本發(fā)明涉及復(fù)合金屬零件3d打印技術(shù)，尤其涉及一種等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備與方法。

背景技術(shù)：

目前為止，市場(chǎng)上遍存在的金屬打印機(jī)普遍是以激光為熱源，加工效率較低。因而以等離子為熱源的3d打印逐漸成為研究的熱門。

與激光為熱源的3d打印機(jī)相比，等離子3d打印機(jī)可以提高加工零件的效率，減少加工成本。除此之外，等離子3d打印可以打印尺寸相對(duì)較大，形狀復(fù)雜的工件。

等離子3d打印機(jī)按材料形狀可分為噴粉式和送絲式兩種，其中噴粉式噴頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，且不容易控制送粉的精度。送絲式3d打印結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，且容易控制送絲的多少，有著良好的性能。但是單純的等離子3d打印有很多的缺點(diǎn)，首先，最重要的是等離子3d打印加工出的零件加工精度和加工質(zhì)量不高，這就難以滿足市場(chǎng)的需求；其次在加工過程中不可避免地需要對(duì)零件加支撐，這不僅會(huì)導(dǎo)致材料的浪費(fèi)，還會(huì)引入支撐去除的問題。由于上述的技術(shù)難題，使得單純的微束等離子3d打印的研究和推廣難以進(jìn)行。

因此，需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行整合與改進(jìn)，既能提供零件加工精度和加工表面質(zhì)量，又能盡量的減少或去除支撐結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備與方法。解決了現(xiàn)有3d打印精度不高，生產(chǎn)效率低，打印尺寸較小等問題，同時(shí)盡量減少或消除支撐結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備，包括銑削工業(yè)機(jī)器人4、焊接工業(yè)機(jī)器人9、安裝在成型基板上的變位器7、金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)；

所述銑削工業(yè)機(jī)器人4的銑削機(jī)械臂3、焊接工業(yè)機(jī)器人9焊接機(jī)械臂91，以及變位器7均置于一個(gè)密封工作室8內(nèi)；所述銑削機(jī)械臂3以及焊接機(jī)械臂91置于變位器7的上方；

所述焊接機(jī)械臂91上安裝有冷金屬焊槍14，金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)用于給冷金屬焊槍14在焊接作業(yè)時(shí)輸送金屬絲材，焊接機(jī)械臂91按照零件的規(guī)劃路徑及速率通過冷金屬焊槍14將金屬絲材融化成型在變位器7上；

所述銑削機(jī)械臂3的機(jī)械手腕2上安裝有銑削刀架15，銑削刀架15上活動(dòng)安裝有銑刀16，用于對(duì)變位器7上已加工零件做機(jī)械加工，使其達(dá)到預(yù)訂的加工精度和表面質(zhì)量。

所述變位器7包括變位器支撐臂結(jié)構(gòu)17、變位器基座18、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)19、x轉(zhuǎn)動(dòng)架20；x轉(zhuǎn)動(dòng)架20為待加工零件的成型基臺(tái)；

所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)19通過轉(zhuǎn)軸21可轉(zhuǎn)動(dòng)連接在變位器支撐臂結(jié)構(gòu)17上，x轉(zhuǎn)動(dòng)架20安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)19的中部；x轉(zhuǎn)動(dòng)架20可繞x軸做-90°至90°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)19可繞轉(zhuǎn)軸21做360°方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備還包括一個(gè)用于給密封工作室8內(nèi)提供ar保護(hù)氣體的高壓ar保護(hù)供給裝置10，以及一個(gè)用于在作業(yè)過程中給冷金屬焊槍14降溫的水冷系統(tǒng)11。

所述金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)包括送絲機(jī)13和金屬絲材存儲(chǔ)箱12共同構(gòu)成；送絲機(jī)13可按要求的送絲速度將金屬絲材輸送到冷金屬焊槍14的噴頭處。

所述銑削工業(yè)機(jī)器人4、焊接工業(yè)機(jī)器人9、安裝在成型基板上的變位器7和金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)的作業(yè)，由3d打印設(shè)備中央控制系統(tǒng)5控制。

所述等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備還包括一個(gè)用于給銑削機(jī)械臂3更換銑刀16的換刀裝置1；以及一個(gè)用于給銑削機(jī)械臂3上的銑刀16進(jìn)行降溫的冷卻液系統(tǒng)6。

一種等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

(1)將待加工的工件三維模型文件導(dǎo)入3d打印設(shè)備中央控制系統(tǒng)5；并設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)；

(2)密封工作室8內(nèi)通保護(hù)氣；3d打印設(shè)備中央控制系統(tǒng)5控制削工業(yè)機(jī)器人4、焊接工業(yè)機(jī)器人9、變位器7工作臺(tái)的相對(duì)位置，使它們處于待命狀態(tài)；

(3)3d打印設(shè)備中央控制系統(tǒng)5控制冷金屬焊槍14達(dá)到預(yù)訂的工作位置，然后與金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)協(xié)同作業(yè)，將絲材按恒定的速度送入冷金屬焊槍14的噴頭內(nèi)，噴頭與變位器7協(xié)同運(yùn)動(dòng)加工零件；

(4)當(dāng)零件成型層數(shù)達(dá)到預(yù)訂層數(shù)時(shí)，冷金屬焊槍14回到初始位置，銑刀16運(yùn)動(dòng)到預(yù)訂位置，對(duì)已加工零件做機(jī)械加工，使其達(dá)到預(yù)訂的加工精度和表面質(zhì)量；

(5)重復(fù)步驟(3)、步驟(4)，直到零件全部加工完成，并達(dá)到要求的加工精度和表面質(zhì)量。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

