一種等離子熔覆直接制造3d打印設備及方法

一種等離子熔覆直接制造3d打印設備及方法
【專利摘要】本發明公開了一種等離子熔覆直接制造3D打印設備及方法，該設備由監控系統、等離子束流加工系統和水平打印臺組成；等離子束流加工系統包括多個等離子束流加工裝置；每個等離子束流加工裝置均由等離子體發生器、打印位置調整裝置、供氣裝置和送粉裝置組成；監控系統包括多個等離子束流加工監控裝置；每個等離子束流加工監控裝置均包括溫度檢測單元、水平移動控制器、距離檢測單元和打印距離調節控制器；該方法包括步驟：一、待打印工件三維立體模型獲取及分層切片處理；二、掃描路徑填充；三、打印路徑獲取；四、由下至上逐層打印。本發明設計合理、操作簡便且成型效率高、使用效果好，無需密閉成型室，且不需要保護氣氛或真空環境。
【專利說明】
一種等離子熔覆直接制造3D打印設備及方法
技術領域
[0001]本發明屬于快速成型技術領域，尤其是涉及一種等離子熔覆直接制造3D打印設備及方法。
【背景技術】
[0002]3D打印，學界稱為增材制造(Additive Manufacturing, AM)，是利用計算機設計數據采用材料逐層堆積的方法制造實體物品的技術。該技術始于20世紀80年代的快速成型技術，具有三個方面的特征:一是制造技術的重大飛躍。3D打印是數字化技術與制造技術融合催生的一項新興數字化制造技術；二是制造工藝的深刻變革。3D打印改變了傳統切削加工模式，大大減少了加工工序，可以明顯縮短新產品的開發成本與周期；三是制造模式的重要突破。3D打印技術對結構復雜、難加工的產品可以實現個性化、定制生產，從而可能改變傳統的大規模批量生產方式，帶來制造模式的重要突破。
[0003]目前，國內外金屬零件快速成型技術主要是選區激光熔化快速成型技術(Selective laser melting，SLM)。如專利號為 US7047098 的美國專利 “PROCESS ANDDEVICE FOR PRODUCING A SHAPED BODY BY SELECTIVE LASER MELTING”詳細描述了一種利用三維數字模型制造致密零件的選區激光熔化成形方法及其設備。公開號為CN1603031A的中國發明專利“一種金屬零件選區激光熔化快速成型方法及其裝置”公開了一種金屬零件選區激光熔化快速成型方法及其裝置。該裝置包括半導體栗浦YAG激光器或光纖激光器、光束聚焦系統、成型件缸和粉末缸，半導體栗浦YAG激光器或光纖激光器與光束聚焦系統相連接，并聚焦掃描于成型件缸，成型件缸通過鋪粉滾筒與粉末缸相連接，鋪粉滾筒連接有驅動電機，驅動電機與計算機相連接。
[0004]金屬零件快速成型技術中還有電子束快速成型技術。如公開號為CN103273065A的中國發明專利“一種無焊縫金屬蜂窩構件的電子束選區熔化成型方法”公開了一種無焊縫金屬蜂窩構件電子束選區熔化成型方法。該方法包括以下步驟:一、建立無焊縫金屬蜂窩構件的三維實體模型；二、進行切層處理，得到各層切片的截面信息，各層切片分別為1#切片、2#切片…、n#切片；三、將基板和金屬粉末均放入電子束快速成型機中；四、預熱基板；五、制備1#實體片層；六、制備i#實體片層，i為2、3...、η ;七、判斷i = η時掃描過程結束；八、除去未成型粉末，得到無焊縫金屬蜂窩構件。
[0005]為了制備更大尺寸或同時制備多個零件，采取了激光器陣列與光學系統陣列方案或移動振鏡方案。公開號為CN 102266942Α的中國發明專利“直接制造大型零件的選區激光熔化快速成型設備”公開了一種直接制造大型致密零件的選區激光熔化快速成型設備。該設備主要包括激光器陣列、光學系統陣列、成型缸、成型缸立體式分段加熱保溫結構、成型缸重量平衡系統、基板調平裝置、雙回收缸、雙貯粉箱、雙定量送粉和落粉裝置、鋪粉裝置、保護氣氛罩、氣體凈化系統、控制系統。所采取的光學系統由多個光學系統單元、機械移動平臺構建，可以任意擴展或縮減光學系統的覆蓋范圍。公開號為CN103071795A的中國發明專利“移動振鏡選擇性激光熔化SLM成形設備”公開了一種移動振鏡選擇性激光熔化SLM成形設備。該設備包括通過通信線路同帶有橫向導軌組的X軸直線電機和縱向導軌組的Y軸直線電機相連接的數控系統，X軸直線電機和Y軸直線電機構成了掃描驅動結構，該掃描驅動結構同激光擴束準直鏡組驅動連接，激光擴束準直鏡組底部卡入振鏡單元，在振鏡單元下方設置有成形工作組件，在成形工作組件和振鏡單元之間設置有惰性氣體氣簾。
[0006]但目前，選區激光熔化快速成型技術還主要存在以下三方面問題:
[0007]第一、選區激光熔化快速成型技術需要保護氣氛或真空環境，以避免成型過程中金屬零件的氧化，這使激光快速成型設備結構復雜，成型零件尺寸受到限制。另外，選區激光熔化快速成型技術一般都需要鋪粉的成型缸系統，設備結構復雜，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率較低。
[0008]第二、為了保障零件力學性能，選區激光熔化快速成型技術需要流動性好的球形金屬粉末。這使選區激光熔化快速成型設備運行成本很高。
[0009]第三、激光器是選區激光快速成型設備的核心元件，而激光器價格高且維護成本高。這使激光快速成型技術的設備成本很高。
[0010]現如今，選區激光快速成型技術中還有基于同步送粉或送絲過程的激光熔覆直接制造技術，它是利用激光束將同步送入的金屬粉末或金屬絲熔化，通過控制工作臺在XY平面依規劃軌跡的移動實現零部件的單層制造，在完成一個層面的制造后，Z向升高或降低一定距離，然后重復前一過程，層層疊加直到實現零部件的三維成型。公開號為CN101885063A的中國發明專利“激光熔覆成型設備及一種金屬零件的激光熔覆成型方法”公開了一種激光熔覆絲材的快速成型方法及其設備，該設備主要包括三維運動的工作臺、激光器裝置、送粉裝置和控制系統，送粉裝置包括夾送輥輪對，夾送輥輪對的主動輪與步進電機連接，通過一三維調節器控制送絲方向。控制系統包括多軸運動控制卡，多軸運動控制卡分別與步進電機、工作臺驅動電機和激光裝置連接。成型方法包括建模、指令轉換、薄片成型和沉積成型等步驟，通過激光熔融金屬絲，形成熔滴，熔滴在工作臺上堆積冷卻，并隨工作臺運動形成薄片，各個薄片依次一層層沉積而形成三維金屬零件。但是，上述激光熔覆成型設備及方法主要存在以下三方面問題:第一、激光不能保護熔滴，需要在送絲嘴處通保護氣體，保護氣體容易冷卻熔滴，對熔滴凝固及分層成型產生不利影響，導致三維金屬零件力學性能較低；第二、激光功率低且金屬絲的直徑大，難以實現陶瓷及其復合材料零件的快速成型；第三、由于表面張力原因，熔滴冷卻凝固成型時產生圓形收縮，導致零件表面不光滑。

【發明內容】

[0011]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其結構簡單、設計合理且使用操作簡便、成型效率高、使用效果好，無需密閉成型室，并且不需要保護氣氛或真空環境，工件成型過程直接在大氣環境下進行。
[0012]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征在于:由監控系統、等離子束流加工系統和供待打印工件放置的水平打印臺組成；
[0013]所述等離子束流加工系統包括多個等離子束流加工裝置，多個所述等離子束流加工裝置的結構均相同；
[0014]每個所述等離子束流加工裝置均由安裝有噴頭且用于產生等離子束的等離子體發生器、為所述等離子體發生器提供工作氣體的供氣裝置、用于連續向所述等離子體發生器產生的所述等離子束內送入打印材料的送粉裝置和對打印位置進行調整的打印位置調整裝置組成，所述等離子體發生器和所述送粉裝置均位于水平打印臺上方，所述送粉裝置位于所述等離子體發生器一側；所述供氣裝置通過供氣管與所述等離子體發生器上所開的進氣口連接；所述送粉裝置的送粉口位于所述噴頭的出口下方且其位于所述等離子束的中心軸線上；所述打印位置調整裝置包括帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發生器、所述送粉裝置與所述水平移動裝置同步移動并相應對所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離進行調節的打印距離調節裝置，所述等離子體發生器和所述送粉裝置均安裝在所述水平移動裝置上，且所述水平移動裝置安裝在所述打印距離調節裝置上；
[0015]所述監控系統包括多個分別對所述等離子束流加工裝置進行監控的等離子束流加工監控裝置，所述等離子束流加工監控裝置的數量與所述等離子束流加工系統中所包括等離子束流加工裝置的數量相同，多個所述等離子束流加工監控裝置分別與多個所述等離子束流加工裝置連接；所述等離子束流加工監控裝置的結構均相同；
[0016]每個所述等離子束流加工監控裝置均包括對所監控等離子束流加工裝置在待打印工件上的打印位置處溫度進行實時檢測的溫度檢測單元、對所述水平移動裝置進行控制的水平移動控制器、對所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離進行實時檢測的距離檢測單元和對所述打印距離調節裝置進行控制的打印距離調節控制器，所述距離檢測單元與打印距離調節控制器連接，所述水平移動控制器與所述水平移動裝置連接，所述打印距離調節控制器與所述打印距離調節裝置連接；所述溫度檢測單元與打印距離調節控制器連接且二者組成所監控等離子束流加工裝置的溫度調控裝置。
[0017]上述一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征是:所述等離子體發生器產生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角不大于45° ;所述打印距離調節裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進行上下調整的上下調整裝置，所述距離檢測單元為對沿所述等離子束的中心軸線從所述噴頭的出口到水平打印臺之間的距離進行實時檢測的距離檢測裝置；
[0018]所述水平打印臺為安裝在打印臺位置調整裝置上且能上下移動的移動平臺；
[0019]所述監控系統還包括對所述打印臺位置調整裝置進行控制的位置調整控制器，所述位置調整控制器與所述打印臺位置調整裝置連接。
[0020]上述一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征是:所述等離子體發生器包括等離子槍，所述噴頭為等離子槍前端的陽極噴嘴；所述等離子槍包括開有所述進氣口的槍體、位于槍體正前方的陽極噴嘴和插裝于槍體內的陰極，所述陽極噴嘴位于陰極前側，所述放電室位于陰極前側且其位于陽極噴嘴的后部內側，所述陽極噴嘴的前部內側為噴口 ；所述陽極噴嘴、陰極和放電室均與槍體呈同軸布設；所述進氣口位于槍體后側，所述噴口與槍體呈同軸布設或與所述槍體中心軸線之間的夾角為30°?45°。
[0021]上述一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征是:所述送粉裝置包括送粉器和送粉嘴，所述送粉裝置的送粉口為送粉嘴的出粉口 ；所述送粉器包括開有進料口與送粉出口的外殼和安裝在所述外殼內的送粉輪，所述送粉輪由驅動電機進行驅動；所述送粉出口與送粉嘴的進粉口連接；
[0022]每個所述等離子束流加工監控裝置均還包括對所述等離子體發生器進行控制的等離子發生控制器、對供氣管的氣體流量進行實時檢測的氣體流量檢測單元、對供氣管上安裝的流量調節閥進行控制的氣體流量控制器、對所述送粉裝置的送粉流量進行實時檢測的粉末流量檢測單元和對驅動電機進行控制的送粉流量控制器，所述粉末流量檢測單元與送粉流量控制器連接；所述等離子發生控制器與所述等離子體發生器連接，所述氣體流量檢測單元與氣體流量控制器連接。
