一種軋輥層流等離子3D列印設備的製作方法
2023-08-05 09:15:51 2
本實用新型涉及3D列印領域，具體來說涉及一種軋輥層流等離子3D列印設備。
背景技術：
增材製造（即3D列印）技術依照材料累加的快速成型原理，以計算機軟體所設計出的立體加工模型文件為基礎，運用液化、粉末化、絲化的可粘性固體材料（如金屬、高分子材料等），逐層製造出產品，該技術具有不受零件複雜程度限制，完全數位化控制等特點，徹底顛覆了傳統製造業鍛造、切削加工的模式，變革了大規模生產線的工業生產方式，帶來個性化、低消耗、小批量、高難度等製造新理念和新方式，具有誘發新一次工業革命的巨大意義，而動車的輪對作為動車關鍵部件，有著極高的工藝要求，目前動車的輪對主要還是採用鍛造的方式進行製造，輪對使用中一旦產生破損既淘汰，如果將3D列印設備應用在輪對的製造和修復當中，3D列印的高精度、一體化的特點剛好能夠滿足動車對輪對的高要求，如公開號為CN105710371A，公開時間為2016年6月29日，名稱為「一種火車輪等離子3D列印再製造設備及方法」的中國發明專利，該設備由監控系統、等離子束流加工系統、對待修復火車輪進行機加工的機加工裝置、帶動機加工裝置移動的三軸移動機構和供待修復火車輪放置的水平列印臺組成，等離子束流加工系統由等離子體發生器、列印位置調整裝置、供氣裝置和送粉器組成；監控系統包括水平移動控制器、溫度檢測單元、距離檢測單元、列印距離調節控制器和旋轉控制器，溫度檢測單元與列印距離調節控制器組成溫度調控裝置；本發明設計合理、操作簡便且效率高、使用效果好，無需密閉成型室，修復過程直接在大氣環境下進行，修復後火車輪質量好，修復效率高，但是這種技術方案採用的是類似於三維機械手的三軸移動裝置作為列印頭和修復頭的移動載體，設計複雜並且列印中供料需要通過管道連接，不利於大量耗材列印的場景，同時，其加工過程是針對輪對整體進行的，加工難度大，設備體積也大，並且輪對的輪餅與鋼軌接觸的輪面有極高的要求，同時也有磨耗要求，因此在一般的修復中不需要修補輪面。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種利用層流等離子作為熱源、且在3D列印過程中提供足夠的增料耗材，由列印部件和夾持部件配合實現無死角的軋輥修復列印的層流等離子3D列印設備。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：
一種軋輥層流等離子3D列印設備，包括控制系統，其特徵在於：包括兩個帶有絲杆和絲杆電機且對立設置的立柱以及兩端通過所述絲杆設置在立柱上的升降臺，所述升降臺下面設置有滑軌；層流等離子列印器通過滑塊設置在升降臺的滑軌上，所述層流等離子列印器包括帶有料盒的供料裝置和層流等離子熱槍；對立設置的立柱下部對應位置設置有軋輥轉動夾，所述軋輥轉動夾與絲杆位於同一中心線上；所述軋輥轉動夾用於夾持和轉動軋輥。
所述層流等離子熱槍包括層流離子體發生器、弧壓調節器和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節高器設置在所述槍體內。
所述層流離子體發生器，採用中軸圓柱陽極結構，而沿著陽極柱周圍環形均勻布置3個或3個以上的陰極，陽極和陰極均安裝在同一個底座上固定，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電，從而與陰極間形成電場，整個發生器是一個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行機械壓縮。
所述軋輥轉動夾設置在兩個對立設置的立柱上且距離地面相同的高度，所述軋輥轉動夾包括滾動驅動件和軋輥夾緊件，所述滾動驅動件為滾動式電機且貫穿設置在立柱上，所述軋輥夾緊件設置在滾動驅動件內；所述立柱外側設置有空心軸探傷設備，所述空心軸探傷設備的探傷頭與滾動式電機的中心對應。
所述軋輥夾緊件包括夾緊塊和用於驅動夾緊塊的夾緊驅動裝置。
本實用新型的有益效果如下：
一、本實用新型提供的一種軋輥層流等離子3D列印設備，層流等離子列印器設置在升降臺上，可以沿著絲杆完成上下活動，立柱下部設置有軋輥轉動夾，可以夾持住待列印的軋輥並帶動軋輥轉動以配合列印的角度，採用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大於0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大於1000mm、真空中弧長大於3000mm、電弧末端弧徑大於400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時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於4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為列印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣捲入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適於高精密、智能成形製造；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部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優於雷射；再次，不產生強輻射，環境性能遠優於電子束，而成本上，層流電弧等離子體束熱源由於附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉。
二、本實用新型提供的一種軋輥層流等離子3D列印設備，層流等離子熱槍通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的列印要求，層流等離子熱槍的槍體上設置的水冷裝置可以在焊接中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流電弧等離子加工件設備故障。