本發(fā)明的成型平臺(tái)采用變位器，具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，加上兩個(gè)五軸機(jī)器人(銑削工業(yè)機(jī)器人和焊接工業(yè)機(jī)器人)的協(xié)作運(yùn)行，原理上可實(shí)現(xiàn)空間任意位置的加工。

通過變位器，可以調(diào)整零件與焊槍或銑刀的最佳角度，盡可能地提高加工質(zhì)量，同時(shí)還可以盡可能地減少或避免支撐結(jié)構(gòu)的存在。

本發(fā)明將銑削工業(yè)機(jī)器人和焊接工業(yè)機(jī)器人有機(jī)整合，其中一機(jī)器人運(yùn)行等離子焊槍，另一個(gè)運(yùn)行銑刀。等離子焊槍實(shí)現(xiàn)增材制造，這相比于傳統(tǒng)的激光加工，提高了加工的效率，降低了成本；銑刀實(shí)現(xiàn)減材制造，主要處理焊槍加工過的零件，可以提高零件的加工精度。

與采用送粉方式加工零件的3d打印機(jī)相比，本復(fù)合加工3d打印裝備采用送絲結(jié)構(gòu)可以避免材料的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為變位器7的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

實(shí)施例

如圖1、2所示。本發(fā)明公開了一種等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備，包括銑削工業(yè)機(jī)器人4、焊接工業(yè)機(jī)器人9、安裝在成型基板上的變位器7、金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)；

所述銑削工業(yè)機(jī)器人4的銑削機(jī)械臂3、焊接工業(yè)機(jī)器人9焊接機(jī)械臂91，以及變位器7均置于一個(gè)密封工作室8內(nèi)；所述銑削機(jī)械臂3以及焊接機(jī)械臂91置于變位器7的上方；

所述焊接機(jī)械臂91上安裝有冷金屬焊槍14，金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)用于給冷金屬焊槍14在焊接作業(yè)時(shí)輸送金屬絲材，焊接機(jī)械臂91按照零件的規(guī)劃路徑及速率通過冷金屬焊槍14將金屬絲材融化成型在變位器7上；

所述銑削機(jī)械臂3的機(jī)械手腕2上安裝有銑削刀架15，銑削刀架15上活動(dòng)安裝有銑刀16，用于對(duì)變位器7上已加工零件做機(jī)械加工，使其達(dá)到預(yù)訂的加工精度和表面質(zhì)量。

所述變位器7包括變位器支撐臂結(jié)構(gòu)17、變位器基座18、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)19、x轉(zhuǎn)動(dòng)架20；x轉(zhuǎn)動(dòng)架20為待加工零件的成型基臺(tái)；

所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)19通過轉(zhuǎn)軸21可轉(zhuǎn)動(dòng)連接在變位器支撐臂結(jié)構(gòu)17上，x轉(zhuǎn)動(dòng)架20安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)19的中部；x轉(zhuǎn)動(dòng)架20可繞x軸做-90°至90°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)19可繞轉(zhuǎn)軸21做360°方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備還包括一個(gè)用于給密封工作室8內(nèi)提供ar保護(hù)氣體的高壓ar保護(hù)供給裝置10，以及一個(gè)用于在作業(yè)過程中給冷金屬焊槍14降溫的水冷系統(tǒng)11。ar保護(hù)氣體主要是為了防止過熱的工件與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致工件的加工質(zhì)量變差。

所述金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)包括送絲機(jī)13和金屬絲材存儲(chǔ)箱12共同構(gòu)成；送絲機(jī)13可按要求的送絲速度將金屬絲材輸送到冷金屬焊槍14的噴頭處。

所述銑削工業(yè)機(jī)器人4、焊接工業(yè)機(jī)器人9、安裝在成型基板上的變位器7和金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)的作業(yè)，由3d打印設(shè)備中央控制系統(tǒng)5控制。

所述等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備還包括一個(gè)用于給銑削機(jī)械臂3更換銑刀16的換刀裝置1；以及一個(gè)用于給銑削機(jī)械臂3上的銑刀16進(jìn)行降溫的冷卻液系統(tǒng)6。

一種等離子焊和工業(yè)機(jī)器人增減材復(fù)合3d打印設(shè)備的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

(1)將待加工的工件三維模型文件導(dǎo)入3d打印設(shè)備中央控制系統(tǒng)5；并設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)；

(2)密封工作室8內(nèi)通保護(hù)氣；3d打印設(shè)備中央控制系統(tǒng)5控制削工業(yè)機(jī)器人4、焊接工業(yè)機(jī)器人9、變位器7工作臺(tái)的相對(duì)位置，使它們處于待命狀態(tài)；

(3)3d打印設(shè)備中央控制系統(tǒng)5控制冷金屬焊槍14達(dá)到預(yù)訂的工作位置，然后與金屬絲材送絲機(jī)構(gòu)協(xié)同作業(yè)，將絲材按恒定的速度送入冷金屬焊槍14的噴頭內(nèi)，噴頭與變位器7協(xié)同運(yùn)動(dòng)加工零件；

(4)當(dāng)零件成型層數(shù)達(dá)到預(yù)訂層數(shù)時(shí)，冷金屬焊槍14回到初始位置，銑刀16運(yùn)動(dòng)到預(yù)訂位置，對(duì)已加工零件做機(jī)械加工，使其達(dá)到預(yù)訂的加工精度和表面質(zhì)量；

(5)重復(fù)步驟(3)、步驟(4)，直到零件全部加工完成，并達(dá)到要求的加工精度和表面質(zhì)量。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。