[0023]上述一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征是:所述水平打印臺的數量為多個，多個所述水平打印臺分別為供多個待打印工件打印的打印平臺且其均位于同一水平面上；每個所述水平打印臺底部均安裝有電動行走機構，多個所述打印平臺均位于所述等離子束流加工系統下方，且多個所述打印平臺中位于所述等離子束流加工系統正下方的打印平臺為待控制平臺；
[0024]所述監控系統還包括對多個所述打印平臺的電動行走機構分別進行控制的行走控制器和多個分別對多個所述打印平臺的行走位置進行實時檢測的行走位置檢測單元，所述位置調整控制器對多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置分別進行控制；多個所述打印平臺的電動行走機構和多個所述行走位置檢測單元均與行走控制器連接，多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置均與位置調整控制器連接。
[0025]上述一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征是:還包括一個供多個所述打印平臺的電動行走機構行走的行走軌道，多個所述打印平臺的電動行走機構均位于所述行走軌道上，所述電動行走機構為帶動所述打印平臺沿所述行走軌道進行前后移動的行走機構；多個所述打印平臺的水平打印臺沿所述行走軌道的長度方向由前至后進行布設。
[0026]同時，本發明還公開一種方法步驟簡單、設計合理且實現方便、使用效果好的等離子熔覆直接制造3D打印方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:
[0027]步驟一、待打印工件三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數據處理設備且調用圖像處理模塊獲取待打印工件的三維立體模型，再調用分層切片模塊對待打印工件的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0028]多個所述分層截面圖像為對待打印工件的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由下至上均勻布設；所述待打印工件的每個所述分層截面均劃分為多個分別由多個所述等離子束流加工裝置進行打印的打印區；
[0029]步驟二、掃描路徑填充:采用數據處理設備且調用所述圖像處理模塊，對步驟一中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0030]每個所述分層截面的掃描路徑均包括該分層截面上的多個所述打印區的掃描路徑；
[0031]步驟三、打印路徑獲取:所述數據處理設備根據步驟二中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑；每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同，且每個所述分層截面的打印路徑均包括該分層截面上的多個所述打印區的打印路徑；
[0032]步驟四、由下至上逐層打印:根據步驟三中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，由下至上逐層對待打印工件進行打印，獲得由多個成型層由下至上堆疊而成的工件成品；所述成型層的數量與步驟一中所述分層截面的數量相同，多個所述成型層的布設位置分別與多個所述分層截面的布設位置一一對應且其層厚均相同，所述成型層的層厚與相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟三中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑；對待打印工件進行打印時，過程如下:
[0033]步驟401、底層打印:根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，采用所述等離子束流加工系統對待打印工件的當前所打印成型層進行打印；采用所述等離子束流加工系統對當前所打印成型層進行打印時，采用多個所述等離子束流加工裝置同步對當前所打印成型層的多個所述打印區分別進行打印；
[0034]多個所述等離子束流加工裝置的打印方法均相同；
[0035]采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印時，該等離子束流加工裝置的水平移動控制器根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層中該打印區的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動；所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，該等離子束流加工裝置將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至水平打印臺上；待熔融液流均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0036]本步驟中，當前所打印成型層為多個所述成型層中位于最底部的成型層；
[0037]步驟402、上一層打印，包括以下步驟:
[0038]步驟4021、水平打印臺下移:將水平打印臺在豎直方向上進行一次向下移動且向下移動高度與所述成型層的層厚相同；
[0039]步驟4022、打印及同步溫控:根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，采用所述等離子束流加工系統對待打印工件的當前所打印成型層進行打印；采用所述等離子束流加工系統對當前所打印成型層進行打印時，采用多個所述等離子束流加工裝置同步對當前所打印成型層的多個所述打印區分別進行打印；
[0040]多個所述等離子束流加工裝置的打印方法均相同；
[0041]采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印時，該等離子束流加工裝置的水平移動控制器根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層中該打印區的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動；所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，該等離子束流加工裝置將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上；待熔融液流均凝固后，完成當前所打印成型層中該打印區的打印過程；打印過程中，通過溫度檢測單元對當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調節控制器；并且，通過該等離子束流加工裝置的距離檢測單元對所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離進行實時檢測，并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調節控制器；所述打印距離調節控制器根據溫度檢測單元所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調節裝置對所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離進行調節，使當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度不高于待打印工件的材質熔點的0.6倍；
[0042]步驟401和步驟4022中所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述送粉裝置連續送出打印材料，同時通過所述等離子束流加工系統產生的等離子束對所送出打印材料進行熔化，并使得所送出打印材料熔化形成的熔融液滴連續并形成液流；所述液流分布于所述等離子束內，形成內帶熔融液流的等離子束流；
[0043]步驟403、多次重復步驟402，直至完成待打印工件所有成型層的打印過程。
[0044]上述方法，其特征是:步驟四中由下至上逐層打印之前，步驟一中所述數據處理設備先根據預先建立的材質熔點及打印距離數據庫，并結合通過參數輸入單元預先輸入的各等離子束流加工裝置的打印材料的材質名稱，對各等離子束流加工裝置的基礎打印距離進行確定；所述參數輸入單元與所述數據處理設備相接；
[0045]所述材質熔點及打印距離數據庫中存儲有多種材質的材質熔點及打印距離信息，每種所述材質的材質熔點及打印距離信息均包括該種材質的名稱、熔點和基礎打印距離；所述基礎打印距離為5mm?1000mm，且材質熔點越高，基礎打印距離越近；
[0046]步驟401中采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印之前，該等離子束流加工裝置的打印距離調節控制器根據距離檢測單元所檢測的距離信息且通過控制所述打印距離調節裝置將所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離調節為所述基礎打印距離；并且，步驟401中采用該等離子束流加工裝置進行打印過程中，所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離為所述基礎打印距離；
[0047]步驟4022中采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印之前，該等離子束流加工裝置的打印距離調節控制器根據距離檢測單元所檢測的距離信息并結合水平打印臺的向下移動次數與每次向下移動高度，且通過控制所述打印距離調節裝置將所述噴頭的出口與當前已打印好的下一個所述成型層的上表面之間的距離調節為所述基礎打印距離；步驟4022中采用該等離子束流加工裝置進行打印過程中，對所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離進行調節時，所述打印距離調節控制器根據溫度檢測單元所檢測的溫度信息并結合距離檢測單元所檢測的距離信息對所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離進行調節，使當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度控制在該等離子束流加工裝置打印材料的材質熔點的0.1倍?0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離進行調節時，調節幅度為5mm?60mm，且材質恪點越高，調節幅度越小；
[0048]步驟401和步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置的所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述送粉裝置的送粉流量為2g/min?200g/min ；
