本實(shí)用新型涉及3D打印領(lǐng)域，具體來說涉及一種基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備。
背景技術(shù)：
增材制造（即3D打?。┘夹g(shù)依照材料累加的快速成型原理，以計(jì)算機(jī)軟件所設(shè)計(jì)出的立體加工模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用液化、粉末化、絲化的可粘性固體材料（如金屬、高分子材料等），逐層制造出產(chǎn)品，該技術(shù)具有不受零件復(fù)雜程度限制，完全數(shù)字化控制等特點(diǎn)，徹底顛覆了傳統(tǒng)制造業(yè)鍛造、切削加工的模式，變革了大規(guī)模生產(chǎn)線的工業(yè)生產(chǎn)方式，帶來個(gè)性化、低消耗、小批量、高難度等制造新理念和新方式，具有誘發(fā)新一次工業(yè)革命的巨大意義，3D打印設(shè)備中的先進(jìn)熱源發(fā)生裝置，是3D打印皇冠上最耀眼的一顆明珠，它直接關(guān)系到增材制造（3D打?。┻^程中產(chǎn)品的成形質(zhì)量以及成形效率，具有極高的技術(shù)含量，屬于位于產(chǎn)業(yè)鏈高端的高附加值產(chǎn)品，目前，多數(shù)金屬3D打印設(shè)備采用激光束、電子束作為熱源，兩者均具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格昂貴、制造效率低，不適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣，當(dāng)前主要應(yīng)用于航空航天、國防裝備等較為狹窄的領(lǐng)域，為解決以上問題，現(xiàn)有技術(shù)中也提出了一些技術(shù)方案，如公開號(hào)為CN104815985A，公開時(shí)間為2015年8月5日，名稱為“一種微束等離子3D打印設(shè)備與方法”的中國發(fā)明專利，該設(shè)備包括等離子加工裝置、中央控制系統(tǒng)、成型室、工作平臺(tái)、數(shù)控主軸、驅(qū)動(dòng)裝置、送粉裝置。等離子體發(fā)生器、等離子弧壓調(diào)高器、等離子槍體、工作氣路、冷卻水路構(gòu)成等離子體加工集成單元。采用微束等離子體作為金屬3D打印的熔化金屬材料的熱源，在保證與激光3D打印技術(shù)相近的成型精度的同時(shí)，可獲得一種高效、低成本的工業(yè)級金屬零件3D打印設(shè)備，但是使用微束等離子還是不夠穩(wěn)定，且作為熱源的效果還有待提高，并且通過軸動(dòng)的方式其運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)受到一定的限制，打印中會(huì)有很多的“盲區(qū)”無法達(dá)到。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于提供一種利用層流等離子作為熱源、打印部件能夠自由靈活運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還帶有可配合打印件進(jìn)行調(diào)整的打印臺(tái)的基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，包括中央控制器、龍門架、驅(qū)動(dòng)器和打印操作臺(tái)，其特征在于：還包括打印頭、伸縮缸、供料裝置、循環(huán)水泵和一字滑臺(tái)以及與一字滑臺(tái)對應(yīng)的T型滑塊；所述龍門架橫梁上設(shè)置有滑軌，所述一字滑臺(tái)的兩端通過滑塊與所述滑軌連接；所述打印頭通過伸縮缸連接在T型滑塊上；所述打印頭通過供料管道和水冷管路與所述供料裝置和循環(huán)水泵柔性連接；所述打印操作臺(tái)上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臺(tái)和空氣壓縮機(jī)。
所述打印頭包括層流等離子加工裝置和出料口，所述層流等離子加工裝置包括層流離子體發(fā)生器、弧壓調(diào)節(jié)器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發(fā)生器和弧壓調(diào)節(jié)高器設(shè)置在所述槍體內(nèi)；水冷裝置設(shè)置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通。
所述層流離子體發(fā)生器，采用中軸圓柱陽極結(jié)構(gòu)，而沿著陽極柱周圍環(huán)形均勻布置3個(gè)或3個(gè)以上的陰極，陽極和陰極均安裝在同一個(gè)底座上固定，相互絕緣，底座有水、電、氣通道，圓柱 陽極的外表面相對絕緣，只有在靠近出口的頭部裸露導(dǎo)電，從而與陰極間形成電場，整個(gè)發(fā)生器是一個(gè)密封水冷的筒狀外形，一端有等離子體出口噴嘴，噴嘴對電弧 等離子體進(jìn)行機(jī)械壓縮。
所述伸縮缸包括缸體和伸縮桿，所述打印頭連接在伸縮桿的頂端，所述缸體底部固定在所述T型滑塊的底部。
所述打印操作臺(tái)上還設(shè)置有掃描成像儀，所述掃描成像儀對打印件進(jìn)行外形掃描并將掃描結(jié)果傳送回所述中央控制器。
本實(shí)用新型的有益效果如下：
