CN207656054U - 一种基于电弧的3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种基于电弧的3D打印设备，包括数控多轴联动加工装置、热处理装置和多个金属弧焊增材制造装置。本实用新型利用数控多轴联动加工装置、热处理装置和金属弧焊增材制造装置，通过金属弧焊增材制造装置进行三维打印堆积形成三维产品，配合热处理装置进行快速冷却处理，实现在保证加工质量同时保证加工效率，与此同时，采用数控多轴联动加工装置对加工成型的三维产品进行表面加工处理，而配合其上的风冷清扫装置对已加工的三维产品表面进行除削处理，从而保证三维测量装置可快速有效获取已加工三维产品的表面轮廓，避免废削对三维测量装置数据采集的准确性产生影响，保证多轴联动精密加工系统对三维产品表面加工精度。

Description

一种基于电弧的3D打印设备

技术领域

本实用新型涉及焊接夹具技术领域，具体为一种基于电弧的3D打印设备。

背景技术

电弧增材制造技术(WireAdditiveManufacture,WAAM)是采用电弧作为热源，将金属丝材熔化逐层沉积从而制造出接近产品设计尺寸要求的三维金属胚件，再辅以少量机械加工最终达到产品尺寸设计要求的一种快速制造方法。它具有沉积效率高、成本低等特点,能实现高性能高温合金、钛合金、铝合金和高强钢等大型复杂结构件的快速制造。WAAM熔敷过程中可以对不同结构采用不同种的材料，从而极大提高制造柔性；对几何形状尤其是角度不敏感，制造过程中一般不需要添加辅助支撑，极大地拓展了金属增材制造的应用范围。

基于WAAM技术制造产品能够避免大尺寸铸/锻零件的气孔、偏析及微裂纹，采用全熔堆焊方式所成形的零件组织、力学性能也强于铸锻件。比锻造技术产品节约原材料，尤其是贵重金属材料。因而，金属零件的电弧成形技术有广阔的前景，有关金属丝增材制造技术成为国内外3D打印领域的热点之一。

然而，对于表面形状复杂、带有内流道的复杂机械零件而言，传统精密加工方法由于机械刀具无法逼近，零件后处理一般无法进行数控自动加工。而人工后处理虽然可以改善表面光洁度，但无法精确控制尺寸精度，也难以处理类似内流道等实体内部结构表面。采用电化学加工方法加工精密模具速度缓慢，且数控编程复杂。

针对上述的技术问题，人们提供了一种增材-减材的复合加工工艺，即采用金属焊丝融化打印成型，配合机械加工技术对打印成型零件进行机械加工表面处理，但是，由于机械加工技术对打印成型零件进行机械加工表面加工深度是根据实际加工的误差进行实时三维扫描采集数据进行调整加工深度，而机加工产生的废削会导致三维扫描所采集的数据产生误差，影响零件加工精度。

因此，急需发明一种可有效提高加工精度的基于电弧的3D打印设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是一种基于电弧的3D打印设备，以解决现有增减材复合加工设备加工精度低且效率不高的技术问题。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：一种基于电弧的3D打印设备，包括数控多轴联动加工装置、热处理装置和多个金属弧焊增材制造装置，

所述金属弧焊增材制造装置包括焊接机器人、焊接变位机和焊机系统，所述焊接机器人装设在所述焊接变位机上，所述焊机系统安装在所述焊接机器人，以用于实施增材加工，并在所述焊接机器人上设有外部轴，所述外部轴上设有用于对切削后的产品进行冷却清扫的所述风冷清扫装置；

所述数控多轴联动加工装置包括三维测量装置和多轴联动精密加工系统，所述三维测量装置用于测量零件的轮廓信息并发送给计算机，所述多轴联动精密加工系统用于对零件实施减材加工；

所述热处理装置包括制冷风机及导热垫板，所述导热垫板用于承载增材加工成形的零件，所述导热垫板装设在所述升降工作台上，所述升降工作台呈中空状，并在其顶部设有一开口，所述导热垫板盖合在所述开口上，所述升降工作台内置多个导引风机，所述导引风机装设在所述导热垫板底部，且所述升降工作台底部设有与所述制冷风机连通的进风口。

