CN113070472A - 沉积铣制一体式双工位3d打印机 - Google Patents

Abstract

沉积铣制一体型双工位3D打印机，先对要打印的三维成形物进行模型处理，其处理过程为：将一个三维成形物的成形过程分成两个形状相关但功能不同的两个部分进行不同原理的成形，所述将一个三维成形物的成形分成两个形状相关但功能不同的两个部分进行不同原理的成形是指：将一个三维模型分成内实体模型和内外轮廓模型，内实体模型使用熔融沉积喷头进行增材成形，内外轮廓模型使用铣制模块进行减材成形，熔融沉积喷头和铣制模块安装在一种多工位升降式切换的滑车上。

Description

沉积铣制一体式双工位3D打印机

技术领域

本发明涉及一种3D打印技术，具体的是沉积铣制一体式双工位3D打印机。

背景技术

在使用电弧或者是等离子体为加热熔融热源的金属材料3D打印技术中存在着很多缺陷和问题包括：

一.由于电弧或者是等离子体的有着能量分布不均、能量不集中、能量供应不稳定，导致各种复杂的缺陷包括：

1.能量分布不均、能量不集中、能量供应不稳定、能量转换过程因素不确定导致的层间熔合不充分；

2.能量分布不均(尖端放电)，导致的成形组织有气孔；

3.能量分布不均、金属导热等因素导致组织内应力，最终导致成形组织中有层间裂纹；

4.能量分布不均、能量不集中、能量供应不稳定成形焊道有驼峰问题。

二.特别是使用金属丝材的3D打印技术中还存在着由于已经熔化金属液由于表面张力的问题导致的金属液流淌不均匀，也能造成驼峰和厚度不均匀，导致成形失败。

三.在成形过程中由于电弧加热的过程中产生的机械力的问题，导致被熔化金属液滴的飞溅。

一般的处理办法是，通过使用多轴数控系统，在3D成形的过程中通过沿成形路径规律的摆动焊枪，模拟手工TIG焊接中的摇把过程，这虽然能解决一部分问题，但是会导致编程困难、运动控制代码冗长、机械结构过于复杂等新的问题。

四.成形精度不高，层纹严重。

发明内容

沉积铣制一体式双工位3D打印机，其特征在于：

一.先对要打印的三维成形物进行模型处理，其处理过程为：将一个三维成形物的成形过程分成两个形状相关但功能不同的两个部分进行不同原理的成形，所述将一个三维成形物的成形分成两个形状相关但功能不同的两个部分进行不同原理的成形是指：将一个三维模型分成内实体模型和内外轮廓模型，内实体模型使用熔融沉积喷头进行增材成形，内外轮廓模型使用铣制模块进行减材成形，熔融沉积喷头和铣制模块安装在一种多工位升降式切换的滑车上:

1.在得到数字三维模型后将模型再编辑成两个部分，一个是通过原模型做数字翻模得到的轮廓模型，另一个是通过原模型复制得到的内实体模型；

2.再将这两个模型在切片软件中合成一个模型；

3.插入工位切换代码设置所需要的成形头:轮廓模型使用铣制模块进行成形，内实体模型使用熔融沉积喷头进行成形；

4.合成模型通过切片得到所需的运动控制代码，

二.在得到运动控制代码后将该运动控制代码导入打印控制系统，所述导入打印控制系统，可以通过移动存储介质进行转移，也可以使用有线或者是无线的方式将运动控制代码导入打印控制系统，然后开始成形工序,

三.先使用熔融沉积喷头在打印控制系统和摆动控制系统的控制下在成形台上或者工件上进行一层或多层内实体模型的熔融沉积作业，然后根据轮廓模型的数据，在打印控制系统的控制下使用铣制模块沿着已经成形好一层或多层的内实体边沿进行一层或多层轮廓的减材成形，如果三维成形物没有完成制造，则继续进行返回内实体成形作业流程，如果三维成形物完成制造，则结束；

本发明在进行内实体成形时熔融沉积喷头使用了3D打印热熔沉积控制技术,所述3D打印热熔沉积控制技术包括电弧/等离子体控制技术和摆动送料控制技术。

在本发明中所述电弧/等离子体控制技术，其特征在于：

1.在熔融沉积的工作过程中，通过使用若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场干涉等离子体或电弧形态和位置，使得用于加热熔化金属物料的电弧/等离子体的形状、大小、加热范围、能量焦点、焦点数量可以被控，使得电弧/等离子体的能量集中，能量分布均匀，增加了电弧/等离子体的熔深，提高了沉积的速率；

2.在熔融沉积的工作过程中,通过外加若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场对电弧/等离子体产生的电磁力抵消高速沉积时电弧对熔池产生的水平分力，达到二力平衡，使电弧/等离子体挺直，增加了电弧/等离子体的熔深，提高了沉积的速率；

3.在熔融沉积的工作过程中,通过若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场控制用于加热熔化母材和3D打印材料的电弧/等离子体进行一定规律的运动，以模拟手工焊接中的摇把动作，促进3D打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进3D打印材料与工件表面材料充分地混合，提高3D打印成形部位金属成分的均匀化程度，减少成形缺陷，优化成形组织与性能，进入熔池的丝状或粉末状3D打印材料的母材充分地混合，提高沉积成分的均匀化程度，减少焊接缺陷，优化沉积组织与性能，提高层间熔合质量；

4.在熔融沉积的工作过程中,通过对磁场形态的动态控制形成电磁搅拌作用，改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，从而改变晶粒的结晶方向，控制结晶组织，细化一次组织，减小偏析，提高成形部位的力学性能，降低气孔、层间裂纹、驼峰等成形缺陷的产生的可能性，有效地降低成形工件的残余应力，其原理在于外加磁场，使合金元素及硅、硫、氢等元素沿树枝晶晶界的偏析都会减少、同时可使氧化物的数量和长度减小，降低了焊缝金属的化学不均匀性，使结晶组织得到控制，减少层间裂纹出现的概率，提高层间熔合质量；5.在熔融沉积的工作过程中,通过相位变化的交变电流产生多个变化的磁场，有效地抑制成形过程中焊接短路过渡中的飞溅从而获得较好的工艺效果。其原理在于：在磁场的作用下，电弧/等离子体中带电粒子产生绕电弧轴线的螺旋式旋转运动，限制了电弧的扩散，使电弧能量更加集中；同时，纵向磁场对弧柱的压缩作用，增加了弧柱的能量密度及其电场强度，使短路液桥缩颈处受到径向向内的磁致压力的作用，加速了缩颈的断开，减少了能量的积累，熔滴过渡速度提高，短路过渡末期的电爆炸飞溅降低；同时，在纵向外加磁场作用下，由于磁压增大的结果，提高了弧柱中心的温度，使得熔滴经过电弧区的过渡频率增加，熔滴尺寸和它们在焊丝端部的存在时间减少，熔滴可以在熔池表面铺展而不会被迅速增长的电磁力排斥出熔池，从而减少了短路初期的瞬时短路飞溅，

在本发明中，所述摆动送料控制技术，其特征在于：在熔融沉积的工作过程中使3D打印材料进入熔池的位置发生规律性的改变，或者是在熔融沉积的工作过程中使得3D打印材料进入熔池的位置可以跟随加热熔化的电弧/等离子体进行运动或震动，促进3D打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，使得熔化的3D打印材料可以均匀铺开，促进3D打印材料的母材充分地混合，提高沉积成分的均匀化程度，减少成形缺陷，优化沉积组织与性能，提高层间熔合质量，

在本发明中，所述摆动送料控制技术，其特征在于：在熔融沉积的工作过程中通过程序控制机械结构移动的送料管使得3D打印材料进入熔池的位置发生改变，在熔融沉积的工作过程中的过程中通过移动的送料管使得3D打印材料可以跟随加热熔化的电弧/等离子体进行运动或震动，促进3D打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，使得熔化的3D打印材料可以均匀铺开，促进3D打印材料的母材充分地混合，提高沉积成分的均匀化程度，减少成形缺陷，优化沉积组织与性能，提高层间熔合质量。

在本发明中，所述一种多工位升降式切换的滑车，其特征在于：1.通过微型气缸或者微型液压缸带动安装的喷头或是其他加工模块的升降台上下运动，完成加工方式或加工工具的快速切换；