[0049]步驟四中由下至上逐層打印之前，將每個所述等離子束流加工裝置的所述送粉裝置的送粉口與水平打印臺之間的距離均調整為預先設定的送粉高度，所述送粉高度為5mm?100mm ;步驟四中由下至上逐層打印過程中，所述送粉裝置的送粉口高度不變。
[0050]上述方法，其特征是:所述水平打印臺的數量為多個，多個所述水平打印臺分別為供多個待打印工件打印的打印平臺且其均位于同一水平面上；每個所述水平打印臺底部均安裝有電動行走機構，多個所述打印平臺均位于所述等離子束流加工系統下方，且多個所述打印平臺中位于所述等離子束流加工系統正下方的打印平臺為待控制平臺；
[0051]所述監控系統還包括對多個所述打印平臺的電動行走機構分別進行控制的行走控制器和多個分別對多個所述打印平臺的行走位置進行實時檢測的行走位置檢測單元，所述位置調整控制器對多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置分別進行控制；多個所述打印平臺的電動行走機構和多個所述行走位置檢測單元均與行走控制器連接，多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置均與位置調整控制器連接；
[0052]步驟一中進行待打印工件三維立體模型獲取及分層切片處理時，對多個所述待打印工件分別進行三維立體模型獲取及分層切片處理；其中，對任一個所述待打印工件進行三維立體模型獲取及分層切片處理時，均采用數據處理設備且調用圖像處理模塊獲取該待打印工件的三維立體模型，再調用分層切片模塊對該待打印工件的三維立體模型進行分層切片，并獲得該待打印工件的多個分層截面圖像；
[0053]多個待打印工件的高度均相同；對多個所述待打印工件的三維立體模型進行分層切片時，分層厚度均相同且所獲得分層截面圖像的數量均相同；
[0054]步驟二中進行掃描路徑填充時，對多個所述待打印工件分別進行掃描路徑填充處理；其中，對任一個所述待打印工件進行掃描路徑填充處理時，均采用所述數據處理設備且調用所述圖像處理模塊，對步驟一中獲得的該待打印工件的多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0055]步驟三中進行打印路徑獲取時，采用所述數據處理設備分別獲取多個所述待打印工件的打印路徑；其中，獲取任一個所述待打印工件的打印路徑時，所述數據處理設備均根據步驟二中獲得的該待打印工件的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得該待打印工件的多個所述分層截面的打印路徑，且每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同；
[0056]步驟四中進行由下至上逐層打印時，對多個所述待打印工件同步進行由下至上逐層打印；
[0057]步驟401中進行底層打印時和步驟402中進行上一層打印打印時，均采用所述等離子束流加工系統由先至后對多個所述待打印工件的當前所打印成型層分別進行打印；待多個所述待打印工件的當前所打印成型層均打印完成后，再對多個所述待打印工件的上一個成型層分別進行打印；
[0058]其中，采用所述等離子束流加工系統對任一個所述待打印工件的當前所打印成型層進行打印時，先通過行走控制器對多個所述打印平臺的電動行走機構分別進行控制，將供該待打印工件打印的所述打印平臺移至所述等離子束流加工系統的正下方；此時，位于所述等離子束流加工系統正下方的所述打印平臺為待控制平臺；之后，再采用所述等離子束流加工系統對該待打印工件的當前所打印成型層進行打印。
[0059]上述方法，其特征是:所述送粉裝置包括送粉器和送粉嘴，所述送粉裝置的送粉口為送粉嘴的出粉口；所述送粉器包括開有進料口與送粉出口的外殼和安裝在所述外殼內的送粉輪，所述送粉輪由驅動電機進行驅動；所述送粉出口與送粉嘴的進粉口連接；
[0060]每個所述等離子束流加工監控裝置均還包括對所述等離子體發生器進行控制的等離子發生控制器、對供氣管的氣體流量進行實時檢測的氣體流量檢測單元、對供氣管上安裝的流量調節閥進行控制的氣體流量控制器、對所述送粉裝置的送粉流量進行實時檢測的粉末流量檢測單元和對驅動電機進行控制的送粉流量控制器，所述粉末流量檢測單元與送粉流量控制器連接；所述等離子發生控制器與所述等離子體發生器連接，所述氣體流量檢測單元與氣體流量控制器連接，所述距離檢測單元與氣體流量控制器連接；
[0061]步驟四中由下至上逐層打印之前，步驟一中所述數據處理設備先根據預先建立的氣體及粉末流量數據庫，并結合預先設定的所述成型層的層厚，對供氣管的基礎氣體流量和所述送粉裝置的送粉流量進行確定；
[0062]所述氣體及粉末流量數據庫內存儲有多種不同層厚的成型層所需的送粉流量和基礎氣體流量；所述基礎氣體流量為5ml/min?500ml/min，且所述送粉裝置的送粉流量越大，所述基礎氣體流量越大；
[0063]步驟401和步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置的所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述粉末流量檢測單元對所述送粉裝置的送粉流量進行實時檢測并將所檢測信息同步傳送至送粉流量控制器，所述送粉流量控制器根據預先確定的所述送粉裝置的送粉流量并結合粉末流量檢測單元所檢測信息對驅動電機進行控制，使所述送粉裝置的送粉流量均與預先確定的送粉流量相同；
[0064]步驟401中任一個所述等離子束流加工裝置進行打印之前，所述氣體流量控制器根據氣體流量檢測單元所檢測信息且通過控制流量調節閥將供氣管的氣體流量調整為所述基礎氣體流量；步驟401中任一個所述等離子束流加工裝置打印過程中，所述供氣管的氣體流量為所述基礎氣體流量；
[0065]步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置進行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器根據氣體流量檢測單元所檢測信息并結合距離檢測單元所檢測距離信息，且通過控制流量調節閥對供氣管的氣體流量進行增減調整；并且，所述噴頭的出口與水平打印臺之間的距離越大，所述供氣管的氣體流量越大。
[0066]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0067]1、所采用的等離子熔覆直接制造3D打印設備結構簡單、設計合理且投入成本較低、加工制作及安裝布設方便。
[0068]2、所采用的等離子熔覆直接制造3D打印設備無需密閉成型室，并且不需要保護氣氛或真空環境，工件成型過程直接在大氣環境下進行。因而，結構非常簡單，并且成型零件尺寸不受限制，設備價格較低。
[0069]3、等離子熔覆直接制造3D打印設備的打印材料(即粉末)供給在能量源等離子束中(材料的液滴等離子束流)，不需要鋪粉的成型缸系統不需要鋪粉系統，僅需一個送粉裝置即可，結構大幅度簡化。
[0070]4、所采用的等離子熔覆直接制造3D打印設備使用操作簡便、智能化程度且成型效率高、使用效果好，所成型工件的質量高。所采用的監控系統包括對打印臺位置調整裝置進行控制的位置調整控制器、對待打印工件上表面溫度進行實時檢測的溫度檢測單元、對噴頭的出口與水平打印臺之間的距離進行實時檢測的距離檢測單元和對打印距離調節裝置進行控制的打印距離調節控制器，位置調整控制器與打印臺位置調整裝置連接，打印距離調節控制器與打印距離調節裝置連接，溫度檢測單元和距離檢測單元均與打印距離調節控制器連接；溫度檢測單元與打印距離調節控制器組成溫度調控裝置。實際使用過程中，溫度調控系統中的打印距離調節控制器根據溫度檢測單元所檢測信息對打印距離調節裝置進行控制，使得打印距離能自適應調節，這樣既能防止因打印距離過近造成已打印完成的成型層再出現熔化的問題，并且也能防止因打印距離過遠造成的成型精度較低、熔融液流在噴至下一個打印層上表面之前發生凝固等問題，使得成型過程易于控制，且實現方便，同時能有效防止工件表面發生氧化，因而無需設置密閉的真空環境。另外，所采用的監控系統還包括氣體流量自適應調節和送粉流量自適應調節功能，智能化程度高。
[0071]5、等離子熔覆直接制造3D打印設備采用的能量源為等離子束，等離子束功率可達數十千瓦，能熔化金屬、陶瓷、樹脂以及其它復合材料，實現上述材料零件的3D打印。產生等離子束的等離子發生器(具體是等離子槍)結構簡單，運行維護成本低，設備成本低。
[0072]6、等離子熔覆直接制造3D打印設備所打印材料的熔融液流在等離子束流中，等離子束本身具有保護作用，再加上工作氣體的作用，能有效防止打印材料的氧化，該設備不需要保護氣氛或真空環境，直接在大氣環境下使用，具有設備結構簡單、運行成本低、成型零件尺寸不受限制等優點。
[0073]7、等離子熔覆直接制造3D打印設備的送粉裝置采用直流電機帶動粉輪旋轉并通過工作氣體輔助將粉末送至等離子束中，可使用一次粉末或造粒粉末，不需要球形粉末。該設備打印材料成本低。
[0074]8、等離子熔覆直接制造3D打印設備打印時材料狀態由液態凝固成固態，工藝過程簡化，降低了 3D打印的工藝難度和成本。同時，在工作氣體(等離子束內含未電離的工作氣體)的作用下，送粉裝置送出的粉末在等離子束內加速、加熱并熔化成熔融狀態形成微小的液滴，熔化后的熔融液滴連續并形成液流且隨等離子束一并噴出，形成內帶熔融液流的等離子束流；由于送粉裝置連續送出的粉末經熔化后形成的熔融液流隨等離子束噴出后，形成內帶打印材料熔融液流的微液流，形成澆鑄式的熔覆制造快速成型，避免了熔滴冷卻凝固成型時產生的圓形收縮現象，零件力學性能高，表面光滑，降低了快速成型的工藝難度。
[0075]9、所采用的等離子束流加工系統包括多個等離子束流加工裝置，并且對應設置多個等離子束流加工監控裝置，通過多個等離子束流加工裝置對工件進行同步加工，能有效提高工件的成型效率。尤其適用于大尺寸工件、由多種不同材料組成的工件的成型過程。多個等離子束流加工裝置的打印材料可以均相同，也可以均不相同，使用操作方式非常靈活。
[0076]10、所采用打印平臺的數量為一個或多個。當打印平臺的數量為多個時，使用操作簡便、智能化程度高且使用效果好，能同步完成多個工件的3D打印過程，生產效率大幅提高，并且多個打印平臺通過行走控制交替移動至打印區域(即等離子束流加工系統的正下方)，控制過程簡單、實現方便，且多個工件的成型質量能得到有效控制。多個待打印工件既可以為結構和尺寸均相同的相同工件，也可以是結構與尺寸均不相同的多個不同工件，使用方式非常靈活，尤其適用于大批量工件加工。
[0077]11、所采用的等離子熔覆直接制造3D打印方法步驟簡單、設計合理且實現方便、使用效果好，等離子束具有保護作用，不需要保護氣氛或真空環境，直接在大氣環境下進行打印。并且，打印材料供給在能量源等離子束中(材料的熔融液流等離子束流)，不需要鋪粉的成型缸系統。打印時，材料狀態由液態凝固成固態，工藝過程簡化，降低了 3D打印的工藝難度和成本，并且打印零件不再受尺寸限制。由上述內容可知，本發明對傳統的等離子堆焊方法進行本質上改進，現有的等離子堆焊方法一般均設置有等離子弧壓調高器，等離子槍與工件表面的距離不大于15mm，適用范圍受限。而本發明中，打印距離能在大范圍內進行調節，適應不同材質打印需求，并且能有效保證工件成型質量。
[0078]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0079]圖1為本發明等離子熔覆直接制造3D打印設備的結構示意圖。