三、本實用新型提供的一種軋輥層流等離子3D列印設備，層流離子體發生器採用中軸圓柱陽極結構，設計獨創，且所採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，用於噴塗、堆焊等應用；採用陽極杆周圍沿著環形均勻布置3個或3個以上的陰極結構，使得單個陰極的電流大大降低，電弧等離子體穩定性高，並可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陰極壽命長，且系統的總功率大，工作效率穩定高效。
四、本實用新型提供的一種軋輥層流等離子3D列印設備，軋輥轉動夾採用滾動式電機貫穿設置在立柱上，便於安裝和摘取軋輥，同時能夠為空心軸探傷設備流出對準和探傷位置；軋輥夾緊件包括夾緊塊和用於驅動夾緊塊的夾緊驅動裝置，這種結構可以根據列印步驟及時固定和放鬆待列印的軋輥。
附圖說明
圖1是本實用新型一種優選方案的結構示意圖；
圖中：
1、控制系統；2、絲杆電機；3、立柱；4、旋轉臺；5、供料裝置；6、層流等離子熱槍；7、軋輥轉動夾。
具體實施方式
以下通過幾個實施例來進一步說明本實用新型的技術方案，需要說明的是，實現本實用新型目的的技術方案包括但不限於以下實施例。
實施例1
如圖1，一種軋輥層流等離子3D列印設備，包括控制系統1，包括兩個帶有絲杆和絲杆電機2且對立設置的立柱3以及兩端通過所述絲杆設置在立柱3上的升降臺4，所述升降臺4下面設置有滑軌；層流等離子列印器通過滑塊設置在升降臺4的滑軌上，所述層流等離子列印器包括帶有料盒的供料裝置5和層流等離子熱槍6；對立設置的立柱3下部對應位置設置有軋輥轉動夾7，所述軋輥轉動夾7與絲杆位於同一中心線上；所述軋輥轉動夾7用於夾持和轉動軋輥。
這是本實用新型的一種最基本實施方案。層流等離子列印器設置在升降臺4上，可以沿著絲杆完成上下活動，立柱3下部設置有軋輥轉動夾7，可以夾持住待列印的軋輥並帶動軋輥轉動以配合列印的角度，採用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大於0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大於1000mm、真空中弧長大於3000mm、電弧末端弧徑大於400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時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於4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為列印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣捲入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適於高精密、智能成形製造；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部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優於雷射；再次，不產生強輻射，環境性能遠優於電子束，而成本上，層流電弧等離子體束熱源由於附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉。
實施例2
如圖1，一種軋輥層流等離子3D列印設備，包括控制系統1，包括兩個帶有絲杆和絲杆電機2且對立設置的立柱3以及兩端通過所述絲杆設置在立柱3上的升降臺4，所述升降臺4下面設置有滑軌；層流等離子列印器通過滑塊設置在升降臺4的滑軌上，所述層流等離子列印器包括帶有料盒的供料裝置5和層流等離子熱槍6；對立設置的立柱3下部對應位置設置有軋輥轉動夾7，所述軋輥轉動夾7與絲杆位於同一中心線上；所述軋輥轉動夾7用於夾持和轉動軋輥。
所述層流等離子熱槍6包括層流離子體發生器、弧壓調節器和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節高器設置在所述槍體內。
這是本實用新型的一種優選的實施方案。層流等離子列印器設置在升降臺4上，可以沿著絲杆完成上下活動，立柱3下部設置有軋輥轉動夾7，可以夾持住待列印的軋輥並帶動軋輥轉動以配合列印的角度，採用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大於0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大於1000mm、真空中弧長大於3000mm、電弧末端弧徑大於400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時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於4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為列印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣捲入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適於高精密、智能成形製造；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部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優於雷射；再次，不產生強輻射，環境性能遠優於電子束，而成本上，層流電弧等離子體束熱源由於附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉；層流等離子熱槍6通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的列印要求，層流等離子熱槍的槍體上設置的水冷裝置可以在焊接中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流電弧等離子加工件設備故障。