2.所述升降机构为杠杆结构，能将微型气缸或者微型液压缸产生的力放大，使得升降机构可以承受比较大的负载；

3.所述一种多工位升降式切换的滑车安装了闭锁机构，闭锁机构和升降机构联动，在升降机构到位时，闭锁机构动作，锁住升降台，使得升降机构承受比较大负载的时候升降台不会相对安装台板发生位移，从而保证了成形精度；

4.所述一种多工位升降式切换的滑车可以是分体式的也可以是一体式的：一体式滑车将两个或两个以上的工位通过一个大的安装台板连接在一起，使得两个工位可以同时移动，通过升降机构控制不同工位的升降台升降和一种多工位升降式切换的滑车的位移就可以进行工位的切换；分体式滑车通过若干个小的安装台板进行安装，将两个或者两个以上的工位安装在一个X轴或一个Y轴上，通过升降机构控制不同工位的升降台升降和一种多工位升降式切换的滑车的位移就可以进行工位的切换。

所述一种多工位升降式切换的滑车包括，升降台、线性导轨、线性滑块、安装台板、升降机构、闭锁机构、安装夹具、铣制模块、熔融沉积喷头，所述升降台通过线性导轨和线性滑块安装在安装台板正面，使得升降台可以在安装台板正面上做线性滑动；具体的为安装台板正面设置有线性导轨的安装槽，线性导轨设置在安装槽内并使用安装槽内设置的安装孔通过进行固定；线性导轨上安装有可以在线性导轨上滑动的线性滑块，线性滑块正面通过螺丝连接并固定在升降台背面设置的线性滑块安装槽内：

在本发明中，所述升降台上面通过升降机构与安装台板上面进行连接，升降机构为杠杆结构，包括有杠杆支点轴承、杠杆臂、升降气缸、连接轴、支撑板，连接轴的一端连接升降台另一端连接杠杆臂，杠杆臂上设置有安装孔连接有杠杆支点轴承，杠杆支点轴承另一端安装在安装台板上面，使杠杆支点轴承可以形成支点，杠杆臂另一端设置有升降气缸，缸体安装在杠杆臂上，活塞杆零通过连接轴连接支撑板上面，支撑板前面连接安装台板；

在本发明中，所述升降台上设置有闭锁机构，闭锁机构包括安装孔、气动活塞、锁舌、限位槽、锁孔，其结构具体的为：升降台正面设置有贯穿于升降台正面和背面的安装孔，安装孔内安装有气动活塞，气动活塞的活塞杆一的端部安装有锁舌，锁舌可以在安装台板正面设置的限位槽中滑动或是在活塞杆一的带动下插入限位槽中设置的锁孔中；

在本发明中，所述安装台板是一块基板可以和3D打印机的运动机构连接还是升降机构和升降台等结构的基础安装位；

在本发明中，所述线性导轨安装在安装台板上和线性滑块配合，用于安装升降台，使得升降台可以进行精确的上下位移；

在本发明中，所述线性滑块安装在线性导轨上，可以在线性导轨上进行上下滑动，线性滑块上安装有升降台，在线性导轨上下滑动时可以带动升降台上下滑动；

在本发明中，所述升降台安装在线性滑块上，升降台上安装闭锁机构，安装夹具、铣制模块或熔融沉积喷头，升降台可以由升降机构带动进行升降，通过闭锁机构在下降时与安装台板固定进行闭锁，其正面通过安装夹具安装有铣制模块或熔融沉积喷头，可以带动铣制模块或熔融沉积喷头进行上下运动，完成工位的切换，所述升降台的正面还安装有安装夹具，用于固定铣制模块或熔融沉积喷头；

在本发明中，所述铣制模块是由电机带动的铣刀主轴，其尖端安装有铣刀，可以进行铣制加工；

在本发明中，所述熔融沉积喷头是一种3D打印的喷头，可以在供应金属物料的同时使用加热装置融化金属物料，使之沉积在工作台或工作物表面。熔融沉积喷头包括电弧/等离子体发生器、安装夹、送料管、磁头装置、送料移动装置；电弧/等离子体发生器可以是TIG焊枪、MIG焊枪、等离子焊枪、激光复合式TIG/MIG焊枪或其它种类有电弧和等离子加热装置的焊枪；磁头装置包括线圈、导磁杆、电极板、水冷管，所述导磁杆上设置有水冷管路，导磁杆上安装有线圈，线圈和水冷管可以是为一体的，电极板安装在线圈旁边，电极板安和线圈连接电弧/等离子体摆动控制单元的多通道信号功率放大器；所述安装夹是一个环形夹具，安装在电弧/等离子体发生器发射能量的一端，安装夹上设置有若干个磁头装置，安装夹上还安装有若干个送料管，送料管指向熔池方向或电弧/等离子体发生器的轴线方向；所述送料移动装置包括摆动电机、安装夹、送料管，所述若干个摆动电机连接电弧/等离子体发生器和安装夹，安装夹上有安装有送料管，摆动控制单元的多轴电机驱动器控制摆动电机的带动送料管相对电弧/等离子体发生器进行一定范围的运动，从而带动送料管中的焊丝在一定范围的运动；

在本发明中，所述升降台正面上设置有限位槽可以和安装夹具背面的限位突起相互配合，安装夹具上面设置有穿透上面和下面的安装孔用于安装铣制模块或熔融沉积喷头。

在本发明中，所述沉积铣制一体型双工位3D打印机的控制系统是一种数控系统，包括打印控制系统和摆动控制系统：

1.打印控制系统其特征在于，打印控制器连接运动控制单元、进给控制单元、切换控制单元：

所述打印控制器是一种数控专用计算机可以解析运动控制代码，根据运动控制代码控制电机和其他的设备，以完成3D打印工作，在工作时打印控制器，解析输入控制器的运动控制代码，将运动控制代码转换成电信号，发送到运动控制单元、进给控制单元、切换控制单元用以控制打印系统中的各种动作元件，完成3D打印工作；

所述运动控制单元其特征在于，包括多轴运动电机驱动器、直线模组，运动控制单元可以通过打印控制器向多轴运动电机驱动器发送的电信号从而控制多轴运动电机驱动器连接的伺服电机、步进电机或其他种类的动力部件，通过这些运动部件带动驱动45直线模组，从而带动一种多工位升降式切换的滑车上安装的熔融沉积喷头和铣制模块运动，以进行3D打印加工。

所述进给控制单元其特征在于，包括：电机驱动器、送料电机、主轴驱动器、铣制模块，电机驱动器和主轴驱动器连接打印控制器电机驱动器连接送料电机，主轴驱动器连接铣制模块。

所述切换控制单元其特征在于，包括：继电器、电磁阀、动作切换元件，打印控制系统识别运动控制代码中的工位切换代码，在识别代码后打印控制系统通过电信号输送到连接与其上的继电器，继电器将信号输送到电磁阀，电磁阀动作通过气流控制连接在电磁阀上的切换动作元件，所述切换动作元件是可以是气动活塞，也可以是使用其它介质的活塞缸体，

2.摆动控制系统其特征在于，通过微型电脑控制器连接控制等电弧/等离子摆动控制单元和送料摆动控制单元：

在本发明中，所述摆动控制系统包括微型电脑控制器、电弧/等离子体摆动控制单元、送料摆动控制单元，通过微型电脑控制器连接控制等电弧/等离子体摆动控制单元和送料摆动控制单元，微型电脑控制器中预设多套了等电弧/等离子体摆动控制单元和送料摆动控制单元的控制逻辑，微型电脑控制器连接并控制多通道函数波任意波发生器和运动控制器，通过内部储存的逻辑组合控制多通道函数波/任意波发生器和运动控制器，使得多通道函数波/任意波发生器和运动控制器可以选择内部存储的工作模式，以适应不同的工况；

在本发明中所述电弧/等离子体摆动控制单元，包括多通道函数波/任意波发生器、多通道信号功率放大器、磁头装置，多通道函数波/任意波发生器连接多通道信号功率放大器，多通道信号功率放大器连接着多个磁头装置，在工作时微型电脑控制器连接控制多通道函数波/任意波发生器，多通道函数波/任意波发生器根据微型电脑控制器的信号选择内部存储的其中一套波形信号，将该信号发送给多通道信号功率放大器，多通道信号功率放大器将该信号的功率放大，然后通过连接在多通道信号功率放大器输出端的磁头装置，磁头装置将放大后的信号转化成变化的磁场和电场；