[0080]圖2為本發明實施例1中等離子槍的結構示意圖。
[0081]圖3為本發明監控系統的電路原理框圖。
[0082]圖4為本發明進氣環的結構示意圖。
[0083]圖5為本發明進氣環本體的結構示意圖。
[0084]圖6為本發明等離子熔覆直接制造3D打印方法的流程框圖。
[0085]圖7為本發明實施例2中等離子槍的結構示意圖。
[0086]附圖標記說明:
[0087]I—供氣裝置；2—送粉器；3—待打印工件；
[0088]4 一水平打印臺；5—供氣管；6—送粉嘴；
[0089]7—等離子發生控制器； 8—距離檢測單元；9一溫度檢測單元；
[0090]10—打印距離調節控制器；11 一氣體流量檢測單元；
[0091]12—氣體流量控制器； 13—等離子槍；13-1 —槍體；
[0092]13-2—陽極噴嘴；13-3—陰極；13-4—放電室；
[0093]13-5—噴口；13-6—絕緣層；14 一驅動電機；
[0094]15—位置調整控制器； 16—三軸數控機床；17—上下調整裝置；
[0095]18—粉末流量檢測單元；19—流量調節閥；20—送粉流量控制器；
[0096]21 —進氣環；21-1—進氣環本體；21-2—環形密封蓋；
[0097]21-3—環形進氣槽；21-4—外側進氣孔；21_5—內側進氣孔；
[0098]23—PC機；24—水平移動控制器；
[0099]25—三維調節支架；25-1—X軸移動機構；
[0100]25~2一Y軸移動機構； 26—彳丁走控制器；
[0101]27一彳丁走位置檢測單兀；28—直線導軌；29 —電動彳丁走機構；
[0102]30—等離子束流加工監控裝置。
【具體實施方式】
[0103]如圖1所示的一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，由監控系統、等離子束流加工系統和供待打印工件3放置的水平打印臺4組成。
[0104]所述等離子束流加工系統包括多個等離子束流加工裝置，多個所述等離子束流加工裝置的結構均相同。
[0105]每個所述等離子束流加工裝置均由安裝有噴頭且用于產生等離子束的等離子體發生器、為所述等離子體發生器提供工作氣體的供氣裝置1、用于連續向所述等離子體發生器產生的所述等離子束內送入打印材料的送粉裝置和對打印位置進行調整的打印位置調整裝置組成，所述等離子體發生器和所述送粉裝置均位于水平打印臺4上方，所述送粉裝置位于所述等離子體發生器一側；所述供氣裝置I通過供氣管5與所述等離子體發生器上所開的進氣口連接；所述送粉裝置的送粉口位于所述噴頭的出口下方且其位于所述等離子束的中心軸線上；所述打印位置調整裝置包括帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發生器、所述送粉裝置與所述水平移動裝置同步移動并相應對所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離進行調節的打印距離調節裝置，所述等離子體發生器和所述送粉裝置均安裝在所述水平移動裝置上，且所述水平移動裝置安裝在所述打印距離調節裝置上。
[0106]如圖3所示，所述監控系統包括多個分別對所述等離子束流加工裝置進行監控的等離子束流加工監控裝置30，所述等離子束流加工監控裝置30的數量與所述等離子束流加工系統中所包括等離子束流加工裝置的數量相同，多個所述等離子束流加工監控裝置30分別與多個所述等離子束流加工裝置連接；所述等離子束流加工監控裝置30的結構均相同。
[0107]每個所述等離子束流加工監控裝置30均包括對所監控等離子束流加工裝置在待打印工件3上的打印位置處溫度進行實時檢測的溫度檢測單元9、對所述水平移動裝置進行控制的水平移動控制器24、對所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離進行實時檢測的距離檢測單元8和對所述打印距離調節裝置進行控制的打印距離調節控制器10，所述距離檢測單元8與打印距離調節控制器10連接，所述水平移動控制器24與所述水平移動裝置連接，所述打印距離調節控制器10與所述打印距離調節裝置連接；所述溫度檢測單元9與打印距離調節控制器10連接且二者組成所監控等離子束流加工裝置的溫度調控裝置。
[0108]本實施例中，所述溫度檢測單元9為對所述等離子束流加工系統在待打印工件3上的打印位置處溫度進行實時檢測的紅外溫度傳感器。所述距離檢測單元8為激光測距傳感器。
[0109]本實施例中，所述水平移動裝置包括帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在X軸方向上進行水平移動的X軸移動機構25-1和帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在Y軸方向上進行水平移動的Y軸移動機構25-2，因而所述水平移動裝置為X-Y軸移動裝置。
[0110]并且，所述等離子體發生器與所述送粉裝置均安裝在Y軸移動機構25-2上，所述Y軸移動機構25-2安裝在X軸移動機構25-1上，所述X軸移動機構25-1安裝在所述打印距離調節裝置上。實際使用過程中，通過Y軸移動機構25-2帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在Y軸方向上進行水平移動，通過X軸移動機構25-1帶動Y軸移動機構25-2、所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在X軸方向上進行水平移動，并且通過所述打印距離調節裝置帶動所述水平移動裝置、所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在所述等離子束的中心軸線上進行移動。
[0111]本實施例中，所述Y軸移動機構25-2、X軸移動機構25-1和所述打印距離調節裝置組成帶動所述等離子體發生器(具體是等離子槍13)與所述送粉裝置同步進行三維運動的機械手。
[0112]本實施例中，每個所述等離子束流加工監控裝置30均還包括對所述等離子體發生器進行控制的等離子發生控制器7、對供氣管5的氣體流量進行實時檢測的氣體流量檢測單元11和對供氣管5上安裝的流量調節閥19進行控制的氣體流量控制器12，所述等離子發生控制器7與所述等離子體發生器連接，所述氣體流量檢測單元11與氣體流量控制器12連接。
[0113]如圖2所示，所述等離子體發生器包括等離子槍13，所述噴頭為等離子槍13前端的陽極噴嘴13-2 ;所述等離子槍13包括開有所述進氣口的槍體13-1、位于槍體13-1正前方的陽極噴嘴13-2和插裝于槍體13-1內的陰極13-3，所述陽極噴嘴13_2位于陰極13_3前側，所述放電室13-4位于陰極13-3前側且其位于陽極噴嘴13-2的后部內側，所述陽極噴嘴13-2的前部內側為噴口 13-5 ;所述陽極噴嘴13-2、陰極13_3和放電室13_4均與槍體13-1呈同軸布設；所述進氣口位于槍體13-1后側，所述噴口 13-5與槍體13-1呈同軸布設或與所述槍體13-1中心軸線之間的夾角為30°?45°。
[0114]實際使用時，所述等離子槍13安裝在Y軸移動機構25-2上。
[0115]實際使用時，所述等離子槍13也可以采用常規的其它等離子槍。
[0116]本實施例中，所述陽極噴嘴13-2和槍體13-1之間設置有絕緣層13_6。
[0117]本實施例中，如圖2所示，所述噴口 13-5與槍體13-1呈同軸布設。
[0118]本實施例中，所述供氣管5通過進氣環21與所述等離子體發生器上所開的進氣口連接。并且，通過進氣環21向所述等離子體發生器內均勻供氣。
[0119]如圖4、圖5所示，所述進氣環21為圓環形且其包括進氣環本體21-1和蓋裝在進氣環本體21-1上的環形密封蓋21-2，所述進氣環本體21-1為圓環形且其內側壁上開有一個環形進氣槽21-3，所述進氣環本體21-1上開有一個與供氣管5相接的外側進氣孔21-4且其內側開有多個內側進氣孔21-5，多個所述內側進氣孔21-5沿圓周方向均勻布設且其均位于環形進氣槽21-3內側，所述外側進氣孔21-4位于環形進氣槽21-3外側，所述外側進氣孔21-4和多個所述內側進氣孔21-5均與環形進氣槽21-3內部相通。
[0120]并且，所述槍體13-1上沿圓周方向開有多個分別與多個所述內側進氣孔21-5相通的槍體進氣孔。
[0121]如圖2所示的等離子槍13使用過程中，所述放電室13-4內產生等離子體，所產生的等離子體形成等離子束并經噴口 13-5噴出。
[0122]本實施例中，所述工作氣體為惰性氣體或比氣。
[0123]其中，惰性氣體為Ar氣、He氣和隊氣。
[0124]本實施例中，所述水平打印臺4為安裝在打印臺位置調整裝置上且能上下移動的移動平臺。
[0125]所述監控系統還包括對所述打印臺位置調整裝置進行控制的位置調整控制器15，所述位置調整控制器15與所述打印臺位置調整裝置連接。
[0126]本實施例中，所述打印臺位置調整裝置為三軸數控機床16。
[0127]并且，所述位置調整控制器15為三軸數控機床16的控制器。
[0128]實際使用時，所述打印臺位置調整裝置也可以采用其它能完成X、Y和Z軸三個方向運動的裝置或能在豎直方向上進行上下移動的豎向移動裝置。
[0129]實際使用過程中，所述水平打印臺4也可以采用位置固定不動的固定平臺。
[0130]實際使用過程中，所述等離子體發生器產生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角不大于45° ;所述打印距離調節裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進行上下調整的上下調整裝置17，所述距離檢測單元8為對沿所述等離子束的中心軸線從所述噴頭的出口到水平打印臺4之間的距離進行實時檢測的距離檢測裝置。
[0131]本實施例中，所述上下調整裝置17為Z軸方向調整裝置。
[0132]并且，所述上下調整裝置17為伸縮液壓缸。
[0133]本實施例中，所述等離子體發生器產生的等離子束的中心軸線呈豎直向布設。實際使用時，可根據具體需要，對所述等離子體發生器產生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角進行相應調整。
[0134]本實施例中，所述送粉裝置包括送粉器2和送粉嘴6，所述送粉裝置的送粉口為送粉嘴6的出粉口 ；所述送粉器2包括開有進料口與送粉出口的外殼和安裝在所述外殼內的送粉輪，所述送粉輪由驅動電機14進行驅動；所述送粉出口與送粉嘴6的進粉口連接。所述粉末為待打印工件3所用材料(即打印材料)的粉末，對粉末的形狀無特殊要求。
[0135]本實施例中，所述驅動電機14為直流電機。實際使用過程中，通過改變所述直流電機的轉速，對所述送粉裝置的送粉流量進行簡便、快速調整。
[0136]實際安裝時，所述送粉器2安裝在Y軸移動機構25-2上，所述送粉嘴6安裝在送粉器2上。
[0137]本實施例中，所述Y軸移動機構25-2、X軸移動機構25_1和所述打印距離調節裝置組成三維調節支架25。實際使用時，通過三維調節支架25分別在X軸、Y軸和Z軸方向上對所述送粉裝置的送粉方向和等離子槍13的位置進行調節。
[0138]本實施例中，如圖3所示，每個所述等離子束流加工監控裝置30均還包括對所述送粉裝置的送粉流量進行實時檢測的粉末流量檢測單元18和對驅動電機19進行控制的送粉流量控制器20，所述粉末流量檢測單元18與送粉流量控制器20連接。其中，所述粉末流量檢測單元18布設在送粉嘴6內。
