[发明专利]一种基于弧焊法的多轴联动式金属3D打印机及打印方法

摘要

本发明公开了一种基于弧焊法的多轴联动式金属3D打印机及打印方法，包括封闭机箱、六轴机械臂、变位基板总成、焊接总成、温控探头和CCD监控器，所述封闭机箱包括成型室、控制室和气瓶室，所述变位基板包括一级变位机和二级变位机，所述一级变位机包括一级变位驱动侧和一级变位支撑侧，所述二级变位机包括二级旋转变位机和打印基板，所述二级旋转变位机的两端设在一级变位机的一级变位驱动侧和一级变位支撑侧上并在一级变位驱动侧的带动下能做上下翻转动作，所述六轴机械臂设在打印基板上方，所述打印基板还设有加热和冷却装置。本发明解决传统3D打印方式耗材制备难度大且利用率低问题，实现了大尺寸功能梯度金属材料零件的打印。

主权项

1.一种基于弧焊法的多轴联动式金属3D打印机的打印方法，其特征在于：所述基于弧焊法的多轴联动式金属3D打印机包括封闭机箱、六轴机械臂、变位基板总成、焊接总成、温控探头和CCD监控器，所述封闭机箱包括成型室、控制室和气瓶室，所述变位基板总成设在成型室内并包括一级变位机和二级变位机，所述一级变位机包括一级变位驱动侧和一级变位支撑侧，所述二级变位机包括二级旋转变位机和设在二级旋转变位机上的打印基板，所述二级旋转变位机的两端设在一级变位机的一级变位驱动侧和一级变位支撑侧上并在一级变位驱动侧的带动下能做上下翻转动作，所述六轴机械臂设在打印基板上方，所述温控探头设在六轴机械臂上；所述焊接总成包括设在控制室内的焊接电源和送丝机，设在气瓶室的储气瓶和设在六轴机械臂前端的焊枪，所述储气瓶通过高压气动软管与焊枪连接，所述送丝机通过导丝管与焊枪连接；所述CCD监控器设在成型室内，所述打印基板还设有加热和冷却装置；所述方法中，在惰性气体的保护下，以金属铝丝作为成型原料，将金属铝丝与基板连接至电源两极通电，金属铝丝通过机械臂在基板上按照规定路径运动并送丝，运动送丝的同时与基板形成电弧，在电弧热的作用下金属铝丝熔融并在基板上形成熔池，熔池冷却后依次再逐层堆积成预定形状，完成金属构件的成型；具体步骤如下：(1)首先，对打印基板预热使打印基板的温度相对于焊丝熔点在‑5～3℃范围之内；(2)当打印基板的温度到达预设温度范围后，所述六轴机械臂根据预设的打印路径开始逐层打印运动，与此同时所述一级变位机和二级变位机驱动打印基板做旋转和偏转运动；每层打印均设有起弧点和熄弧点，且所述起弧点和熄弧点均设在打印本体之外；(3)打印过程中，焊接电源和送丝机根据打印运动的加速度变化和成型情况实时调节电压、电流和送丝速度；每打印完成一层，需通过打印基板上的冷却装置控制已成型部分上表面的温度，待已成型部分上表面的温度达到预设值后，再启动进行下层的打印，依次反复完成整个模型的打印；所述六轴机械臂包括从下至上依次连接的底座、下臂、上臂和手腕，所述底座为340°自由度旋转活动连接，所述下臂为245°自由摆动连接，所述上臂为215°摆动连接，且上臂的摆动轨迹与下臂摆动轨迹的夹角为30°～90°；所述手腕为摆动和旋转连接。