在本发明中所述送料摆动控制单元，包括运动控制器、多轴电机驱动器、摆动电机，运动控制器连接并控制多轴电机驱动器，多轴电机驱动器连接控制送料移动装置中的摆动电机，在工作时微型电脑控制器连接控制运动控制器，运动控制器根据微型电脑控制器的信号选择内部存储的其中一套运动控制代码或者是其它的电机控制信号，将该套代码/信号变成多轴电机驱动器可以识别的电信号发送给多轴电机驱动器，并将这段信号重复回放，多轴电机驱动器接收到信号后将根据该信号驱动摆动电机进行运动；

在本发明中，所述多通道函数波/任意波发生器，由微型电脑控制器操控可以向多通道信号功率放大器发送电信号，多通道函数波/任意波发生器是一种集函数信号发生器、任意波形发生器、脉冲信号发生器、TTL信号发生器、VCO、扫频仪、计数器和频率计等功能的多功能的信号发生器，有完全独立的多通道输出，能够同步工作，相位差精确可调，有波形存储功能；

在本发明中，所述多通道信号功率放大器，是一种信号功率放大器，连接着多通道函数波/任意波发生器和磁头装置，可以将多通道函数波/任意波发生器发送来的电信号的功率进行放大，然后发送到磁头装置；

在本发明中，所述运动控制器，是一种单片机，设置有存储装置，存储有多套运动控制代码或其它的电机控制信号，运动控制器连接微型电脑控制器和多轴电机驱动器，由微型电脑控制器操控向多轴电机驱动器发送信号控制多轴电机驱动器连接的摆动电机转动；

在本发明中，所述多轴电机驱动器是一种数控电机驱动器，连接着运动控制器和摆动电机，可以根据运动控制器发送来的电信号控制摆动电机的运动；

在本发明中，所述磁头装置包括线圈、电极板、导磁杆，电极板和线圈并联，磁头装置连接多通道信号功率放大器，将多通道信号功率放大器输送来的信号变成磁场和电场，所述导磁杆安装在线圈中，可以增大磁感应强度，也使得磁场的力更加集中的作用与熔融沉积部位和电弧/等离子体上；

在本发明中，所述磁头装置，可以单独安装固定在电弧/等离子体发生器上，不与送料管进行同步的位移；可以设置在安装夹上，与送料管进行同步的位移；

在本发明中，所述导磁杆是一根金属杆或金属开口环，安装在线圈中，可以用于增大磁感应强度，也使得磁场的力更加集中；

在本发明中，所述线圈连接多通道信号功率放大器，将多通道信号功率放大器输送来的信号变成磁场；

在本发明中，所述电极板连接多通道信号功率放大器，将多通道信号功率放大器输送来的信号变成电场；

在本发明中，所述水冷管可以安装在导磁杆上也可以集成在线圈上；

在本发明中，所述送料移动装置包括摆动电机、安装夹、送料管，所述送料摆动控制单元控制若干个摆动电机进行运动，摆动电机带动安装夹进行运动，使得安装夹上的送料管可以和安装夹一起进行运动或震动；

在本发明中，所述摆动电机是一种带定位的电机，可以是步进电机、伺服电机、舵机；

在本发明中，所述安装夹，是一种固定夹具，安装在电弧/等离子体发生器上，安装夹上有安装有送料管，送料管在安装夹上的位置可以进行调节；

在本发明中，所述送料管，安装在安装夹上，随着安装夹进行一定范围的运动或震动，可以将3D打印材料输送到沉积位置。

在本发明中，所述3D打印材料是金属，其形态可以是丝状、颗粒状、粉末状。

有益效果：

一、增材与减材复合方式的加工中通过在熔融沉积过程中插入铣制工序，在完成一层或几层的沉积时，使用铣刀对这几层和其前一层的轮廓进行铣制，去除层纹、毛刺、流淌，使得成形物尺寸精准，表面光滑。

二、通过磁场/电场控制电弧模拟手动焊接中焊枪的摆动和位移，从而降低3D打印中的运动控制代码编程难度；通过磁场/电场控制电弧模拟手动焊接中焊枪的摆动和位移，从而降低3D打印机中机械结构设计的难度；通过送料摆动控制单元，在3D打印过程中通过对送料位置的进行一定的改变和移动，使得3D打印材料可以被均匀的铺开。在工作的过程中通过对磁场形态的动态控制形成电磁搅拌作用，改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，从而改变晶粒的结晶方向，细化一次组织，减小偏析，提高成形部位的力学性能，降低气孔、层间裂纹、驼峰等成形缺陷的敏感性，有效地降低成形工件的残余应力。在工作的过程中通过对磁场形态的动态控制形成电磁搅拌作用，使得打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进液态丝状或粉末状3D打印材料的母材充分地混合，提焊缝成分的均匀化程度，减少焊接缺陷，优化焊缝组织与性能，提高层间熔合质量。通过磁场的作用减小工作中金属液滴的飞溅。通过外加若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场对电弧产生的电磁力，抵消高速沉积时电弧对熔池产生的水平分力，达到二力平衡，使电弧/等离子体挺直，增加了电弧/等离子体的熔深，提高了沉积的速率。

三、通过微型气缸或者微型液压缸带动安装的喷头或是其他的加工模块上下运动，完成加工方式或加工工具的快速切换；所述升降机构为杠杆结构，能将微型气缸或者微型液压缸产生的力放大，使得升降机构可以承受比较大的负载。所述升降机构上安装闭锁机构，在升降机构到位时，闭锁机构动作，锁住升降机构，使得升降机构承受比较大负载的时候不会发发生微笑的位移，保证了成形精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的成形前的模型处理流程。

图2为本发明的成形流程的示意图。

图3为本发明的控制系统示意图。

图4为本发明打印控制系统的示意图。

图5为本发明打印控制系统连接示意图。

图6为本发明摆动控制系统的连接示意图。

图7为本发明摆动控制系统的示意图。

图8为本发明摆动控制系统的连接示意图。

图9为本发明的熔融沉积喷头的示意图。

图10为本发明磁头装置的结构图。

图11为本发明一种多工位升降式切换的滑车的示意图。

图12为本发明一种多工位升降式切换的滑车的示意图。

图13为本发明一种多工位升降式切换的滑车的多方位结构示意图。

图14为本发明一种多工位升降式切换的滑车后向三维侧视图。

图15为本发明一种多工位升降式切换的滑车三维侧视图。

图16为本发明中一种多工位升降式切换的滑车上升和下降时的开锁和闭锁的对比示意图。

图17为本发明闭锁机构的开锁时和闭锁时的示意图。

图18为本发明结构透视图。

图19为本发明安装台板的正面三维视图。

图20为本发明安装台板的正面三维视图。

图21为本发明升降台背面三维视图。

图22为本发明升降台正面三维视图。

图23为本发明升降台与线性滑块安装示意图。

图中：1摆动控制系统、2电弧/等离子体摆动控制单元、3送料摆动控制单元、4多通道函数波/任意波发生器、5多通道信号功率放大器、6运动控制器、7多轴电机驱动器、8熔融沉积喷头、9电弧/等离子体发生器、10磁头装置、11送料移动装置、12摆动电机、13安装夹、14送料管、15微型电脑控制器、16线圈、17电极板、18导磁杆、19一种多工位升降式切换的滑车、20安装台板、21线性导轨、22线性滑块、23升降台、24升降机构、25闭锁机构、26安装夹具、27铣制模块、28焊机、29连接轴、30杠杆支点轴承、31杠杆臂、32升降气缸、33电磁阀、34支撑板、35.1活塞杆零、35.2活塞杆一、36安装孔、37气动活塞、38锁舌、39限位槽、40锁孔、41运动控制单元、42进给控制单元、43切换控制单元、44打印控制器、45直线模组、46电机驱动器、47送料电机、48主轴驱动器、49继电器、50多轴运动电机驱动器。

具体实施方式

为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效，易于明白了解、下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