一、本實(shí)用新型提供的一種基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，一字滑臺(tái)的兩端通過滑塊與滑軌設(shè)置在龍門架的橫梁上，在驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)縱向的運(yùn)動(dòng)，打印頭通過T型滑塊連接在一字滑臺(tái)上，這種結(jié)構(gòu)在保證打印頭完成橫向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也為打印頭和伸縮缸提供了懸掛的支撐，為打印提供了足夠大的自由作業(yè)空間，采用層流等離子束槍作為打印熱源，采用層流離子體發(fā)生器作為熱源，電源效率高且工作穩(wěn)定，弧壓波動(dòng)不大于0.5，電流波動(dòng)，連續(xù)工作壽命可達(dá)200小時(shí)以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時(shí)其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時(shí)層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強(qiáng)的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統(tǒng)湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點(diǎn)，長弧、高溫、高效、數(shù)字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內(nèi)部，同時(shí)不產(chǎn)生表面反射，熱效率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于激光；再次，不產(chǎn)生強(qiáng)輻射，環(huán)境性能遠(yuǎn)優(yōu)于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設(shè)備少、結(jié)構(gòu)簡單、低能耗，則更為低廉；旋轉(zhuǎn)臺(tái)可以在打印中及時(shí)調(diào)整角度打印要求，空氣壓縮機(jī)為旋轉(zhuǎn)臺(tái)提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。
二、本實(shí)用新型提供的一種基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，層流電弧等離子加工件通過弧壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)層流等離子的輸出以適應(yīng)不同的材料的打印要求，層流電弧等離子加工件的槍體上設(shè)置的水冷裝置可以在打印中及時(shí)為槍體降溫，避免應(yīng)高溫導(dǎo)致的層流電弧等離子加工件設(shè)備故障。
三、本實(shí)用新型提供的一種基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，層流離子體發(fā)生器采用中軸圓柱陽極結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)，且所采用的軸向陽極可以是空心管狀，通過中空的管可以向高溫的等離子體束中心送入各種粉體或線狀材料，用于噴涂、堆焊等應(yīng)用；采用陽極桿周圍沿著環(huán)形均勻布置3個(gè)或3個(gè)以上的陰極結(jié)構(gòu)，使得單個(gè)陰極的電流大大降低，電弧等離子體穩(wěn)定性高，并可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陰極壽命長，且系統(tǒng)的總功率大，工作效率穩(wěn)定高效。
四、本實(shí)用新型提供的一種基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，打印頭連接在伸縮桿的頂端，所述缸體底部固定在所述T型滑塊的底部，打印時(shí)僅有打印頭隨伸縮桿進(jìn)行伸縮調(diào)整，設(shè)備整體穩(wěn)定性好，技術(shù)成熟可靠。
五、本實(shí)用新型提供的一種基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，掃描成像儀將打印件外形傳送回所述中央控制器，便于及時(shí)掌控打印狀態(tài)和效果。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型一種優(yōu)選方案的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：
1、中央控制器；2、龍門架；3、驅(qū)動(dòng)器；4、打印操作臺(tái)；5、打印頭；6、伸縮缸；7、供料裝置；8、循環(huán)水泵；9、一字滑臺(tái)；10、T型滑塊；11、旋轉(zhuǎn)臺(tái)；12、空氣壓縮機(jī)；13、掃描成像儀。
具體實(shí)施方式
以下通過幾個(gè)實(shí)施例來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，需要說明的是，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案包括但不限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例1
如圖1，基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，包括中央控制器1、龍門架2、驅(qū)動(dòng)器3和打印操作臺(tái)4，還包括打印頭5、伸縮缸6、供料裝置7、循環(huán)水泵8和一字滑臺(tái)9以及與一字滑臺(tái)9對應(yīng)的T型滑塊10；所述龍門架2橫梁上設(shè)置有滑軌，所述一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與所述滑軌連接；所述打印頭5通過伸縮缸6連接在T型滑塊10上；所述打印頭5通過供料管道和水冷管路與所述供料裝置7和循環(huán)水泵8柔性連接；所述打印操作臺(tái)4上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臺(tái)11和空氣壓縮機(jī)12。
