1所述的用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：所述的温度控制机构控制作业过程中的温度控制，由热风头温控组件、挤出温控组件、环境温控组件组成；所述热风头温控组件对增材基体进行预热，由热风头（508）、热风头风扇（509）、热风头加热电阻、热风头热敏电阻组成；所述热风头（508）为空心结构，三侧设有安装孔，其中两侧分别连接两个挤出头连接臂（313），另一侧安装热风头风扇（509），所述热风头风扇（509）的对侧设有出风口，出风口对准挤出口（507）的中心线，并且水平高度高于挤出口（507）；热风头加热电阻与热风头热敏电阻安装在热风头（508）内部，对热风头（508）内部空气进行加热与温度反馈。
8.根据权利要求7所述的用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：所述的挤出温控组件对加热块（506）进行温度控制，由挤出加热电阻、挤出热敏电阻、挤出冷却风扇（510）组成，所述挤出加热电阻与挤出热敏电阻安装在加热块（506）内部，对加热块（506）进行加热与温度反馈；所述挤出冷却风扇（510）安装在散热块（505）上，对加热块（506）进行散热。
9.根据权利要求7所述的用于带中心孔类工件的增材制造设备，其特征在于：所述的环境温控组件由环境热敏电阻、环境冷却风扇、包装板（107）组成；所述环境热敏电阻安装在包装板（107）内侧；所述环境冷却风扇安装在包装板（107）远端内侧；所述包装板（107）安装在框架（201）外侧，包装板（107）承载变压直流电源盒（101）、步进电机控制器（103）、工控主板（102）、人机交互触摸屏（104）、存储卡接口（105）、USB数据接口（106）。
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