沉积铣制一体式双工位3D打印机，其工作流程如下：

一.先对要打印的三维成形物进行模型处理，其处理过程为：将一个三维成形物的成形过程分成两个形状相关但功能不同的两个部分进行不同原理的成形：

1.在得到数字三维模型后将模型再编辑成两个部分，一个是通过原模型做数字翻模得到的轮廓模型，另一个是通过原模型复制得到的内实体模型；

2.再将这两个模型在切片软件中合成一个模型；

3.插入工位切换代码设置所需要的成形头，轮廓模型使用27铣制模块进行成形，内实体模型使用8熔融沉积喷头进行成形；

4.合成模型通过切片得到所需的运动控制代码。

二.在得到运动控制代码后将该运动控制代码导入44打印控制器，所述导入44打印控制器，可以通过移动存储介质进行转移，也可以使用有线或者是无线的方式将运动控制代码导入44打印控制器，然后开始成形工序。

三.先使用8熔融沉积喷头在打印控制系统和1摆动控制系统的控制下在成形台上或者工件上进行一层或多层内实体模型的熔融沉积作业，在进行熔融沉积的过程中通过2电弧/等离子体摆动控制单元操控电弧/等离子体，在完成一层或多层的沉积时44打印控制器的控的43切换控制单元控制19一种多工位升降式切换的滑车切换工位到27铣制模块进行一层或多层轮廓的减材成形，如果三维成形物没有完成制造还需要继续进行熔融沉积，则43切换控制单元切换回8熔融沉积喷头进行内实体成形作业流程，如果三维成形物完成制造，则结束，

本发明在进行内实体成形时8熔融沉积喷头使用了3D打印热熔沉积控制技术,所述3D打印热熔沉积控制技术包括电弧/等离子体控制技术和摆动送料控制技术。

在本发明中所述电弧/等离子体控制技术，其特征在于：

1.在熔融沉积的工作过程中通过使用若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场干涉等离子体或电弧形态和位置，使得用于加热熔化金属物料的电弧/等离子体的形状、大小、加热范围、能量焦点、焦点数量可以被控，使得电弧/等离子体的能量集中，能量分布均匀；

2.通过外加若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场对电弧/等离子体产生的电磁力抵消高速沉积时电弧对熔池产生的水平分力，达到二力平衡，使电弧/等离子体挺直，增加了电弧/等离子体的熔深，提高了沉积的速率；

3.通过若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场控制用于加热熔化母材和3D打印材料的电弧/等离子体进行一定规律的运动，以模拟手工焊接中的摇把动作，促进3D打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进3D打印材料与工件表面材料充分地混合，提高3D打印成形部位金属成分的均匀化程度，减少成形缺陷，优化成形组织与性能，进液态丝状或粉末状3D打印材料的母材充分地混合，提高沉积成分的均匀化程度，减少焊接缺陷，优化沉积组织与性能，提高层间熔合质量；

4.在工作的过程中通过对磁场形态的动态控制形成电磁搅拌作用，改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，从而改变晶粒的结晶方向，控制结晶组织，细化一次组织，减小偏析，提高成形部位的力学性能，降低气孔、层间裂纹、驼峰等成形缺陷的产生的可能性，有效地降低成形工件的残余应力提高层间熔合质量；

5.通过相位变化的交变电流产生多个变化的磁场，有效地抑制成形过程中焊接短路过渡中的飞溅从而获得较好的工艺效果。

在本发明中，所述摆动送料控制技术，其特征在于：

在3D打印的过程中通过程序控制机械结构移动的14送料管使得3D打印材料进入熔池的位置发生改变，或者在3D打印的过程中通过移动的14送料管使得3D打印材料可以跟随加热熔化的电弧/等离子体进行运动，促进3D打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，使得熔化的3D打印材料可以均匀铺开，促进3D打印材料的母材充分地混合，提高沉积成分的均匀化程度，减少成形缺陷，优化沉积组织与性能，提高层间熔合质量；

在工作时，41运动控制单元可以通过44打印控制器向50多轴运动电机驱动器发送的电信号从而控制50多轴运动电机驱动器连接的伺服电机、步进电机或其他种类的动力部件，通过这些运动部件带动驱动45直线模组，从而带动19一种多工位升降式切换的滑车上安装的8熔融沉积喷头和27铣制模块运动，以进行3D打印加工；

在工作时，8熔融沉积喷头被3D打印机的41运动控制单元的机械部分移动到位，28焊机工作启动电能供应，9电弧/等离子体发生器在工作位置起弧并维持电弧/等离子体的存在，3D打印机的送料系统通过连接的14送料管开始向工作位置输送3D打印材料；1摆动控制系统在9电弧/等离子体发生器起弧时同时开启：

所述2电弧/等离子体摆动控制单元，包括4多通道函数波/任意波发生器、5多通道信号功率放大器、10磁头装置，4多通道函数波/任意波发生器连接控制5多通道信号功率放大器，5多通道信号功率放大器连接着多个10磁头装置，在工作时15微型电脑控制器连接控制4多通道函数波/任意波发生器，4多通道函数波/任意波发生器根据15微型电脑控制器的信号选择内部存储的其中一套波形信号，将该信号发送给5多通道信号功率放大器，5多通道信号功率放大器将该信号的功率放大，然后通过连接在5多通道信号功率放大器输出端的10磁头装置，10磁头装置将放大后的信号转化成变化的磁场和电场，通过磁场/电场来约束和控制电弧/等离子体，通过磁场形态的动态控制形成电磁搅拌作用，改变沉积熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，10磁头装置可以通过磁场和电场的形态的动态控制等离子体的形态这个过程具体为：2电弧/等离子体摆动控制单元通过控制若干个16线圈和17电极板上加载电流的频率、电流大小、电压大小和相位，从而控制磁场和电场的形态,继而影响磁场和电场范围内的等离子和电弧的形状、大小、加热范围、能量焦点、焦点数量；

所述10磁头装置包括16线圈、17电极板、18导磁杆，17电极板和16线圈并联，10磁头装置连接5多通道信号功率放大器，将5多通道信号功率放大器输送来的信号变成磁场和电场，所述18导磁杆安装在16线圈中，可以增大磁感应强度，也使得磁场的力更加集中的作用于熔融沉积部位和电弧/等离子体上；

所述3送料摆动控制单元，包括6运动控制器、7多轴电机驱动器、12摆动电机，6运动控制器连接并控制7多轴电机驱动器，7多轴电机驱动器连接控制11送料移动装置中的12摆动电机，在工作时15微型电脑控制器连接控制6运动控制器，6运动控制器根据15微型电脑控制器的信号选择内部存储的其中一套运动控制代码，将该套代码变成7多轴电机驱动器可以识别的脉冲信号发送给7多轴电机驱动器，并将这段信号重复回放，7多轴电机驱动器接收到信号后将根据该信号驱动11送料移动装置中的12摆动电机进行运动；

所述11送料移动装置包括12摆动电机、13安装夹、14送料管，所述若干个12摆动电机连接9电弧/等离子体发生器和13安装夹，13安装夹上有安装有14送料管，摆动控制单元的7多轴电机驱动器控制12摆动电机的带动14送料管相对9电弧/等离子体发生器进行一定范围的运动或震动，从而带动14送料管中的焊丝可以在一定范围内运动或震动。

在停止工作时，28焊机工作关闭电能供应，9电弧/等离子体发生器不维持电弧/等离子体的存在，3D打印机的送料系统停止送料输送3D打印材料；8熔融沉积喷头被3D打印机的机械部分复位，1摆动控制系统再关闭；

在铣制和熔融沉积的过程中，27铣制模块的转速和熔融沉积材料供应由42进给控制单元控制，所述42进给控制单元其特征在于，包括：46电机驱动器、47送料电机、48主轴驱动器、27铣制模块，44打印控制器控制发送的电信号的脉冲频率和脉冲宽度控制46电机驱动器上连接的47送料电机以控制3D打印材料的输送和输送速度，当47送料电机进行工作时3D打印材料则进行输送；44打印控制器发送的电脉冲信号控制连接在48主轴驱动器上连接的27铣制模块，44打印控制器通过控制电信号的脉冲频率和脉冲宽度控制27铣制模块的转动速度。

在本发明中，所述19一种多工位升降式切换的滑车，其特征在于：

1.通过32升降气缸带动安装的喷头或是其他加工模块的23升降台上下运动，完成加工方式或加工工具的快速切换；

2.所述24升降机构为杠杆结构，能将32升降气缸产生的力放大，使得24升降机构可以承受比较大的负载；

3.所述19一种多工位升降式切换的滑车安装了25闭锁机构，25闭锁机构和24升降机构联动，在24升降机构到位时，25闭锁机构动作，锁住23升降台，使得24升降机构承受比较大负载的时候23升降台不会相对20安装台板发生位移，从而保证了成形精度；