這是本實(shí)用新型的一種最基本的實(shí)施方案。一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與滑軌設(shè)置在龍門架2的橫梁上，在驅(qū)動(dòng)器3的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)縱向的運(yùn)動(dòng)，打印頭5通過T型滑塊10連接在一字滑臺(tái)9上，這種結(jié)構(gòu)在保證打印5頭完成橫向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也為打印頭5和伸縮缸6提供了懸掛的支撐，為打印提供了足夠大的自由作業(yè)空間，采用層流等離子束槍作為打印熱源，電源效率高且工作穩(wěn)定，弧壓波動(dòng)不大于0.5，電流波動(dòng)，連續(xù)工作壽命可達(dá)200小時(shí)以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時(shí)其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時(shí)層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強(qiáng)的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統(tǒng)湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點(diǎn)，長弧、高溫、高效、數(shù)字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內(nèi)部，同時(shí)不產(chǎn)生表面反射，熱效率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于激光；再次，不產(chǎn)生強(qiáng)輻射，環(huán)境性能遠(yuǎn)優(yōu)于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設(shè)備少、結(jié)構(gòu)簡單、低能耗，則更為低廉；旋轉(zhuǎn)臺(tái)11可以在打印中及時(shí)調(diào)整角度打印要求，空氣壓縮機(jī)12為旋轉(zhuǎn)臺(tái)11提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。
實(shí)施例2
如圖1，基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，包括中央控制器1、龍門架2、驅(qū)動(dòng)器3和打印操作臺(tái)4，還包括打印頭5、伸縮缸6、供料裝置7、循環(huán)水泵8和一字滑臺(tái)9以及與一字滑臺(tái)9對應(yīng)的T型滑塊10；所述龍門架2橫梁上設(shè)置有滑軌，所述一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與所述滑軌連接；所述打印頭5通過伸縮缸6連接在T型滑塊10上；所述打印頭5通過供料管道和水冷管路與所述供料裝置7和循環(huán)水泵8柔性連接；所述打印操作臺(tái)4上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臺(tái)11和空氣壓縮機(jī)12。
所述打印頭5包括層流等離子加工裝置和出料口，所述層流等離子加工裝置包括層流離子體發(fā)生器、弧壓調(diào)節(jié)器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發(fā)生器和弧壓調(diào)節(jié)高器設(shè)置在所述槍體內(nèi)；所述水冷裝置設(shè)置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通。
這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與滑軌設(shè)置在龍門架2的橫梁上，在驅(qū)動(dòng)器3的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)縱向的運(yùn)動(dòng)，打印頭5通過T型滑塊10連接在一字滑臺(tái)9上，這種結(jié)構(gòu)在保證打印5頭完成橫向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也為打印頭5和伸縮缸6提供了懸掛的支撐，為打印提供了足夠大的自由作業(yè)空間，用層流離子體發(fā)生器作為熱源，電源效率高且工作穩(wěn)定，弧壓波動(dòng)不大于0.5，電流波動(dòng)，連續(xù)工作壽命可達(dá)200小時(shí)以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時(shí)其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時(shí)層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強(qiáng)的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統(tǒng)湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點(diǎn)，長弧、高溫、高效、數(shù)字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內(nèi)部，同時(shí)不產(chǎn)生表面反射，熱效率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于激光；再次，不產(chǎn)生強(qiáng)輻射，環(huán)境性能遠(yuǎn)優(yōu)于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設(shè)備少、結(jié)構(gòu)簡單、低能耗，則更為低廉；旋轉(zhuǎn)臺(tái)11可以在打印中及時(shí)調(diào)整角度打印要求，空氣壓縮機(jī)12為旋轉(zhuǎn)臺(tái)11提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；層流電弧等離子加工件通過弧壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)層流等離子的輸出以適應(yīng)不同的材料的打印要求，層流電弧等離子加工件的槍體上設(shè)置的水冷裝置可以在打印中及時(shí)為槍體降溫，避免應(yīng)高溫導(dǎo)致的層流電弧等離子加工件設(shè)備故障。