在上述方案基础上优选，所述三维测量装置为三维测量扫描仪。

在上述方案基础上优选，所述焊机系统包括焊接本体，所述焊接本体装设在所述焊接机器人上，所述导热垫板上装设有所述焊接夹具，以实现工件的焊接定位。

在上述方案基础上优选，所述焊接机器人包括本体和控制柜，所述控制柜与所述本体电性相连，用以驱动所述本体运动。

在上述方案基础上优选，所述焊机系统还包括金属加热装置，所述金属加热装置用于产生热量对打印材料进行预热以改善金属组织。

在上述方案基础上优选，所述打印材料为金属焊丝。

在上述方案基础上优选，所述焊接机器人的打印半径为1400mm，所述焊接机器人的单层打印宽度为2mm，所述焊接机器人的打印高度为4mm。

与现有技术相比，本实用新型的一种基于电弧的3D打印设备，利用数控多轴联动加工装置、热处理装置和金属弧焊增材制造装置，通过金属弧焊增材制造装置进行三维打印堆积形成三维产品，配合热处理装置进行快速冷却处理，实现在保证加工质量同时保证加工效率，与此同时，采用数控多轴联动加工装置对加工成型的三维产品进行表面加工处理，而配合其上的风冷清扫装置对已加工的三维产品表面进行除削处理，从而保证三维测量装置可快速有效获取已加工三维产品的表面轮廓，避免废削对三维测量装置数据采集的准确性产生影响，保证多轴联动精密加工系统对三维产品表面加工精度。

作为本实用新型的另外一个优点在于，本实用新型还可以利用风冷清扫装置对工件表面进行吹风，以降低工件表面周围温度，提高工件成型速度。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1是本实用新型的一种基于电弧的3D打印设备的结构示意图；

图2是本实用新型的一种基于电弧的3D打印设备的使用流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

请参阅图1所示，本实用新型提供了一种基于电弧的3D打印设备，包括数控多轴联动加工装置10、热处理装置20和多个金属弧焊增材制造装置30。

其中，本实用新型的金属弧焊增材制造装置包括焊接机器人31、焊接变位机32和焊机系统33，焊接机器人31装设在焊接变位机32上，焊机系统33安装在焊接机器人31，以用于实施增材加工，并在焊接机器人31上设有外部轴，外部轴上设有用于对切削后的产品进行冷却清扫的风冷清扫装置34；

数控多轴联动加工装置10包括三维测量装置11和多轴联动精密加工系统12，三维测量装置11用于测量零件的轮廓信息并发送给计算机，多轴联动精密加工系统12用于对零件实施减材加工；

热处理装置20包括制冷风机及导热垫板21，导热垫板21用于承载增材加工成形的零件，导热垫板21装设在升降工作台22上，升降工作台22呈中空状，并在其顶部设有一开口23，导热垫板21盖合在开口23上，升降工作台22内置多个导引风机24，导引风机24装设在所述导热垫板21底部，且升降工作台22底部设有与制冷风机连通的进风口。

工作过程中，焊接变位机32带动焊接机器人31运动，并利用焊机系统33将金属焊丝加热融化，并打印在导热垫板21上，以堆叠成所需的三维立体工件，在堆叠过程中，通过制冷风机产生冷风，配合升降台上的导引风机24，将冷风传递至导热垫板21上，实现对导热垫板21的降温，从而加速导热垫板21上工件的快速成型，并在焊机系统33进行焊接打印过程中，还可以通过焊接机器人31上的风冷清扫装置34，对导热垫板21上的工件表面进行吹风处理，加快工件冷却固化，提高其加工效率。当零件打印成型后，可通过数控多轴联动加工装置10上的三维测量装置11对工件表面进行快速扫描测量，获取零件的三维数据信息，并根据获取到的三维数据信息控制多轴联动精密加工系统12对零件进行减材加工，在减材加工过程中，还可以配合风冷清扫装置34对零件表面进行废削清除处理，以保证三维数据采集准确性，保证零部件加工精度。

为了进一步详细说明本实用新型的一种基于电弧的3D打印设备，请继续参阅图2所示，以下将详细介绍其具体加工的方法，包括以下步骤：

(1)基于零件破损处3D形貌特征及模型加工信息的自由曲面工艺规划算法，采用曲面加工路径方式以避免热量积累，获取待加工零件的CAD模型，基于曲面分层切片方法将CAD模型从最底层一直分层到最顶层，以生成零件增材加工路径；

(2)根据实体的切片轮廓及该轮廓位置的三角形外法矢方向，按照磨头刀位点处必须与该三角形面片相切的原则获得该位置的多轴联动精密加工系统12的切削头的工作的位置参数及局部机加工轨迹，并将各个局部机加工轨迹连结，以生成零件轮廓的机加工路径；