4.所述19一种多工位升降式切换的滑车可以是分体式的也可以是一体式的：一体式的将两个或两个以上的工位通过一个大的20安装台板连接在一起，使得两个工位可以同时移动，通过24升降机构控制不同工位的23升降台升降和19一种多工位升降式切换的滑车的位移就可以进行工位的切换；分体式滑车通过若干个小的20安装台板进行安装，将两个或者两个以上的工位安装在一个X的轴45直线模组或一个Y轴45直线模组上，43切换控制单元通过24升降机构控制不同工位的23升降台升降和19一种多工位升降式切换的滑车的位移就可以进行工位的切换；

所述19一种多工位升降式切换的滑车通过44打印控制器连接的43切换控制单元进行控制，43切换控制单元其特征在于：包括：49继电器、33电磁阀、32升降气缸、37气动活塞，打印控制系统识别运动控制代码中的工位切换代码，在识别代码后打印控制系统通过电信号输送到连接与其上的49继电器，49继电器将信号输送到33电磁阀，33电磁阀动作通过气流控制连接在33电磁阀上的切换动作元件，所述切换动作元件是37气动活塞，也可以是使用其他介质的活塞缸体，在本实施例中33电磁阀连接32升降气缸和37气动活塞，通过32升降气缸和37气动活塞进行工位切换；

所述19一种多工位升降式切换的滑车包括，23升降台、21线性导轨、22线性滑块、20安装台板、24升降机构、25闭锁机构、26安装夹具、27铣制模块、8熔融沉积喷头，所述23升降台通过21线性导轨和22线性滑块安装在20安装台板正面，使得23升降台可以在20安装台板正面上做线性滑动；具体的为20安装台板正面设置有21线性导轨安装槽，21线性导轨设置在安装槽内并使用安装槽内设置的36安装孔通过进行固定；21线性导轨上安装有可以在21线性导轨上滑动的22线性滑块，22线性滑块正面通过螺丝连接并固定在23升降台背面设置的22线性滑块安装槽内；

在本发明中，所述23升降台上面通过24升降机构与20安装台板上面进行连接，24升降机构为杠杆结构，包括有30杠杆支点轴承、31杠杆臂、32升降气缸、29连接轴、34支撑板，29连接轴一端连接23升降台另一端连接31杠杆臂，31杠杆臂上设置有36安装孔连接有30杠杆支点轴承，30杠杆支点轴承的另一端安装在20安装台板上面，使30杠杆支点轴承可以形成支点，31杠杆臂的另一端设置有32升降气缸，缸体安装在31杠杆臂上，35.1活塞杆零通过29连接轴连接34支撑板上面，34支撑板前面连接20安装台板；

在本发明中，所述23升降台上设置有25闭锁机构，25闭锁机构包括36安装孔、37气动活塞、38锁舌、39限位槽、40锁孔，其结构具体的为：23升降台正面设置有贯穿于23升降台正面和背面的36安装孔，36安装孔内安装有37气动活塞，37气动活塞的35.2活塞杆一的端部安装有38锁舌，38锁舌可以在20安装台板正面设置的39限位槽中滑动或是在35.2活塞杆一的带动下插入39限位槽中设置的40锁孔中；

在本发明中，所述20安装台板是一块基板可以和3D打印机的运动机构连接还是24升降机构和23升降台等结构的基础安装位；

在本发明中，所述21线性导轨安装在20安装台板上和22线性滑块配合，用于安装23升降台，使得23升降台可以进行精确的上下位移；

在本发明中，所述22线性滑块安装在21线性导轨上，可以在21线性导轨上进行上下滑动，22线性滑块上安装有23升降台，在21线性导轨上下滑动时可以带动23升降台上下滑动；

在本发明中，所述23升降台安装在22线性滑块上，23升降台上安装25闭锁机构，26安装夹具、27铣制模块或8熔融沉积喷头，23升降台可以由24升降机构带动进行升降，通过25闭锁机构在下降时与20安装台板固定进行闭锁，其上表面通过26安装夹具安装有27铣制模块或8熔融沉积喷头，可以带动27铣制模块或8熔融沉积喷头进行上下运动，完成工位的切换；

在本发明中，进行内外轮廓成形时，44打印控制器发送的电脉冲信号控制连接在48主轴驱动器上连接的27铣制模块开始运转，所述27铣制模块是由电机带动的铣刀主轴，其尖端安装有铣刀，可以进行铣制加工；

在本发明中，所述8熔融沉积喷头是一种3D打印使用的沉积喷头，可以进行增材成形加工；

所述23升降台的正面还安装有26安装夹具，用于固定27铣制模块或8熔融沉积喷头；在本发明中，所述23升降台正面设置有39限位槽可以和26安装夹具背面的限位突起相互配合，26安装夹具上面设置有穿透上面和下面的36安装孔用于安装27铣制模块或8熔融沉积喷头；

所述19一种多工位升降式切换的滑车包括，20安装台板、21线性导轨、22线性滑块、23升降台、24升降机构、25闭锁机构、26安装夹具、27铣制模块、8熔融沉积喷头。在工作时，设置在20安装台板正面的23升降台可以进行上下运动，23升降台和20安装台板支架设置有25闭锁机构和24升降机构，当需要进行升降时24升降机构可以带动23升降台进行上下运动，25闭锁机构可以在23升降台下降到位后动作，插入20安装台板上的40锁孔中使得23升降台可以被锁住不被加工过程中产生的反作用力推动，所述25闭锁机构的37气动活塞和24升降机构的32升降气缸都是通过高压气管输送来的高压气体带动的，高压气管连接着33电磁阀，33电磁阀可以通过控制流的通断控制25闭锁机构和24升降机构的运动；当需要23升降台下降时，33电磁阀动作，使得24升降机构可以带动23升降台下降，25闭锁机构的38锁舌由于39限位槽的限制只能让38锁舌在39限位槽中滑动，当38锁舌脱离39限位槽的位置时38锁舌动作插入40锁孔，完成23升降台的下降；当23升降台需要上升时，33电磁阀动作，使得25闭锁机构动作将38锁舌从40锁孔中抽出，24升降机构动作将23升降台进行提升，完成23升降台的上升；所述33电磁阀为切换控制单元的一部分，由44打印控制器，通过44打印控制器给出的电信号进行动作；23升降台正面通过26安装夹具安装有27铣制模块或8熔融沉积喷头，当升降模块升降时通过夹具可以带动27铣制模块或8熔融沉积喷头进行上下运动；

在本发明中，所述23升降台通过21线性导轨和22线性滑块安装在20安装台板正面，使得23升降台可以在20安装台板正面上做线性滑动；具体的为20安装台板正面设置有21线性导轨安装槽，21线性导轨设置在安装槽内并使用安装槽内设置的36安装孔通过进行固定；21线性导轨上安装有可以在21线性导轨上滑动的22线性滑块，22线性滑块正面通过螺丝连接并固定在23升降台背面设置的22线性滑块安装槽内；

在本发明中，所述23升降台上面通过24升降机构与20安装台板上面进行连接，24升降机构为杠杆结构，包括有29连接轴、30杠杆支点轴承、31杠杆臂、32升降气缸、34支撑板，29连接轴一端连接23升降台另一端连接31杠杆臂，31杠杆臂上设置有36安装孔连接有30杠杆支点轴承，30杠杆支点轴承另一端安装在20安装台板上面，使30杠杆支点轴承可以形成支点，31杠杆臂另一端设置有32升降气缸，缸体安装在31杠杆臂上，35.1活塞杆零接触34支撑板上面，34支撑板前面连接20安装台板。当需要23升降台下降时，32升降气缸在气流的带动下，35.1活塞杆零动作伸出顶住34支撑板，使得31杠杆臂以30杠杆支点轴承转动，31杠杆臂安装32升降气缸的一端上升，31杠杆臂的另一段连接的23升降台下降；当需要23升降台上升时，32升降气缸在气流的带动下，35.1活塞杆零动作缩回和34支撑板相互作用，使得31杠杆臂以30杠杆支点轴承转动，31杠杆臂安装32升降气缸的一端下降，31杠杆臂的另一端连接的23升降台上升；