實(shí)施例3
如圖1，基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，包括中央控制器1、龍門架2、驅(qū)動(dòng)器3和打印操作臺(tái)4，還包括打印頭5、伸縮缸6、供料裝置7、循環(huán)水泵8和一字滑臺(tái)9以及與一字滑臺(tái)9對應(yīng)的T型滑塊10；所述龍門架2橫梁上設(shè)置有滑軌，所述一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與所述滑軌連接；所述打印頭5通過伸縮缸6連接在T型滑塊10上；所述打印頭5通過供料管道和水冷管路與所述供料裝置7和循環(huán)水泵8柔性連接；所述打印操作臺(tái)4上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臺(tái)11和空氣壓縮機(jī)12。
所述打印頭5包括層流等離子加工裝置和出料口，所述層流等離子加工裝置包括層流離子體發(fā)生器、弧壓調(diào)節(jié)器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發(fā)生器和弧壓調(diào)節(jié)高器設(shè)置在所述槍體內(nèi)；所述水冷裝置設(shè)置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通。
所述層流離子體發(fā)生器，采用中軸圓柱陽極結(jié)構(gòu)，而沿著陽極柱周圍環(huán)形均勻布置3個(gè)或3個(gè)以上的陰極，陽極和陰極均安裝在同一個(gè)底座上固定，相互絕緣，底座有水、電、氣通道，圓柱 陽極的外表面相對絕緣，只有在靠近出口的頭部裸露導(dǎo)電，從而與陰極間形成電場，整個(gè)發(fā)生器是一個(gè)密封水冷的筒狀外形，一端有等離子體出口噴嘴，噴嘴對電弧 等離子體進(jìn)行機(jī)械壓縮。
這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與滑軌設(shè)置在龍門架2的橫梁上，在驅(qū)動(dòng)器3的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)縱向的運(yùn)動(dòng)，打印頭5通過T型滑塊10連接在一字滑臺(tái)9上，這種結(jié)構(gòu)在保證打印5頭完成橫向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也為打印頭5和伸縮缸6提供了懸掛的支撐，為打印提供了足夠大的自由作業(yè)空間，采用層流離子體發(fā)生器作為熱源，電源效率高且工作穩(wěn)定，弧壓波動(dòng)不大于0.5，電流波動(dòng)，連續(xù)工作壽命可達(dá)200小時(shí)以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時(shí)其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時(shí)層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強(qiáng)的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統(tǒng)湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點(diǎn)，長弧、高溫、高效、數(shù)字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內(nèi)部，同時(shí)不產(chǎn)生表面反射，熱效率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于激光；再次，不產(chǎn)生強(qiáng)輻射，環(huán)境性能遠(yuǎn)優(yōu)于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設(shè)備少、結(jié)構(gòu)簡單、低能耗，則更為低廉；旋轉(zhuǎn)臺(tái)11可以在打印中及時(shí)調(diào)整角度打印要求，空氣壓縮機(jī)12為旋轉(zhuǎn)臺(tái)11提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；層流電弧等離子加工件通過弧壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)層流等離子的輸出以適應(yīng)不同的材料的打印要求，層流電弧等離子加工件的槍體上設(shè)置的水冷裝置可以在打印中及時(shí)為槍體降溫，避免應(yīng)高溫導(dǎo)致的層流電弧等離子加工件設(shè)備故障；層流離子體發(fā)生器采用中軸圓柱陽極結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)，且所采用的軸向陽極可以是空心管狀，通過中空的管可以向高溫的等離子體束中心送入各種粉體或線狀材料，用于噴涂、堆焊等應(yīng)用；采用陽極桿周圍沿著環(huán)形均勻布置3個(gè)或3個(gè)以上的陰極結(jié)構(gòu)，使得單個(gè)陰極的電流大大降低，電弧等離子體穩(wěn)定性高，并可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陰極壽命長，且系統(tǒng)的總功率大，工作效率穩(wěn)定高效。