[0139]實際使用時，所述水平打印臺4的數量為一個或多個。
[0140]本實施例中，所述水平打印臺4的數量為多個，多個所述水平打印臺4分別為供多個待打印工件3打印的打印平臺且其均位于同一水平面上；每個所述水平打印臺4底部均安裝有電動行走機構29，多個所述打印平臺均位于所述等離子束流加工系統下方，且多個所述打印平臺中位于所述等離子束流加工系統正下方的打印平臺為待控制平臺。
[0141]如圖3所示，所述監控系統還包括對多個所述打印平臺的電動行走機構29分別進行控制的行走控制器26和多個分別對多個所述打印平臺的行走位置進行實時檢測的行走位置檢測單元27，所述位置調整控制器15對多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置分別進行控制；多個所述打印平臺的電動行走機構29和多個所述行走位置檢測單元27均與行走控制器26連接，多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置均與位置調整控制器15連接。
[0142]同時，本發明所述的等離子熔覆直接制造3D打印設備還包括一個供多個所述打印平臺的電動行走機構29行走的行走軌道，多個所述打印平臺的電動行走機構29均位于所述行走軌道上，所述電動行走機構29為帶動所述打印平臺沿所述行走軌道進行前后移動的行走機構；多個所述打印平臺的水平打印臺4沿所述行走軌道的長度方向由前至后進行布設。
[0143]本實施例中，所述行走軌道為呈水平布設的直線導軌28。實際使用時，所述行走軌道也可以采用其它類型的軌道或滑槽。并且，多個所述打印平臺的水平打印臺4均布設在同一直線上。
[0144]實際使用時，所述行走軌道也可以采用弧形、圓形、橢圓形、折線形、口字形等軌道。
[0145]本實施例中，多個所述打印平臺的結構和尺寸均相同。
[0146]并且，每個所述打印平臺的電動行走機構29均包括多個安裝在所述打印臺位置調整裝置底部且沿所述行走軌道進行前后移動的電動行走輪。
[0147]本實施例中，多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置均為三軸數控機床16。
[0148]本實施例中，所述打印平臺的數量為兩個。
[0149]實際使用時，可根據具體需要，對所述打印平臺的數量進行相應調整。
[0150]本實施例中，所述監控系統還包括多個分別對多個所述打印平臺的水平打印臺4的位移進行監測的打印臺位移監測裝置，每個所述打印臺位置監測裝置均包括分別對水平打印臺4在X軸、Y軸和Z軸方向上的位移進行實時檢測的第一位移檢測單元、第二位移檢測單元和第三位移檢測單元，所述第一位移檢測單元、第二位移檢測單元和第三位移檢測單元均與位置調整控制器15連接。
[0151]實際接線時，多個所述等離子束流加工監控裝置30均與所述數據處理設備相接。對于任一個所述等離子束流加工監控裝置30而言，所述等離子發生控制器7、氣體流量控制器12、位置調整控制器15、打印距離調節控制器10、送粉流量控制器20和水平移動控制器24均與所述數據處理設備相接，所述數據處理設備為PC機23。所述供氣裝置I由PC機23進行啟停控制。
[0152]并且，多個所述等離子束流加工裝置可以共用一個供氣裝置1，也可以分別采用一個所述供氣裝置I。
[0153]本實施例中，每個所述等離子束流加工裝置均還包括分別對Y軸移動機構24-2在Y軸方向上的水平位移、對X軸移動機構24-1在X軸方向上的水平位移和對上下調整裝置17在Z軸方向上的水平位移進行實時檢測的第四位移檢測單元、第五位移檢測單元和第六位移檢測單元，所述第四位移檢測單元、第五位移檢測單元和第六位移檢測單元均與水平移動控制器24連接。
[0154]如圖6所示的一種等離子熔覆直接制造3D打印方法，包括以下步驟:
[0155]步驟一、待打印工件三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數據處理設備且調用圖像處理模塊獲取待打印工件3的三維立體模型，再調用分層切片模塊對待打印工件3的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0156]多個所述分層截面圖像為對待打印工件3的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由下至上均勻布設；所述待打印工件3的每個所述分層截面均劃分為多個分別由多個所述等離子束流加工裝置進行打印的打印區；
[0157]步驟二、掃描路徑填充:采用數據處理設備且調用所述圖像處理模塊，對步驟一中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0158]每個所述分層截面的掃描路徑均包括該分層截面上的多個所述打印區的掃描路徑；
[0159]步驟三、打印路徑獲取:所述數據處理設備根據步驟二中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑；每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同，且每個所述分層截面的打印路徑均包括該分層截面上的多個所述打印區的打印路徑；
[0160]步驟四、由下至上逐層打印:根據步驟三中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，由下至上逐層對待打印工件3進行打印，獲得由多個成型層由下至上堆疊而成的工件成品；所述成型層的數量與步驟一中所述分層截面的數量相同，多個所述成型層的布設位置分別與多個所述分層截面的布設位置一一對應且其層厚均相同，所述成型層的層厚與相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟三中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑；對待打印工件3進行打印時，過程如下:
[0161]步驟401、底層打印:根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，采用所述等離子束流加工系統對待打印工件3的當前所打印成型層進行打印；采用所述等離子束流加工系統對當前所打印成型層進行打印時，采用多個所述等離子束流加工裝置同步對當前所打印成型層的多個所述打印區分別進行打印；
[0162]多個所述等離子束流加工裝置的打印方法均相同；
[0163]采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印時，該等離子束流加工裝置的水平移動控制器24根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層中該打印區的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動；所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，該等離子束流加工裝置將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至水平打印臺4上；待熔融液流(具體是流至水平打印臺4上的熔融液流)均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0164]本步驟中，當前所打印成型層為多個所述成型層中位于最底部的成型層；
[0165]步驟402、上一層打印，包括以下步驟:
[0166]步驟4021、水平打印臺下移:將水平打印臺4在豎直方向上進行一次向下移動且向下移動高度與所述成型層的層厚相同；
[0167]步驟4022、打印及同步溫控:根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，采用所述等離子束流加工系統對待打印工件3的當前所打印成型層進行打印；采用所述等離子束流加工系統對當前所打印成型層進行打印時，采用多個所述等離子束流加工裝置同步對當前所打印成型層的多個所述打印區分別進行打印；
[0168]多個所述等離子束流加工裝置的打印方法均相同；
[0169]采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印時，該等離子束流加工裝置的水平移動控制器24根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層中該打印區的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動；所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，該等離子束流加工裝置將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上；待熔融液流(具體是流至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上的熔融液流)均凝固后，完成當前所打印成型層中該打印區的打印過程；打印過程中，通過溫度檢測單元9對當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調節控制器10 ;并且，通過該等離子束流加工裝置的距離檢測單元8對所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離進行實時檢測，并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調節控制器10 ;所述打印距離調節控制器10根據溫度檢測單元9所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調節裝置對所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離進行調節，使當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度不高于待打印工件3的材質熔點的0.6倍；
[0170]步驟401和步驟4022中所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述送粉裝置連續送出打印材料，同時通過所述等離子束流加工系統產生的等離子束對所送出打印材料進行熔化，并使得所送出打印材料熔化形成的熔融液滴連續并形成液流；所述液流分布于所述等離子束內，形成內帶熔融液流的等離子束流；所述打印材料為粉末狀材料(即粉末)；
[0171]步驟403、多次重復步驟402，直至完成待打印工件3所有成型層的打印過程。
[0172]實際使用過程中，所述送粉裝置為同步送粉裝置，所述送粉裝置送出的粉末在所述工作氣體(等離子束內含未電離的工作氣體)的作用下送入所述等離子體發生器內，且送入所述等離子束內的粉末加速、加熱并熔化為熔融液流。并且，所述熔融液流在所述工作氣體(等離子束內含未電離的工作氣體)的作用下沿所述等離子束的中心軸線移動。因而，實際使用過程中，通過改變所述工作氣體的流量，也能對送入等離子束內的送粉量進行相應調整。