在本发明中，所述23升降台设置有25闭锁机构，25闭锁机构包括36安装孔、37气动活塞、38锁舌、39限位槽、40锁孔，其结构具体的为：23升降台正面设置有贯穿于23升降台正面和背面的36安装孔，36安装孔内安装有37气动活塞，37气动活塞的35.2活塞杆一端部安装有38锁舌，38锁舌可以20安装台板正面设置的39限位槽中滑动或是在35.2活塞杆一的带动下插入39限位槽中设置的40锁孔中；在工作时25闭锁机构的38锁舌由于39限位槽的限制只能让38锁舌在39限位槽中滑动，当38锁舌脱离39限位槽的位置时38锁舌动作插入40锁孔，完成23升降台的下降；当23升降台需要上升时，33电磁阀动作，使得25闭锁机构动作将38锁舌从40锁孔中抽出，24升降机构动作将23升降台进行提升，38锁舌归位到39限位槽中；

在本发明中，所述23升降台的正面还安装有26安装夹具，用于固定27铣制模块或8熔融沉积喷头，所述23升降台正面上设置有39限位槽可以和26安装夹具背面的限位突起相互配合，26安装夹具上面设置有穿透上面和下面的36安装孔用于安装27铣制模块或8熔融沉积喷头，36安装孔侧壁有用于紧固的开口槽，26安装夹具正面设置有安装固定螺丝孔，安装固定螺丝孔穿透开口槽。在工作时26安装夹具的安装在23升降台正面，随着23升降台相对20安装台板上下运动，36安装孔中安装有27铣制模块或8熔融沉积喷头，27铣制模块或8熔融沉积喷头通过开口槽和安装固定螺丝孔中的螺丝进行紧固，当螺丝上紧时会使得26安装夹具正面部分发生形变，开口槽处变窄，从而紧固27铣制模块或8熔融沉积喷头。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.沉积铣制一体型双工位3D打印机，其特征在于：

先对要打印的三维成形物进行模型处理，其处理过程为：将一个三维成形物的成形过程分成两个形状相关但功能不同的两个部分进行不同原理的成形，所述将一个三维成形物的成形分成两个形状相关但功能不同的两个部分进行不同原理的成形是指：将一个三维模型分成内实体模型和内外轮廓模型，内实体模型使用熔融沉积喷头进行增材成形，内外轮廓模型使用铣制模块进行减材成形，熔融沉积喷头和铣制模块安装在一种多工位升降式切换的滑车上，

1.在得到数字三维模型后将模型再编辑成两个部分，一个是通过原模型做数字翻模得到的轮廓模型，另一个是通过原模型复制得到的内实体模型；

2.再将这两个模型在切片软件中合成一个模型；

3.插入工位切换代码设置所需要的成形头:轮廓模型使用铣制模块进行成形，内实体模型使用熔融沉积喷头进行成形；

4.合成模型通过切片得到所需的运动控制代码，

二.在得到运动控制代码后将该运动控制代码导入打印控制系统，所述导入打印控制系统，可以通过移动存储介质进行转移，也可以使用有线或者是无线的方式将运动控制代码导入打印控制系统，然后开始成形工序，

先使用熔融沉积喷头在打印控制系统和摆动控制系统的控制下在成形台上或者工件上进行一层或多层内实体模型的熔融沉积作业，然后根据轮廓模型的数据，在打印控制系统的控制下使用铣制模块沿着已经成形好一层或多层的内实体边沿进行一层或多层轮廓的减材成形，如果三维成形物没有完成制造，则继续进行返回内实体成形作业流程，如果三维成形物完成制造，则结束，

本发明在进行内实体成形时熔融沉积喷头使用了3D打印热熔沉积控制技术,所述3D打印热熔沉积控制技术包括电弧/等离子体控制技术和摆动送料控制技术。

2.沉积铣制一体型双工位3D打印机，其特征在于：所述3D打印热熔沉积控制技术包括电弧/等离子体控制技术和摆动送料控制技术，通过在3D打印的过程中单独或同时使用电弧/等离子体控制技术和摆动送料控制技术，提高3D打印成形物的质量，

所述电弧/等离子体控制技术，其特征在于：

1.在熔融沉积的工作过程中通过使用若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场干涉等离子体或电弧形态和位置，使得用于加热熔化金属物料的电弧/等离子体的形状、大小、加热范围、能量焦点、焦点数量可以被控，使得电弧/等离子体的能量集中，能量分布均匀；

2.通过外加若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场对电弧/等离子体产生的电磁力抵消高速沉积时电弧对熔池产生的水平分力，达到二力平衡，使电弧/等离子体挺直，增加了电弧/等离子体的熔深，提高了沉积的速率；

3.通过若干个动态变化的磁场和电场或恒定的磁场和电场控制用于加热熔化母材和3D打印材料的电弧/等离子体进行一定规律的运动，以模拟手工焊接中的摇把动作，促进3D打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，促进3D打印材料与工件表面材料充分地混合，提高3D打印成形部位金属成分的均匀化程度，减少成形缺陷，优化成形组织与性能，进入熔池的丝状或粉末状3D打印材料的母材充分地混合，提高沉积成分的均匀化程度，减少焊接缺陷，优化沉积组织与性能，提高层间熔合质量；

4.在工作的过程中通过对磁场形态的动态控制形成电磁搅拌作用，改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，从而改变晶粒的结晶方向，控制结晶组织，细化一次组织，减小偏析，提高成形部位的力学性能，降低气孔、层间裂纹、驼峰等成形缺陷的产生的可能性，有效地降低成形工件的残余应力，其原理在于外加磁场，使合金元素及硅、硫、氢等元素沿树枝晶晶界的偏析都会减少、同时可使氧化物的数量和长度减小，降低了焊缝金属的化学不均匀性，使结晶组织得到控制，减少层间裂纹出现的概率；

5.通过相位变化的交变电流产生多个变化的磁场，有效地抑制成形过程中焊接短路过渡中的飞溅从而获得较好的工艺效果，其原理在于：在磁场的作用下，电弧/等离子体中带电粒子产生绕电弧轴线的螺旋式旋转运动，限制了电弧的扩散，使电弧能量更加集中；同时，纵向磁场对弧柱的压缩作用，增加了弧柱的能量密度及其电场强度，使短路液桥缩颈处受到径向向内的磁致压力的作用，加速了缩颈的断开，减少了能量的积累，熔滴过渡速度提高，短路过渡末期的电爆炸飞溅降低；同时，在纵向外加磁场作用下，由于磁压增大的结果，提高了弧柱中心的温度，使得熔滴经过电弧区的过渡频率增加，熔滴尺寸和它们在焊丝端部的存在时间减少，熔滴可以在熔池表面铺展而不会被迅速增长的电磁力排斥出熔池，从而减少了短路初期的瞬时短路飞溅；

在本发明中，所述摆动送料控制技术，其特征在于：在熔融沉积的工作过程中使3D打印材料进入熔池的位置发生规律性的改变，或者是在熔融沉积的工作过程中使得3D打印材料进入熔池的位置可以跟随加热熔化的电弧/等离子体进行运动或震动，促进3D打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，使得熔化的3D打印材料可以均匀铺开，促进3D打印材料的母材充分地混合，提高沉积成分的均匀化程度，减少成形缺陷，优化沉积组织与性能，提高层间熔合质量。

3.根据权利要求1所述，一种多工位升降式切换的滑车，其特征在于：

1.通过微型气缸或者微型液压缸带动安装的喷头或是其他加工模块的升降台上下运动，完成加工方式或加工工具的快速切换；

2.所述升降机构为杠杆结构，能将微型气缸或者微型液压缸产生的力放大，使得升降机构可以承受比较大的负载；

3.所述一种多工位升降式切换的滑车安装了闭锁机构，在升降机构到位时，闭锁机构动作，锁住升降台，使得升降机构承受比较大负载的时候升降台不会相对安装台板发生位移，从而保证了成形精度；