實(shí)施例4
如圖1，基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，包括中央控制器1、龍門架2、驅(qū)動(dòng)器3和打印操作臺(tái)4，還包括打印頭5、伸縮缸6、供料裝置7、循環(huán)水泵8和一字滑臺(tái)9以及與一字滑臺(tái)9對應(yīng)的T型滑塊10；所述龍門架2橫梁上設(shè)置有滑軌，所述一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與所述滑軌連接；所述打印頭5通過伸縮缸6連接在T型滑塊10上；所述打印頭5通過供料管道和水冷管路與所述供料裝置7和循環(huán)水泵8柔性連接；所述打印操作臺(tái)4上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臺(tái)11和空氣壓縮機(jī)12。
所述打印頭5包括層流等離子加工裝置和出料口，所述層流等離子加工裝置包括層流離子體發(fā)生器、弧壓調(diào)節(jié)器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發(fā)生器和弧壓調(diào)節(jié)高器設(shè)置在所述槍體內(nèi)；所述水冷裝置設(shè)置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通。
所述層流離子體發(fā)生器，采用中軸圓柱陽極結(jié)構(gòu)，而沿著陽極柱周圍環(huán)形均勻布置3個(gè)或3個(gè)以上的陰極，陽極和陰極均安裝在同一個(gè)底座上固定，相互絕緣，底座有水、電、氣通道，圓柱 陽極的外表面相對絕緣，只有在靠近出口的頭部裸露導(dǎo)電，從而與陰極間形成電場，整個(gè)發(fā)生器是一個(gè)密封水冷的筒狀外形，一端有等離子體出口噴嘴，噴嘴對電弧 等離子體進(jìn)行機(jī)械壓縮。
所述伸縮缸6包括缸體和伸縮桿，所述打印頭5連接在伸縮桿的頂端，所述缸體底部固定在所述T型滑塊10的底部。
這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與滑軌設(shè)置在龍門架2的橫梁上，在驅(qū)動(dòng)器3的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)縱向的運(yùn)動(dòng)，打印頭5通過T型滑塊10連接在一字滑臺(tái)9上，這種結(jié)構(gòu)在保證打印5頭完成橫向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也為打印頭5和伸縮缸6提供了懸掛的支撐，為打印提供了足夠大的自由作業(yè)空間，采用層流離子體發(fā)生器作為熱源，電源效率高且工作穩(wěn)定，弧壓波動(dòng)不大于0.5，電流波動(dòng)，連續(xù)工作壽命可達(dá)200小時(shí)以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時(shí)其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時(shí)層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強(qiáng)的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統(tǒng)湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點(diǎn)，長弧、高溫、高效、數(shù)字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內(nèi)部，同時(shí)不產(chǎn)生表面反射，熱效率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于激光；再次，不產(chǎn)生強(qiáng)輻射，環(huán)境性能遠(yuǎn)優(yōu)于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設(shè)備少、結(jié)構(gòu)簡單、低能耗，則更為低廉；旋轉(zhuǎn)臺(tái)11可以在打印中及時(shí)調(diào)整角度打印要求，空氣壓縮機(jī)12為旋轉(zhuǎn)臺(tái)11提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；層流電弧等離子加工件通過弧壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)層流等離子的輸出以適應(yīng)不同的材料的打印要求，層流電弧等離子加工件的槍體上設(shè)置的水冷裝置可以在打印中及時(shí)為槍體降溫，避免應(yīng)高溫導(dǎo)致的層流電弧等離子加工件設(shè)備故障；層流離子體發(fā)生器采用中軸圓柱陽極結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)，且所采用的軸向陽極可以是空心管狀，通過中空的管可以向高溫的等離子體束中心送入各種粉體或線狀材料，用于噴涂、堆焊等應(yīng)用；采用陽極桿周圍沿著環(huán)形均勻布置3個(gè)或3個(gè)以上的陰極結(jié)構(gòu)，使得單個(gè)陰極的電流大大降低，電弧等離子體穩(wěn)定性高，并可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陰極壽命長，且系統(tǒng)的總功率大，工作效率穩(wěn)定高效；打印頭5連接在伸縮桿的頂端，所述缸體底部固定在所述T型滑塊10的底部，打印時(shí)僅有打印頭5隨伸縮桿進(jìn)行伸縮調(diào)整，設(shè)備整體穩(wěn)定性好，技術(shù)成熟可靠。
實(shí)施例5