實施例3
如圖1，一種軋輥層流等離子3D列印設備，包括控制系統1，包括兩個帶有絲杆和絲杆電機2且對立設置的立柱3以及兩端通過所述絲杆設置在立柱3上的升降臺4，所述升降臺4下面設置有滑軌；層流等離子列印器通過滑塊設置在升降臺4的滑軌上，所述層流等離子列印器包括帶有料盒的供料裝置5和層流等離子熱槍6；對立設置的立柱3下部對應位置設置有軋輥轉動夾7，所述軋輥轉動夾7與絲杆位於同一中心線上；所述軋輥轉動夾7用於夾持和轉動軋輥。
所述層流等離子熱槍6包括層流離子體發生器、弧壓調節器和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節高器設置在所述槍體內。
所述層流離子體發生器，採用中軸圓柱陽極結構，而沿著陽極柱周圍環形均勻布置3個或3個以上的陰極，陽極和陰極均安裝在同一個底座上固定，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電，從而與陰極間形成電場，整個發生器是一個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行機械壓縮。
這是本實用新型的一種優選的實施方案。層流等離子列印器設置在升降臺4上，可以沿著絲杆完成上下活動，立柱3下部設置有軋輥轉動夾7，可以夾持住待列印的軋輥並帶動軋輥轉動以配合列印的角度，採用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大於0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大於1000mm、真空中弧長大於3000mm、電弧末端弧徑大於400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時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於4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為列印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣捲入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適於高精密、智能成形製造；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部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優於雷射；再次，不產生強輻射，環境性能遠優於電子束，而成本上，層流電弧等離子體束熱源由於附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉；層流等離子熱槍6通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的列印要求，層流等離子熱槍的槍體上設置的水冷裝置可以在焊接中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流電弧等離子加工件設備故障；層流離子體發生器採用中軸圓柱陽極結構，設計獨創，且所採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，用於噴塗、堆焊等應用；採用陽極杆周圍沿著環形均勻布置3個或3個以上的陰極結構，使得單個陰極的電流大大降低，電弧等離子體穩定性高，並可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陰極壽命長，且系統的總功率大，工作效率穩定高效。
實施例4
如圖1，一種軋輥層流等離子3D列印設備，包括控制系統1，包括兩個帶有絲杆和絲杆電機2且對立設置的立柱3以及兩端通過所述絲杆設置在立柱3上的升降臺4，所述升降臺4下面設置有滑軌；層流等離子列印器通過滑塊設置在升降臺4的滑軌上，所述層流等離子列印器包括帶有料盒的供料裝置5和層流等離子熱槍6；對立設置的立柱3下部對應位置設置有軋輥轉動夾7，所述軋輥轉動夾7與絲杆位於同一中心線上；所述軋輥轉動夾7用於夾持和轉動軋輥。
所述層流等離子熱槍6包括層流離子體發生器、弧壓調節器和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節高器設置在所述槍體內。
所述層流離子體發生器，採用中軸圓柱陽極結構，而沿著陽極柱周圍環形均勻布置3個或3個以上的陰極，陽極和陰極均安裝在同一個底座上固定，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電，從而與陰極間形成電場，整個發生器是一個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行機械壓縮。
所述軋輥轉動夾7設置在兩個對立設置的立柱3上且距離地面相同的高度，所述軋輥轉動夾7包括滾動驅動件和軋輥夾緊件，所述滾動驅動件為滾動式電機且貫穿設置在立柱3上，所述軋輥夾緊件設置在滾動驅動件內；所述立柱3外側設置有空心軸探傷設備，所述空心軸探傷設備的探傷頭與滾動式電機的中心對應。