4.所述一种多工位升降式切换的滑车可以是分体式的也可以是一体式的：一体式的将两个或两个以上的工位通过一个大的安装台板连接在一起，使得两个工位可以同时移动，通过升降机构控制不同工位的升降台升降和一种多工位升降式切换的滑车的位移就可以进行工位的切换；分体式滑车通过若干个小的安装台板进行安装，将两个或者两个以上的工位安装在一个X轴或一个Y轴上，通过升降机构控制不同工位的升降台升降和一种多工位升降式切换的滑车的位移就可以进行工位的切换；

所述一种多工位升降式切换的滑车包括，升降台、线性导轨、线性滑块、安装台板、升降机构、闭锁机构、安装夹具、铣制模块、熔融沉积喷头，所述升降台通过线性导轨和线性滑块安装在安装台板正面，使得升降台可以在安装台板正面上做线性滑动；具体的为安装台板正面设置有线性导轨的安装槽，线性导轨设置在安装槽内并使用安装槽内设置的安装孔通过进行固定；线性导轨上安装有可以在线性导轨上滑动的线性滑块，线性滑块正面通过螺丝连接并固定在升降台背面设置的线性滑块安装槽内：

所述升降台上面通过升降机构与安装台板上面进行连接，升降机构为杠杆结构，包括有杠杆支点轴承、杠杆臂、升降气缸、连接轴、支撑板，连接轴的一端连接升降台另一端连接杠杆臂，杠杆臂上设置有安装孔连接有杠杆支点轴承，杠杆支点轴承另一端安装在安装台板上面，使杠杆支点轴承可以形成支点，杠杆臂另一端设置有升降气缸，缸体安装在杠杆臂上，活塞杆零通过连接轴连接支撑板上面，支撑板前面连接安装台板；

所述升降台上设置有闭锁机构，闭锁机构包括安装孔、气动活塞、锁舌、限位槽、锁孔，其结构具体的为：升降台正面设置有贯穿于升降台正面和背面的安装孔，安装孔内安装有气动活塞，气动活塞的活塞杆一的端部安装有锁舌，锁舌可以在安装台板正面设置的限位槽中滑动或是在活塞杆一的带动下插入限位槽中设置的锁孔中；

所述安装台板是一块基板可以和3D打印机的运动机构连接还是升降机构和升降台等结构的基础安装位；

所述线性导轨安装在安装台板上和线性滑块配合，用于安装升降台，使得升降台可以进行精确的上下位移；

所述线性滑块安装在线性导轨上，可以在线性导轨上进行上下滑动，线性滑块上安装有升降台，在线性导轨上下滑动时可以带动升降台上下滑动；

所述升降台安装在线性滑块上，升降台上安装闭锁机构，安装夹具、铣制模块或熔融沉积喷头，升降台可以由升降机构带动进行升降，通过闭锁机构在下降时与安装台板固定进行闭锁，其上表面通过安装夹具安装有铣制模块或熔融沉积喷头，可以带动铣制模块或熔融沉积喷头进行上下运动，完成工位的切换，所述升降台的正面还安装有安装夹具，用于固定铣制模块或熔融沉积喷头；

所述铣制模块是由电机带动的铣刀主轴，其尖端安装有铣刀，可以进行铣制加工；

所述升降台正面上设置有限位槽可以和安装夹具背面的限位突起相互配合，安装夹具上面设置有穿透上面和下面的安装孔用于安装铣制模块或熔融沉积喷头；

所述熔融沉积喷头包括是一种3D打印的喷头，可以在供应金属物料的同时使用加热装置融化金属物料，使之沉积在工作台或工作物表面。

4.根据权利要求2所述，熔融沉积喷头，其特征在于：所述熔融沉积喷头是一种3D打印的喷头，可以在供应金属物料的同时使用加热装置融化金属物料，使之沉积在工作台或工作物表面，熔融沉积喷头包括电弧/等离子体发生器、安装夹、送料管、磁头装置、送料移动装置；

电弧/等离子体发生器可以是TIG焊枪、MIG焊枪、等离子焊枪、激光复合式TIG/MIG焊枪或其它种类有电弧和等离子加热装置的焊枪；

磁头装置包括线圈、导磁杆、电极板、水冷管，所述导磁杆上设置有水冷管路，导磁杆上安装有线圈，线圈和水冷管可以是为一体的，电极板安装在线圈旁边，电极板安和线圈连接电弧/等离子体摆动控制单元的多通道信号功率放大器，所述磁头装置包括线圈和电极板，电极板和线圈并联，连接多通道信号功率放大器，将多通道信号功率放大器输送来的信号变成磁场和电场，所述磁头装置可以通过安装夹安装在等离子/电弧发生器上，也可以单独安装在等离子/电弧发生器上；

所述安装夹是一个环形夹具，安装在电弧/等离子体发生器发射能量的一端，安装夹上设置有若干个磁头装置，安装夹上还安装有若干个送料管，送料管指向熔池方向或电弧/等离子体发生器的轴线方向；所述送料移动装置包括摆动电机、安装夹、送料管，所述若干个摆动电机连接电弧/等离子体发生器和安装夹，安装夹上有安装有送料管，摆动控制单元的多轴电机驱动器控制摆动电机的带动送料管相对电弧/等离子体发生器进行一定范围的运动，从而带动送料管中的焊丝在一定范围进行运动或震动。

5.沉积铣制一体型双工位3D打印机，其特征在于：所述沉积铣制一体型双工位3D打印机的控制系统是一种数控系统，包括打印控制系统和摆动控制系统，

打印控制系统其特征在于，打印控制器连接运动控制单元、进给控制单元、切换控制单元：

所述打印控制器是一种数控专用计算机可以解析运动控制代码，根据运动控制代码控制电机和其他的设备，以完成3D打印工作，在工作时打印控制器，解析输入控制器的运动控制代码，将运动控制代码转换成电信号，发送到运动控制单元、进给控制单元、切换控制单元用以控制打印系统中的各种动作元件，完成3D打印工作；

运动控制单元其特征在于，包括：多轴电机驱动器、伺服电机、直线模组，可以通过打印控制器发送的电信号控制连接的伺服电机、步进电机或其他种类的动力部件，通过这些运动部件带动熔融沉积喷头和铣制模块进行3D打印加工；

所述进给控制单元其特征在于，包括：电机驱动器、送料电机、主轴驱动器、铣制模块，电机驱动器和主轴驱动器连接打印控制器 电机驱动器连接送料电机，主轴驱动器连接铣制模块；

所述切换控制单元其特征在于，包括：继电器、电磁阀、动作切换元件，打印控制系统识别运动控制代码中的工位切换代码，在识别代码后打印控制系统通过电信号输送到连接与其上的继电器，继电器将信号输送到电磁阀，电磁阀动作通过气流控制连接在电磁阀上的切换动作元件，所述切换动作元件是可以是气动活塞，也可以是使用其它介质的活塞缸体，

摆动控制系统其特征在于，通过微型电脑控制器连接控制等电弧/等离子摆动控制单元和送料摆动控制单元：

所述摆动控制系统包括微型电脑控制器、电弧/等离子体摆动控制单元、送料摆动控制单元，通过微型电脑控制器连接控制等电弧/等离子体摆动控制单元和送料摆动控制单元，微型电脑控制器中预设多套了等电弧/等离子体摆动控制单元和送料摆动控制单元的控制逻辑，微型电脑控制器连接并控制多通道函数波任意波发生器和运动控制器，通过内部储存的逻辑组合控制多通道函数波/任意波发生器和运动控制器，使得多通道函数波/任意波发生器和运动控制器可以选择内部存储的工作模式，以适应不同的工况，

在本发明中所述电弧/等离子体摆动控制单元，包括多通道函数波/任意波发生器、多通道信号功率放大器、磁头装置，多通道函数波/任意波发生器连接多通道信号功率放大器，多通道信号功率放大器连接着多个磁头装置，在工作时微型电脑控制器连接控制多通道函数波/任意波发生器，多通道函数波/任意波发生器根据微型电脑控制器的信号选择内部存储的其中一套波形信号，将该信号发送给多通道信号功率放大器，多通道信号功率放大器将该信号的功率放大，然后通过连接在多通道信号功率放大器输出端的磁头装置，磁头装置将放大后的信号转化成变化的磁场和电场，

