[发明专利]一种微束等离子3D打印与铣削复合加工设备与方法

说明书

本发明公开了一种微束等离子3D打印与铣削复合加工设备与方法；包括密封成型腔，以及置于其内的等离子加工设备、铣削加工设备；铣削Y方向直线驱动机构(的直线导轨的一端安装在铣削X方向直线驱动机构上；铣削Y方向直线驱动机构的直线导轨可沿着铣削X方向直线驱动机构的直线导轨轴向往复运动；所述铣削Y方向直线驱动机构的直线导轨与铣削X方向直线驱动机构的直线导轨彼此垂直。采用微束等离子与铣削复合加工的方式，不仅降低了成型件的表面粗糙度，提高了成型精度，而且可对零件内腔结构进行精确铣削加工，实现了增材制造与高精度加工相结合，大大提高了加工精度和效率。

技术领域

本发明涉及金属零件增材制造技术领域，尤其涉及一种微束等离子3D打印与铣削复合加工设备与方法。

背景技术

3D打印技术即增材制造技术，利用三维模型数据在成型设备上快速而精确地制造出任意复杂的零件，实现快速成型。其主要利用激光等能量将金属或合金粉末逐层熔化，凝固堆积成一个冶金结合、组织致密的实体，从而获得几乎任意复杂形状的金属零件。

微束等离子3D打印设备主要由微束等离子发生器、供粉系统、机械传动系统、控制系统等部分组成。其具体工艺流程如下：首先，对三维模型数据进行切片处理，将三维实体模型转换成二维切片数据；其次，对二维切片数据进行扫描路径规划，得到二维切片数据的轮廓信息；再次，将切片数据轮廓信息导入计算机，从而驱动微束等离子枪的扫描路径，进行扫描；最后，当一层轮廓扫描完成后，成型平台相对下降一层切片层厚的高度，再进行下一层轮廓扫描。重复上述步骤，当所有切片数据都扫描完成后，即可成型三维模型数据相一致的金属三维实体零件。

微束等离子3D打印具有以下特点和优势：

1)与其他金属3D打印方式一样，其采用分层叠加成型的原理，成型零件几乎不受几何复杂度的影响，对任意复杂零件均可直接成型，且成型零件致密度高；

2)微束等离子3D打印采用机械导轨驱动进行热源偏转及扫描，可成型尺寸远大于激光3D打印采用扫描振镜驱动光路偏转的方式，成型大型零件具有较大优势；

3)相比以激光为能量输出的3D打印设备，微束等离子设备成本较激光器成本低，操作维护方便。

微束等离子3D打印通过熔化金属粉末后搭接凝固成实体，金属材料熔化后由于毛细血管力的作用，会形成近似曲面的熔道，在一定的搭接率下，成型件表面会形成纹理，导致表面粗糙度较大。这样成型件还需通过后续机加工才能达到使用标准，成型零件难以兼顾高精度与高效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种微束等离子3D打印与铣削复合加工设备与方法。本发明将两者有机结合，克服了现有工艺成型零件难以兼顾高精度与高效率的缺陷。

本发明通过下述技术方案实现：

一种微束等离子3D打印与铣削复合加工设备，包括密封成型腔20，以及置于其内的等离子加工设备；所述密封成型腔20还设置有一铣削加工设备；

所述铣削加工设备包括铣削Y方向直线驱动机构17、铣削X方向直线驱动机构18、铣刀夹具14、铣削控制单元15、铣削Z方向直线驱动机构16；

所述铣削Y方向直线驱动机构17的直线导轨的一端安装在铣削X方向直线驱动机构18上；所述铣削Y方向直线驱动机构17的直线导轨可沿着铣削X方向直线驱动机构18的直线导轨轴向往复运动；所述铣削Y方向直线驱动机构17的直线导轨与铣削X方向直线驱动机构18的直线导轨彼此垂直；

所述铣刀夹具14用于安装铣刀11；所述铣刀夹具14通过铣削控制单元15安装在铣削Z方向直线驱动机构16上。

所述铣削加工设备还设有一个用于放置铣刀的铣刀库21，其包括铣刀架驱动电机10、用于放置铣刀11的铣刀架12、用于更换铣刀11时打开/关闭的铣刀库换刀控制阀13；