(3)根据步骤(1)中生成的零件增材加工路径，驱动焊接机器人31和焊机系统33按照切片路径行走的同时，熔化金属丝，金属熔滴沉积成一层；将电弧熔化后的金属丝熔滴进行自然冷却，以形成实体毛坯；

(4)根据步骤(2)中生成的零件轮廓的机加工路径，驱动多轴联动精密加工系统12的刀具运动，并在三维测量装置11的配合下，对步骤(3)生成的实体毛坯的轮廓进行精加工；

(5)在精加工完毕后，升降工作台22带动实体毛坯下降一层的高度；

(6)重复步骤(3)至(5)，直至加工出整个零件。

本实用新型的一种基于电弧的3D打印设备，利用数控多轴联动加工装置10、热处理装置20和金属弧焊增材制造装置30，通过金属弧焊增材制造装置30进行三维打印堆积形成三维产品，配合热处理装置20进行快速冷却处理，实现在保证加工质量同时保证加工效率，与此同时，采用数控多轴联动加工装置10对加工成型的三维产品进行表面加工处理，而配合其上的风冷清扫装置34对已加工的三维产品表面进行除削处理，从而保证三维测量装置11可快速有效获取已加工三维产品的表面轮廓，避免废削对三维测量装置11数据采集的准确性产生影响，保证多轴联动精密加工系统12对三维产品表面加工精度。

作为本实用新型的另外一个优点在于，本实用新型还可以利用风冷清扫装置34对工件表面进行吹风，以降低工件表面周围温度，提高工件成型速度。

值得说明的是，本实用新型的三维测量装置11为三维测量扫描仪，且焊机系统33包括焊接本体，焊接本体装设在焊接机器人31上，焊接夹具装设在导热垫板21上，以实现工件的焊接定位，防止零件在加工过程中产生移位，影响加工精度。

进一步的，本实用新型的焊接机器人31包括本体和控制柜，控制柜与本体电性相连，用以驱动本体运动，本实用新型的焊机系统33还包括金属加热装置，金属加热装置用于产生热量对打印材料进行预热以改善金属组织，优选的，打印材料为金属焊丝，且本实用新型的焊接机器人31的打印半径为1400mm，焊接机器人31的单层打印宽度为2mm，焊接机器人31的打印高度为4mm。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电弧的3D打印设备，其特征在于，包括数控多轴联动加工装置、热处理装置和多个金属弧焊增材制造装置，

所述金属弧焊增材制造装置包括焊接机器人、焊接变位机和焊机系统，所述焊接机器人装设在所述焊接变位机上，所述焊机系统安装在所述焊接机器人，以用于实施增材加工，并在所述焊接机器人上设有外部轴，所述外部轴上设有用于对切削后的产品进行冷却清扫的风冷清扫装置；

所述数控多轴联动加工装置包括三维测量装置和多轴联动精密加工系统，所述三维测量装置用于测量零件的轮廓信息并发送给计算机，所述多轴联动精密加工系统用于对零件实施减材加工；

所述热处理装置包括制冷风机及导热垫板，所述导热垫板用于承载增材加工成形的零件，所述导热垫板装设在升降工作台上，所述升降工作台呈中空状，并在其顶部设有一开口，所述导热垫板盖合在所述开口上，所述升降工作台内置多个导引风机，所述导引风机装设在所述导热垫板底部，且所述升降工作台底部设有与所述制冷风机连通的进风口。

2.如权利要求1所述的一种基于电弧的3D打印设备，其特征在于，所述三维测量装置为三维测量扫描仪。

3.如权利要求1所述的一种基于电弧的3D打印设备，其特征在于，所述焊机系统包括焊接本体，所述焊接本体装设在所述焊接机器人上，所述导热垫板上装设有焊接夹具，以实现工件的焊接定位。

4.如权利要求1所述的一种基于电弧的3D打印设备，其特征在于，所述焊接机器人包括本体和控制柜，所述控制柜与所述本体电性相连，用以驱动所述本体运动。

5.如权利要求1所述的一种基于电弧的3D打印设备，其特征在于，所述焊机系统还包括金属加热装置，所述金属加热装置用于产生热量对打印材料进行预热以改善金属组织。

6.如权利要求5所述的一种基于电弧的3D打印设备，其特征在于，所述打印材料为金属焊丝。

7.如权利要求1所述的一种基于电弧的3D打印设备，其特征在于，所述焊接机器人的打印半径为1400mm，所述焊接机器人的单层打印宽度为2mm，所述焊接机器人的打印高度为4mm。