在本发明中所述送料摆动控制单元，包括运动控制器、多轴电机驱动器、摆动电机，运动控制器连接并控制多轴电机驱动器，多轴电机驱动器连接控制送料移动装置中的摆动电机，在工作时微型电脑控制器连接控制运动控制器，运动控制器根据微型电脑控制器的信号选择内部存储的其中一套运动控制代码或者是其它的电机控制信号，将该套代码/信号变成多轴电机驱动器可以识别的电信号发送给多轴电机驱动器，并将这段信号重复回放，多轴电机驱动器接收到信号后将根据该信号驱动摆动电机进行运动；

所述多通道函数波/任意波发生器，由微型电脑控制器操控可以向多通道信号功率放大器发送电信号，多通道函数波/任意波发生器是一种集函数信号发生器、任意波形发生器、脉冲信号发生器、TTL信号发生器、VCO、扫频仪、计数器和频率计等功能的多功能的信号发生器，有完全独立的多通道输出，能够同步工作，相位差精确可调，有波形存储功能；

所述多通道信号功率放大器，是一种信号功率放大器，连接着多通道函数波/任意波发生器和磁头装置，可以将多通道函数波/任意波发生器发送来的电信号的功率进行放大，然后发送到磁头装置；

所述运动控制器，是一种单片机，设置有存储装置，存储有多套运动控制代码或其它的电机控制信号，运动控制器连接微型电脑控制器和多轴电机驱动器，由微型电脑控制器操控向多轴电机驱动器发送信号控制多轴电机驱动器连接的摆动电机转动；

所述多轴电机驱动器是一种数控电机驱动器，连接着运动控制器和摆动电机，可以根据运动控制器发送来的电信号控制摆动电机的运动；

所述磁头装置包括线圈、电极板、导磁杆，电极板和线圈并联，磁头装置连接多通道信号功率放大器，将多通道信号功率放大器输送来的信号变成磁场和电场，所述导磁杆安装在线圈中，可以增大磁感应强度，也使得磁场的力更加集中的作用与熔融沉积部位和等离子体上；

所述磁头装置，可以单独安装固定在电弧/等离子体发生器上，不与送料管进行同步的位移；可以设置在安装夹上，与送料管进行同步的位移；

所述导磁杆是一根金属杆或金属开口环，安装在线圈中，可以用于增大磁感应强度，也使得磁场的力更加集中；

所述线圈连接多通道信号功率放大器，将多通道信号功率放大器输送来的信号变成磁场，

所述电极板连接多通道信号功率放大器，将多通道信号功率放大器输送来的信号变成电场；

所述水冷管可以安装在导磁杆上也可以集成在线圈上；

所述送料移动装置包括摆动电机、安装夹、送料管，所述送料摆动控制单元控制若干个摆动电机进行运动，摆动电机带动安装夹进行运动，使得安装夹上的送料管可以和安装夹一起进行运动；

所述摆动电机是一种带定位的电机，可以是步进电机、伺服电机、舵机；

所述安装夹，是一种固定夹具，安装在电弧/等离子体发生器上，安装夹上有安装有送料管，送料管在安装夹上的位置可以进行调节；

所述送料管，安装在安装夹上，随着安装夹进行一定范围的运动或振动，可以将3D打印材料输送到沉积位置。

6.根据权利要求2所述，3D打印热熔沉积控制技术，其特征在于：在工作时，运动控制单元可以通过打印控制器向多轴运动电机驱动器发送的电信号从而控制多轴运动电机驱动器连接的伺服电机、步进电机或其他种类的动力部件，通过这些运动部件带动驱动直线模组，从而带动一种多工位升降式切换的滑车上安装的熔融沉积喷头和铣制模块运动，以进行打印加工；

熔融沉积喷头被3D打印机的运动控制单元的机械部分移动到位，焊机工作启动电能供应，电弧/等离子体发生器在工作位置起弧并维持电弧/等离子体的存在，3D打印机的送料系统通过连接的送料管开始向工作位置输送3D打印材料；摆动控制系统在电弧/等离子体发生器起弧时同时开启：

所述电弧/等离子体摆动控制单元，包括多通道函数波/任意波发生器、多通道信号功率放大器、磁头装置，多通道函数波/任意波发生器连接控制多通道信号功率放大器，多通道信号功率放大器连接着多个磁头装置，在工作时微型电脑控制器连接控制多通道函数波/任意波发生器，多通道函数波/任意波发生器根据微型电脑控制器的信号选择内部存储的其中一套波形信号，将该信号发送给多通道信号功率放大器，多通道信号功率放大器将该信号的功率放大，然后通过连接在多通道信号功率放大器输出端的磁头装置，磁头装置将放大后的信号转化成变化的磁场和电场，通过磁场/电场来约束和控制电弧/等离子体，通过磁场形态的动态控制形成电磁搅拌作用，改变沉积熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，磁头装置可以通过磁场和电场的形态的动态控制等离子体的形态这个过程具体为：电弧/等离子体摆动控制单元通过控制若干个线圈和电极板上加载电流的频率、电流大小、电压大小和相位，从而控制磁场和电场的形态,继而影响磁场和电场范围内的等离子和电弧的形状、大小、加热范围、能量焦点、焦点数量，

所述磁头装置包括线圈、电极板、导磁杆，电极板和线圈并联，磁头装置连接多通道信号功率放大器，将多通道信号功率放大器输送来的信号变成磁场和电场，所述导磁杆安装在线圈中，可以增大磁感应强度，也使得磁场的力更加集中的作用于熔融沉积部位和电弧/等离子体上，

所述送料摆动控制单元，包括运动控制器、多轴电机驱动器、摆动电机，运动控制器连接并控制多轴电机驱动器，多轴电机驱动器连接控制送料移动装置中的摆动电机，在工作时微型电脑控制器连接控制运动控制器，运动控制器根据微型电脑控制器的信号选择内部存储的其中一套运动控制代码，将该套代码变成多轴电机驱动器可以识别的脉冲信号发送给7多轴电机驱动器，并将这段信号重复回放，多轴电机驱动器接收到信号后将根据该信号驱动送料移动装置中的摆动电机进行运动；

所述送料移动装置包括摆动电机、安装夹、送料管，所述若干个摆动电机连接9电弧/等离子体发生器和安装夹，安装夹上有安装有送料管，摆动控制单元的多轴电机驱动器控制摆动电机的带动送料管相对电弧/等离子体发生器进行一定范围的运动或震动，从而带动送料管中的焊丝可以在一定范围内运动或震动，

在停止工作时，焊机工作关闭电能供应，电弧/等离子体发生器不维持电弧/等离子体的存在，3D打印机的送料系统停止送料输送3D打印材料；熔融沉积喷头被3D打印机的机械部分复位，摆动控制系统再关闭。

7.根据权利要求2所述，3D打印热熔沉积控制技术，其特征在于：在铣制和熔融沉积的过程中，铣制模块的转速和熔融沉积材料供应由进给控制单元控制，所述进给控制单元其特征在于，包括：电机驱动器、送料电机、主轴驱动器、铣制模块， 打印控制器控制发送的电信号的脉冲频率和脉冲宽度控制电机驱动器上连接的送料电机以控制3D打印材料的输送和输送速度，当送料电机进行工作时3D打印材料则进行输送； 打印控制器发送的电脉冲信号控制连接在主轴驱动器上连接的铣制模块，打印控制器通过控制电信号的脉冲频率和脉冲宽度控制铣制模块的转动速度。

8.根据权利要求2所述，摆动送料控制技术，其特征在于，在熔融沉积的工作过程中通过程序控制机械结构移动的送料管使得3D打印材料进入熔池的位置发生改变，在熔融沉积的工作过程中的过程中通过移动的送料管使得3D打印材料可以跟随加热熔化的电弧/等离子体进行运动或震动，促进3D打印材料有序流动及其在熔点较高的金属材料表面破膜、润湿、铺展与扩散，使得熔化的3D打印材料可以均匀铺开，促进3D打印材料的母材充分地混合，提高沉积成分的均匀化程度，减少成形缺陷，优化沉积组织与性能，提高层间熔合质量。

9.根据权利要求2所述，摆动送料控制技术，其特征在于，在本发明中，所述3D打印材料是金属，其形态可以是丝状、颗粒状、粉末状，送入熔池的方式可以是用机械装置推入熔池，如使用电机通过送丝轮带动丝材通过送料管进入熔池，也可以采用气体吹入或者是电磁推动方式，如使用气泵通过高压气体带动送料管中的颗粒状或粉末状3D打印材料进入熔池。

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