[0173]步驟401中所述等離子束流加工系統將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至水平打印臺4上時，內帶的熔融液流同步流至水平打印臺4上。步驟4022中所述等離子束流加工系統將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上時，內帶的熔融液流同步流至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上。
[0174]本實施例中，步驟四中由下至上逐層打印之前，步驟一中所述數據處理設備先根據預先建立的材質熔點及打印距離數據庫，并結合通過參數輸入單元預先輸入的各等離子束流加工裝置的打印材料的材質名稱，對各等離子束流加工裝置的基礎打印距離進行確定；所述參數輸入單元與所述數據處理設備相接；
[0175]所述材質熔點及打印距離數據庫中存儲有多種材質的材質熔點及打印距離信息，每種所述材質的材質熔點及打印距離信息均包括該種材質的名稱、熔點和基礎打印距離；所述基礎打印距離為5mm?1000mm，且材質熔點越高，基礎打印距離越近；
[0176]步驟401中采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印之前，該等離子束流加工裝置的打印距離調節控制器10根據距離檢測單元8所檢測的距離信息且通過控制所述打印距離調節裝置將所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離調節為所述基礎打印距離；并且，步驟401中采用該等離子束流加工裝置進行打印過程中，所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離為所述基礎打印距離；
[0177]步驟4022中采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印之前，該等離子束流加工裝置的打印距離調節控制器10根據距離檢測單元8所檢測的距離信息并結合水平打印臺4的向下移動次數與每次向下移動高度，且通過控制所述打印距離調節裝置將所述噴頭的出口與當前已打印好的下一個所述成型層的上表面之間的距離調節為所述基礎打印距離；步驟4022中采用該等離子束流加工裝置進行打印過程中，對所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離進行調節時，所述打印距離調節控制器10根據溫度檢測單元9所檢測的溫度信息并結合距離檢測單元8所檢測的距離信息對所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離進行調節，使當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度控制在該等離子束流加工裝置打印材料的材質熔點的0.1倍?0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離進行調節時，調節幅度為5mm?60mm，且材質恪點越高，調節幅度越小。
[0178]本實施例中，步驟四中由下至上逐層打印之前，步驟一中所述數據處理設備先根據預先建立的氣體及粉末流量數據庫，并結合預先設定的所述成型層的層厚，對供氣管5的基礎氣體流量和所述送粉裝置的送粉流量進行確定；
[0179]所述氣體及粉末流量數據庫內存儲有多種不同層厚的成型層所需的送粉流量和基礎氣體流量；所述基礎氣體流量為5ml/min?500ml/min，且所述送粉裝置的送粉流量越大，所述基礎氣體流量越大；
[0180]步驟401和步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置的所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述粉末流量檢測單元18對所述送粉裝置的送粉流量進行實時檢測并將所檢測信息同步傳送至送粉流量控制器20，所述送粉流量控制器20根據預先確定的所述送粉裝置的送粉流量并結合粉末流量檢測單元18所檢測信息對驅動電機19進行控制，使所述送粉裝置的送粉流量均與預先確定的送粉流量相同；
[0181]步驟401中任一個所述等離子束流加工裝置進行打印之前，所述氣體流量控制器12根據氣體流量檢測單元11所檢測信息且通過控制流量調節閥19將供氣管5的氣體流量調整為所述基礎氣體流量；步驟401中任一個所述等離子束流加工裝置打印過程中，所述供氣管5的氣體流量為所述基礎氣體流量；
[0182]步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置進行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器12根據氣體流量檢測單元11所檢測信息并結合距離檢測單元8所檢測距離信息，且通過控制流量調節閥19對供氣管5的氣體流量進行增減調整；并且，所述噴頭的出口與水平打印臺4之間的距離越大，所述供氣管5的氣體流量越大。
[0183]本實施例中，獲取所述待打印工件3的三維立體模型時，利用pro/e、UG、CATIA等三維制圖軟件設計出待打印工件3的三維立體模型(即三維實體模型)，再通過所述分層切片模塊對該三維立體模型進行分層切片，并得到各截面的輪廓數據，由輪廓數據生成填充掃描路徑，相應獲得所述等離子束流加工系統的打印路徑(即各分層截面的打印路徑)。因而，步驟一和步驟二中所采用的方法，與常規激光選區熔化成型或電子束選區熔化成型采用的方法相同。之后，所述三軸數控機床16根據所獲得的打印路徑在水平面上進行X和Y軸方向運動過程中，所述等離子束流加工系統將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至水平打印臺4上或當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上；待熔融液流均凝固后，完成一個成型層的打印過程；然后，所述三軸數控機床16在Z軸方向上下降，逐層打印，從而完成三維零件的打印過程。
[0184]本實施例中，步驟401和步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置的所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述送粉裝置的送粉流量為2g/min ?200g/min ；
[0185]所述送粉裝置的送粉口與打印工作面之間的距離為5mm?1000mm。其中，打印工作面為當前所打印成型層所處的平面，所述送粉裝置的送粉口與所述打印工作面之間的距離為送粉高度。
[0186]本實施例中，步驟四中由下至上逐層打印之前，將每個所述等離子束流加工裝置的所述送粉裝置的送粉口與水平打印臺4之間的距離均調整為預先設定的送粉高度，所述送粉高度為5mm?1000mm;步驟四中由下至上逐層打印過程中，所述送粉裝置的送粉口高度不變。
[0187]步驟401中所述送粉裝置的送粉口與水平打印臺4之間的距離為送粉高度，步驟4022中所述送粉裝置的送粉口與當前已打印好的下一個所述成型層上表面之間的距離為送粉高度。
[0188]由于水平打印臺4為安裝在打印臺位置調整裝置上的移動平臺，因而步驟三中所獲取的每個所述分層截面的打印路徑也可以均為三軸數控機床16的加工路徑，此時所述等離子束流加工系統在水平面上不發生移動，而是由水平打印臺4在水平方面上發生移動，從而完成各成型層的打印過程。
[0189]本實施例中，所述水平打印臺4的數量為多個；
[0190]步驟一中進行待打印工件三維立體模型獲取及分層切片處理時，對多個所述待打印工件3分別進行三維立體模型獲取及分層切片處理；其中，對任一個所述待打印工件3進行三維立體模型獲取及分層切片處理時，均采用數據處理設備且調用圖像處理模塊獲取該待打印工件3的三維立體模型，再調用分層切片模塊對該待打印工件3的三維立體模型進行分層切片，并獲得該待打印工件3的多個分層截面圖像；
[0191]多個待打印工件3的高度均相同；對多個所述待打印工件3的三維立體模型進行分層切片時，分層厚度均相同且所獲得分層截面圖像的數量均相同；
[0192]步驟二中進行掃描路徑填充時，對多個所述待打印工件3分別進行掃描路徑填充處理；其中，對任一個所述待打印工件3進行掃描路徑填充處理時，均采用所述數據處理設備且調用所述圖像處理模塊，對步驟一中獲得的該待打印工件3的多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0193]步驟三中進行打印路徑獲取時，采用所述數據處理設備分別獲取多個所述待打印工件3的打印路徑；其中，獲取任一個所述待打印工件3的打印路徑時，所述數據處理設備均根據步驟二中獲得的該待打印工件3的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得該待打印工件3的多個所述分層截面的打印路徑，且每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同；
[0194]步驟四中進行由下至上逐層打印時，對多個所述待打印工件3同步進行由下至上逐層打印；
[0195]步驟401中進行底層打印時和步驟402中進行上一層打印打印時，均采用所述等離子束流加工系統由先至后對多個所述待打印工件3的當前所打印成型層分別進行打印；待多個所述待打印工件3的當前所打印成型層均打印完成后，再對多個所述待打印工件3的上一個成型層分別進行打印；
[0196]其中，采用所述等離子束流加工系統對任一個所述待打印工件3的當前所打印成型層進行打印時，先通過行走控制器26對多個所述打印平臺的電動行走機構29分別進行控制，將供該待打印工件3打印的所述打印平臺移至所述等離子束流加工系統的正下方；此時，位于所述等離子束流加工系統正下方的所述打印平臺為待控制平臺；之后，再采用所述等離子束流加工系統對該待打印工件3的當前所打印成型層進行打印。
[0197]本實施例中，步驟401和步驟4022中進行打印時，均按照多個所述打印平臺的布設位置由前至后或由后至前的順序，對多個所述待打印工件3的當前所打印成型層分別進行打印。
[0198]并且，步驟401和步驟4021中將供該待打印工件3打印的所述打印平臺移至所述等離子束流加工系統的正下方時，均通過行走控制器26對多個所述打印平臺的電動行走機構29分別進行控制，使多個所述打印平臺均沿所述行走軌道進行移動。
[0199]實施例2
[0200]本實施例中，如圖7所示，所采用的等離子熔覆直接制造3D打印設備與實施例1不同的是:所述噴口 13-5與槍體13-1中心軸線之間的夾角為30°?45°。
[0201]這樣，通過噴口 13-5對所述等離子束的方向進行改變后，能有效減少等離子射流對陽極噴嘴13-2產生的熱負荷沖擊，改善了陽極燒蝕狀況。
[0202]本實施例中，所采用等離子熔覆直接制造3D打印設備的其余部分結構、連接關系和工作原理均與實施例1相同。
[0203]本實施例中，所采用的等離子熔覆直接制造3D打印方法與實施例1相同。