如圖1，基于層流等離子技術(shù)的3D打印設(shè)備置，包括中央控制器1、龍門架2、驅(qū)動(dòng)器3和打印操作臺(tái)4，還包括打印頭5、伸縮缸6、供料裝置7、循環(huán)水泵8和一字滑臺(tái)9以及與一字滑臺(tái)9對應(yīng)的T型滑塊10；所述龍門架2橫梁上設(shè)置有滑軌，所述一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與所述滑軌連接；所述打印頭5通過伸縮缸6連接在T型滑塊10上；所述打印頭5通過供料管道和水冷管路與所述供料裝置7和循環(huán)水泵8柔性連接；所述打印操作臺(tái)4上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臺(tái)11和空氣壓縮機(jī)12。
所述打印頭5包括層流等離子加工裝置和出料口，所述層流等離子加工裝置包括層流離子體發(fā)生器、弧壓調(diào)節(jié)器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發(fā)生器和弧壓調(diào)節(jié)高器設(shè)置在所述槍體內(nèi)；所述水冷裝置設(shè)置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通。
所述層流離子體發(fā)生器，采用中軸圓柱陽極結(jié)構(gòu)，而沿著陽極柱周圍環(huán)形均勻布置3個(gè)或3個(gè)以上的陰極，陽極和陰極均安裝在同一個(gè)底座上固定，相互絕緣，底座有水、電、氣通道，圓柱 陽極的外表面相對絕緣，只有在靠近出口的頭部裸露導(dǎo)電，從而與陰極間形成電場，整個(gè)發(fā)生器是一個(gè)密封水冷的筒狀外形，一端有等離子體出口噴嘴，噴嘴對電弧 等離子體進(jìn)行機(jī)械壓縮。
所述伸縮缸6包括缸體和伸縮桿，所述打印頭5連接在伸縮桿的頂端，所述缸體底部固定在所述T型滑塊10的底部。
所述打印操作臺(tái)4上還設(shè)置有掃描成像儀13，所述掃描成像儀13對打印件進(jìn)行外形掃描并將掃描結(jié)構(gòu)傳送回所述中央控制器1。
這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。一字滑臺(tái)9的兩端通過滑塊與滑軌設(shè)置在龍門架2的橫梁上，在驅(qū)動(dòng)器3的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)縱向的運(yùn)動(dòng)，打印頭5通過T型滑塊10連接在一字滑臺(tái)9上，這種結(jié)構(gòu)在保證打印5頭完成橫向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也為打印頭5和伸縮缸6提供了懸掛的支撐，為打印提供了足夠大的自由作業(yè)空間，采用層流離子體發(fā)生器作為熱源，電源效率高且工作穩(wěn)定，弧壓波動(dòng)不大于0.5，電流波動(dòng)，連續(xù)工作壽命可達(dá)200小時(shí)以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時(shí)其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時(shí)層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強(qiáng)的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統(tǒng)湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點(diǎn)，長弧、高溫、高效、數(shù)字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內(nèi)部，同時(shí)不產(chǎn)生表面反射，熱效率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于激光；再次，不產(chǎn)生強(qiáng)輻射，環(huán)境性能遠(yuǎn)優(yōu)于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設(shè)備少、結(jié)構(gòu)簡單、低能耗，則更為低廉；旋轉(zhuǎn)臺(tái)11可以在打印中及時(shí)調(diào)整角度打印要求，空氣壓縮機(jī)12為旋轉(zhuǎn)臺(tái)11提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；層流電弧等離子加工件通過弧壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)層流等離子的輸出以適應(yīng)不同的材料的打印要求，層流電弧等離子加工件的槍體上設(shè)置的水冷裝置可以在打印中及時(shí)為槍體降溫，避免應(yīng)高溫導(dǎo)致的層流電弧等離子加工件設(shè)備故障；層流離子體發(fā)生器采用中軸圓柱陽極結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)，且所采用的軸向陽極可以是空心管狀，通過中空的管可以向高溫的等離子體束中心送入各種粉體或線狀材料，用于噴涂、堆焊等應(yīng)用；采用陽極桿周圍沿著環(huán)形均勻布置3個(gè)或3個(gè)以上的陰極結(jié)構(gòu)，使得單個(gè)陰極的電流大大降低，電弧等離子體穩(wěn)定性高，并可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陰極壽命長，且系統(tǒng)的總功率大，工作效率穩(wěn)定高效；打印頭5連接在伸縮桿的頂端，所述缸體底部固定在所述T型滑塊10的底部，打印時(shí)僅有打印頭5隨伸縮桿進(jìn)行伸縮調(diào)整，設(shè)備整體穩(wěn)定性好，技術(shù)成熟可靠；掃描成像儀13將打印件外形傳送回所述中央控制器1，便于及時(shí)掌控打印狀態(tài)和效果。