這是本實用新型的一種優選的實施方案。層流等離子列印器設置在升降臺4上，可以沿著絲杆完成上下活動，立柱3下部設置有軋輥轉動夾7，可以夾持住待列印的軋輥並帶動軋輥轉動以配合列印的角度，採用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大於0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大於1000mm、真空中弧長大於3000mm、電弧末端弧徑大於400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時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於4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為列印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣捲入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適於高精密、智能成形製造；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部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優於雷射；再次，不產生強輻射，環境性能遠優於電子束，而成本上，層流電弧等離子體束熱源由於附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉；層流等離子熱槍6通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的列印要求，層流等離子熱槍的槍體上設置的水冷裝置可以在焊接中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流電弧等離子加工件設備故障；層流離子體發生器採用中軸圓柱陽極結構，設計獨創，且所採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，用於噴塗、堆焊等應用；採用陽極杆周圍沿著環形均勻布置3個或3個以上的陰極結構，使得單個陰極的電流大大降低，電弧等離子體穩定性高，並可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陰極壽命長，且系統的總功率大，工作效率穩定高效；軋輥轉動夾7採用滾動式電機貫穿設置在立柱3上，便於安裝和摘取軋輥，同時能夠為空心軸探傷設備流出對準和探傷位置。
實施例5
如圖1，一種軋輥層流等離子3D列印設備，包括控制系統1，包括兩個帶有絲杆和絲杆電機2且對立設置的立柱3以及兩端通過所述絲杆設置在立柱3上的升降臺4，所述升降臺4下面設置有滑軌；層流等離子列印器通過滑塊設置在升降臺4的滑軌上，所述層流等離子列印器包括帶有料盒的供料裝置5和層流等離子熱槍6；對立設置的立柱3下部對應位置設置有軋輥轉動夾7，所述軋輥轉動夾7與絲杆位於同一中心線上；所述軋輥轉動夾7用於夾持和轉動軋輥。
所述層流等離子熱槍6包括層流離子體發生器、弧壓調節器和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節高器設置在所述槍體內。
所述層流離子體發生器，採用中軸圓柱陽極結構，而沿著陽極柱周圍環形均勻布置3個或3個以上的陰極，陽極和陰極均安裝在同一個底座上固定，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電，從而與陰極間形成電場，整個發生器是一個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行機械壓縮。
所述軋輥轉動夾7設置在兩個對立設置的立柱3上且距離地面相同的高度，所述軋輥轉動夾7包括滾動驅動件和軋輥夾緊件，所述滾動驅動件為滾動式電機且貫穿設置在立柱3上，所述軋輥夾緊件設置在滾動驅動件內；所述立柱3外側設置有空心軸探傷設備，所述空心軸探傷設備的探傷頭與滾動式電機的中心對應。
所述軋輥夾緊件包括夾緊塊和用於驅動夾緊塊的夾緊驅動裝置。
這是本實用新型的一種優選的實施方案。層流等離子列印器設置在升降臺4上，可以沿著絲杆完成上下活動，立柱3下部設置有軋輥轉動夾7，可以夾持住待列印的軋輥並帶動軋輥轉動以配合列印的角度，採用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大於0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大於1000mm、真空中弧長大於3000mm、電弧末端弧徑大於400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時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於4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為列印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣捲入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適於高精密、智能成形製造；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部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優於雷射；再次，不產生強輻射，環境性能遠優於電子束，而成本上，層流電弧等離子體束熱源由於附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉；層流等離子熱槍6通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的列印要求，層流等離子熱槍的槍體上設置的水冷裝置可以在焊接中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流電弧等離子加工件設備故障；層流離子體發生器採用中軸圓柱陽極結構，設計獨創，且所採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，用於噴塗、堆焊等應用；採用陽極杆周圍沿著環形均勻布置3個或3個以上的陰極結構，使得單個陰極的電流大大降低，電弧等離子體穩定性高，並可形成高弧壓小電流層流長束等離子弧，陰極壽命長，且系統的總功率大，工作效率穩定高效；軋輥轉動夾7採用滾動式電機貫穿設置在立柱3上，便於安裝和摘取軋輥，同時能夠為空心軸探傷設備流出對準和探傷位置；軋輥夾緊件包括夾緊塊和用於驅動夾緊塊的夾緊驅動裝置，這種結構可以根據列印步驟及時固定和放鬆待列印的軋輥。