[0204]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征在于:由監控系統、等離子束流加工系統和供待打印工件(3)放置的水平打印臺(4)組成； 所述等離子束流加工系統包括多個等離子束流加工裝置，多個所述等離子束流加工裝置的結構均相同； 每個所述等離子束流加工裝置均由安裝有噴頭且用于產生等離子束的等離子體發生器、為所述等離子體發生器提供工作氣體的供氣裝置(I)、用于連續向所述等離子體發生器產生的所述等離子束內送入打印材料的送粉裝置和對打印位置進行調整的打印位置調整裝置組成，所述等離子體發生器和所述送粉裝置均位于水平打印臺(4)上方，所述送粉裝置位于所述等離子體發生器一側；所述供氣裝置(I)通過供氣管(5)與所述等離子體發生器上所開的進氣口連接；所述送粉裝置的送粉口位于所述噴頭的出口下方且其位于所述等離子束的中心軸線上；所述打印位置調整裝置包括帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發生器、所述送粉裝置與所述水平移動裝置同步移動并相應對所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離進行調節的打印距離調節裝置，所述等離子體發生器和所述送粉裝置均安裝在所述水平移動裝置上，且所述水平移動裝置安裝在所述打印距離調節裝置上； 所述監控系統包括多個分別對所述等離子束流加工裝置進行監控的等離子束流加工監控裝置(30)，所述等離子束流加工監控裝置(30)的數量與所述等離子束流加工系統中所包括等離子束流加工裝置的數量相同，多個所述等離子束流加工監控裝置(30)分別與多個所述等離子束流加工裝置連接；所述等離子束流加工監控裝置(30)的結構均相同； 每個所述等離子束流加工監控裝置(30)均包括對所監控等離子束流加工裝置在待打印工件(3)上的打印位置處溫度進行實時檢測的溫度檢測單元(9)、對所述水平移動裝置進行控制的水平移動控制器(24)、對所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離進行實時檢測的距離檢測單元(8)和對所述打印距離調節裝置進行控制的打印距離調節控制器(10)，所述距離檢測單元(8)與打印距離調節控制器(10)連接，所述水平移動控制器(24)與所述水平移動裝置連接，所述打印距離調節控制器(10)與所述打印距離調節裝置連接；所述溫度檢測單元(9)與打印距離調節控制器(10)連接且二者組成所監控等離子束流加工裝置的溫度調控裝置。2.按照權利要求1所述的一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征在于:所述等離子體發生器產生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角不大于45° ;所述打印距離調節裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進行上下調整的上下調整裝置(17)，所述距離檢測單元(8)為對沿所述等離子束的中心軸線從所述噴頭的出口到水平打印臺(4)之間的距離進行實時檢測的距離檢測裝置； 所述水平打印臺(4)為安裝在打印臺位置調整裝置上且能上下移動的移動平臺； 所述監控系統還包括對所述打印臺位置調整裝置進行控制的位置調整控制器(15)，所述位置調整控制器(15)與所述打印臺位置調整裝置連接。3.按照權利要求1或2所述的一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征在于:所述等離子體發生器包括等離子槍(13)，所述噴頭為等離子槍(13)前端的陽極噴嘴(13-2);所述等離子槍(13)包括開有所述進氣口的槍體(13-1)、位于槍體(13-1)正前方的陽極噴嘴(13-2)和插裝于槍體(13-1)內的陰極(13-3)，所述陽極噴嘴(13_2)位于陰極(13_3)前偵牝所述放電室(13-4)位于陰極(13-3)前側且其位于陽極噴嘴(13-2)的后部內側，所述陽極噴嘴(13-2)的前部內側為噴口(13-5);所述陽極噴嘴(13-2)、陰極(13_3)和放電室(13-4)均與槍體(13-1)呈同軸布設；所述進氣口位于槍體(13-1)后側，所述噴口(13-5)與槍體(13-1)呈同軸布設或與所述槍體(13-1)中心軸線之間的夾角為30°?45°。4.按照權利要求1或2所述的一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征在于:所述送粉裝置包括送粉器(2)和送粉嘴￠)，所述送粉裝置的送粉口為送粉嘴￠)的出粉口 ；所述送粉器(2)包括開有進料口與送粉出口的外殼和安裝在所述外殼內的送粉輪，所述送粉輪由驅動電機(14)進行驅動；所述送粉出口與送粉嘴(6)的進粉口連接； 每個所述等離子束流加工監控裝置(30)均還包括對所述等離子體發生器進行控制的等離子發生控制器(7)、對供氣管(5)的氣體流量進行實時檢測的氣體流量檢測單元(11)、對供氣管(5)上安裝的流量調節閥(19)進行控制的氣體流量控制器(12)、對所述送粉裝置的送粉流量進行實時檢測的粉末流量檢測單元(18)和對驅動電機(19)進行控制的送粉流量控制器(20)，所述粉末流量檢測單元(18)與送粉流量控制器(20)連接；所述等離子發生控制器(7)與所述等離子體發生器連接，所述氣體流量檢測單元(11)與氣體流量控制器(12)連接。5.按照權利要求1或2所述的一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征在于:所述水平打印臺(4)的數量為多個，多個所述水平打印臺(4)分別為供多個待打印工件(3)打印的打印平臺且其均位于同一水平面上；每個所述水平打印臺(4)底部均安裝有電動行走機構(29)，多個所述打印平臺均位于所述等離子束流加工系統下方，且多個所述打印平臺中位于所述等離子束流加工系統正下方的打印平臺為待控制平臺； 所述監控系統還包括對多個所述打印平臺的電動行走機構(29)分別進行控制的行走控制器(26)和多個分別對多個所述打印平臺的行走位置進行實時檢測的行走位置檢測單元(27)，所述位置調整控制器(15)對多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置分別進行控制；多個所述打印平臺的電動行走機構(29)和多個所述行走位置檢測單元(27)均與行走控制器(26)連接，多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置均與位置調整控制器(15)連接。6.按照權利要求5所述的一種等離子熔覆直接制造3D打印設備，其特征在于:還包括一個供多個所述打印平臺的電動行走機構(29)行走的行走軌道，多個所述打印平臺的電動行走機構(29)均位于所述行走軌道上，所述電動行走機構(29)為帶動所述打印平臺沿所述行走軌道進行前后移動的行走機構；多個所述打印平臺的水平打印臺(4)沿所述行走軌道的長度方向由前至后進行布設。7.一種利用如權利要求1所述3D打印設備對待打印工件進行3D打印的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟一、待打印工件三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數據處理設備且調用圖像處理模塊獲取待打印工件(3)的三維立體模型，再調用分層切片模塊對待打印工件(3)的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像； 多個所述分層截面圖像為對待打印工件(3)的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由下至上均勻布設；所述待打印工件(3)的每個所述分層截面均劃分為多個分別由多個所述等離子束流加工裝置進行打印的打印區； 步驟二、掃描路徑填充:采用數據處理設備且調用所述圖像處理模塊，對步驟一中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑； 每個所述分層截面的掃描路徑均包括該分層截面上的多個所述打印區的掃描路徑；步驟三、打印路徑獲取:所述數據處理設備根據步驟二中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑；每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同，且每個所述分層截面的打印路徑均包括該分層截面上的多個所述打印區的打印路徑； 步驟四、由下至上逐層打印:根據步驟三中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，由下至上逐層對待打印工件(3)進行打印，獲得由多個成型層由下至上堆疊而成的工件成品；所述成型層的數量與步驟一中所述分層截面的數量相同，多個所述成型層的布設位置分別與多個所述分層截面的布設位置一一對應且其層厚均相同，所述成型層的層厚與相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟三中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑；對待打印工件(3)進行打印時，過程如下: 步驟401、底層打印:根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，采用所述等離子束流加工系統對待打印工件(3)的當前所打印成型層進行打印；采用所述等離子束流加工系統對當前所打印成型層進行打印時，采用多個所述等離子束流加工裝置同步對當前所打印成型層的多個所述打印區分別進行打印； 多個所述等離子束流加工裝置的打印方法均相同； 采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印時，該等離子束流加工裝置的水平移動控制器(24)根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層中該打印區的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動；所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，該等離子束流加工裝置將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至水平打印臺(4)上；待熔融液流均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程； 本步驟中，當前所打印成型層為多個所述成型層中位于最底部的成型層； 步驟402、上一層打印，包括以下步驟: 步驟4021、水平打印臺下移:將水平打印臺(4)在豎直方向上進行一次向下移動且向下移動高度與所述成型層的層厚相同； 步驟4022、打印及同步溫控:根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，采用所述等離子束流加工系統對待打印工件(3)的當前所打印成型層進行打印；采用所述等離子束流加工系統對當前所打印成型層進行打印時，采用多個所述等離子束流加工裝置同步對當前所打印成型層的多個所述打印區分別進行打印； 多個所述等離子束流加工裝置的打印方法均相同； 采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印時，該等離子束流加工裝置的水平移動控制器(24)根據步驟三中所獲取的當前所打印成型層中該打印區的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上進行移動；所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，該等離子束流加工裝置將內帶熔融液流的等離子束流連續噴至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上；待熔融液流均凝固后，完成當前所打印成型層中該打印區的打印過程；打印過程中，通過溫度檢測單元(9)對當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調節控制器(10);并且，通過該等離子束流加工裝置的距離檢測單元(8)對所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離進行實時檢測，并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調節控制器(10);所述打印距離調節控制器(10)根據溫度檢測單元(9)所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調節裝置對所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離進行調節，使當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度不高于待打印工件(3)的材質熔點的0.6倍； 步驟401和步驟4022中所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述送粉裝置連續送出打印材料，同時通過所述等離子束流加工系統產生的等離子束對所送出打印材料進行熔化，并使得所送出打印材料熔化形成的熔融液滴連續并形成液流；所述液流分布于所述等離子束內，形成內帶熔融液流的等離子束流； 步驟403、多次重復步驟402，直至完成待打印工件(3)所有成型層的打印過程。8.按照權利要求7所述的對待打印工件進行3D打印的方法，其特征在于:步驟四中由下至上逐層打印之前，步驟一中所述數據處理設備先根據預先建立的材質熔點及打印距離數據庫，并結合通過參數輸入單元預先輸入的各等離子束流加工裝置的打印材料的材質名稱，對各等離子束流加工裝置的基礎打印距離進行確定；所述參數輸入單元與所述數據處理設備相接； 所述材質熔點及打印距離數據庫中存儲有多種材質的材質熔點及打印距離信息，每種所述材質的材質熔點及打印距離信息均包括該種材質的名稱、熔點和基礎打印距離；所述基礎打印距離為5mm?1000mm，且材質熔點越高，基礎打印距離越近； 步驟401中采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印之前，該等離子束流加工裝置的打印距離調節控制器(10)根據距離檢測單元(8)所檢測的距離信息且通過控制所述打印距離調節裝置將所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離調節為所述基礎打印距離；并且，步驟401中采用該等離子束流加工裝置進行打印過程中，所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離為所述基礎打印距離；步驟4022中采用任一個所述等離子束流加工裝置對當前所打印成型層的一個所述打印區進行打印之前，該等離子束流加工裝置的打印距離調節控制器(10)根據距離檢測單元(8)所檢測的距離信息并結合水平打印臺(4)的向下移動次數與每次向下移動高度，且通過控制所述打印距離調節裝置將所述噴頭的出口與當前已打印好的下一個所述成型層的上表面之間的距離調節為所述基礎打印距離；步驟4022中采用該等離子束流加工裝置進行打印過程中，對所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離進行調節時，所述打印距離調節控制器(10)根據溫度檢測單元(9)所檢測的溫度信息并結合距離檢測單元(8)所檢測的距離信息對所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離進行調節，使當前已打印好的下一個所述成型層中該等離子束流加工裝置所打印區域的上表面溫度控制在該等離子束流加工裝置打印材料的材質熔點的0.1倍?0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離進行調節時，調節幅度為5mm?60mm，且材質恪點越高，調節幅度越小； 步驟401和步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置的所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述送粉裝置的送粉流量為2g/min?200g/min ; 步驟四中由下至上逐層打印之前，將每個所述等離子束流加工裝置的所述送粉裝置的送粉口與水平打印臺(4)之間的距離均調整為預先設定的送粉高度，所述送粉高度為5mm?100mm ;步驟四中由下至上逐層打印過程中，所述送粉裝置的送粉口高度不變。9.按照權利要求7或8所述的對待打印工件進行3D打印的方法，其特征在于:所述水平打印臺(4)的數量為多個，多個所述水平打印臺(4)分別為供多個待打印工件(3)打印的打印平臺且其均位于同一水平面上；每個所述水平打印臺(4)底部均安裝有電動行走機構(29)，多個所述打印平臺均位于所述等離子束流加工系統下方，且多個所述打印平臺中位于所述等離子束流加工系統正下方的打印平臺為待控制平臺； 所述監控系統還包括對多個所述打印平臺的電動行走機構(29)分別進行控制的行走控制器(26)和多個分別對多個所述打印平臺的行走位置進行實時檢測的行走位置檢測單元(27)，所述位置調整控制器(15)對多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置分別進行控制；多個所述打印平臺的電動行走機構(29)和多個所述行走位置檢測單元(27)均與行走控制器(26)連接，多個所述打印平臺的所述打印臺位置調整裝置均與位置調整控制器(15)連接； 步驟一中進行待打印工件三維立體模型獲取及分層切片處理時，對多個所述待打印工件(3)分別進行三維立體模型獲取及分層切片處理；其中，對任一個所述待打印工件(3)進行三維立體模型獲取及分層切片處理時，均采用數據處理設備且調用圖像處理模塊獲取該待打印工件(3)的三維立體模型，再調用分層切片模塊對該待打印工件(3)的三維立體模型進行分層切片，并獲得該待打印工件(3)的多個分層截面圖像； 多個待打印工件(3)的高度均相同；對多個所述待打印工件(3)的三維立體模型進行分層切片時，分層厚度均相同且所獲得分層截面圖像的數量均相同； 步驟二中進行掃描路徑填充時，對多個所述待打印工件(3)分別進行掃描路徑填充處理；其中，對任一個所述待打印工件(3)進行掃描路徑填充處理時，均采用所述數據處理設備且調用所述圖像處理模塊，對步驟一中獲得的該待打印工件(3)的多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑； 步驟三中進行打印路徑獲取時，采用所述數據處理設備分別獲取多個所述待打印工件(3)的打印路徑；其中，獲取任一個所述待打印工件(3)的打印路徑時，所述數據處理設備均根據步驟二中獲得的該待打印工件(3)的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得該待打印工件(3)的多個所述分層截面的打印路徑，且每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同； 步驟四中進行由下至上逐層打印時，對多個所述待打印工件(3)同步進行由下至上逐層打印； 步驟401中進行底層打印時和步驟402中進行上一層打印打印時，均采用所述等離子束流加工系統由先至后對多個所述待打印工件(3)的當前所打印成型層分別進行打印；待多個所述待打印工件(3)的當前所打印成型層均打印完成后，再對多個所述待打印工件(3)的上一個成型層分別進行打印； 其中，采用所述等離子束流加工系統對任一個所述待打印工件(3)的當前所打印成型層進行打印時，先通過行走控制器(26)對多個所述打印平臺的電動行走機構(29)分別進行控制，將供該待打印工件(3)打印的所述打印平臺移至所述等離子束流加工系統的正下方；此時，位于所述等離子束流加工系統正下方的所述打印平臺為待控制平臺；之后，再采用所述等離子束流加工系統對該待打印工件(3)的當前所打印成型層進行打印。10.按照權利要求7或8所述的對待打印工件進行3D打印的方法，其特征在于:所述送粉裝置包括送粉器(2)和送粉嘴￠)，所述送粉裝置的送粉口為送粉嘴(6)的出粉口 ；所述送粉器(2)包括開有進料口與送粉出口的外殼和安裝在所述外殼內的送粉輪，所述送粉輪由驅動電機(14)進行驅動；所述送粉出口與送粉嘴(6)的進粉口連接； 每個所述等離子束流加工監控裝置(30)均還包括對所述等離子體發生器進行控制的等離子發生控制器(7)、對供氣管(5)的氣體流量進行實時檢測的氣體流量檢測單元(11)、對供氣管(5)上安裝的流量調節閥(19)進行控制的氣體流量控制器(12)、對所述送粉裝置的送粉流量進行實時檢測的粉末流量檢測單元(18)和對驅動電機(19)進行控制的送粉流量控制器(20)，所述粉末流量檢測單元(18)與送粉流量控制器(20)連接；所述等離子發生控制器(7)與所述等離子體發生器連接，所述氣體流量檢測單元(11)與氣體流量控制器(12)連接，所述距離檢測單元(8)與氣體流量控制器(12)連接； 步驟四中由下至上逐層打印之前，步驟一中所述數據處理設備先根據預先建立的氣體及粉末流量數據庫，并結合預先設定的所述成型層的層厚，對供氣管(5)的基礎氣體流量和所述送粉裝置的送粉流量進行確定； 所述氣體及粉末流量數據庫內存儲有多種不同層厚的成型層所需的送粉流量和基礎氣體流量；所述基礎氣體流量為5ml/min?500ml/min，且所述送粉裝置的送粉流量越大，所述基礎氣體流量越大； 步驟401和步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置的所述等離子體發生器與所述送粉裝置同步在水平面上移動過程中，所述粉末流量檢測單元(18)對所述送粉裝置的送粉流量進行實時檢測并將所檢測信息同步傳送至送粉流量控制器(20)，所述送粉流量控制器(20)根據預先確定的所述送粉裝置的送粉流量并結合粉末流量檢測單元(18)所檢測信息對驅動電機(19)進行控制，使所述送粉裝置的送粉流量均與預先確定的送粉流量相同； 步驟401中任一個所述等離子束流加工裝置進行打印之前，所述氣體流量控制器(12)根據氣體流量檢測單元(11)所檢測信息且通過控制流量調節閥(19)將供氣管(5)的氣體流量調整為所述基礎氣體流量；步驟401中任一個所述等離子束流加工裝置打印過程中，所述供氣管(5)的氣體流量為所述基礎氣體流量； 步驟4022中任一個所述等離子束流加工裝置進行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器(12)根據氣體流量檢測單元(11)所檢測信息并結合距離檢測單元(8)所檢測距離信息，且通過控制流量調節閥(19)對供氣管(5)的氣體流量進行增減調整；并且，所述噴頭的出口與水平打印臺(4)之間的距離越大，所述供氣管(5)的氣體流量越大。
【文檔編號】B29C67/00GK105922566SQ201510788671
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年11月17日
【發明人】華云峰
【申請人】中研智能裝備有限公司