一種軋輥等離子3d打印設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種乳輥等離子3D打印設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乳輥是乳鋼廠乳鋼機(jī)上的重要零件，利用一對或一組乳輥滾動時產(chǎn)生的壓力來乳碾鋼材。它主要承受乳制時的動靜載荷，磨損和溫度變化的影響。乳輥主要包括芯部(也稱輥芯，包括輥軸和輥頸)和同軸布設(shè)在芯部外側(cè)的輥身外層(也稱外層或工作層)。復(fù)合乳輥的輥身外層和芯部用不同材質(zhì)制作，兩種材質(zhì)之間為冶金結(jié)合，輥身外層為工作層且其外表面為輥面，乳輥既能滿足乳機(jī)對輥身耐磨性、抗熱疲勞等性能的要求，同時又保證了芯部和輥頸的強(qiáng)韌性。復(fù)合乳輥的輥身外層和芯部材質(zhì)主要根據(jù)乳輥所在機(jī)架對其使用性能的具體要求選定。常用的復(fù)合乳輥的輥身外層材料有冷硬鑄鐵、無界冷硬鑄鐵、球墨鑄鐵、高絡(luò)鑄鐵、合金鋼、半鋼、尚絡(luò)鋼、尚速鋼、硬質(zhì)合金等;芯部常用材料為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼。
[0003]目前，國內(nèi)外制造乳輥(尤其是復(fù)合乳輥)主要采用的是離心鑄造方法。如1993年3月31日公開的公開號為CN1070433A的發(fā)明專利“乳輥外層材料和離心鑄造的復(fù)合乳棍”中公開了一種采用普通鑄鐵或鍛造鐵質(zhì)作為軸芯進(jìn)行離心鑄造制造復(fù)合乳輥的方法，2012年8月I日公開的公開號為CN102615107A的發(fā)明專利“高硫合金離心復(fù)合球墨鑄鐵乳輥及其制造方法”中公開了一種復(fù)合高硫球墨鑄鐵乳輥的離心鑄造方法，2010年I月13日公開號為CN101623751A的發(fā)明專利“一種含硼低合金高速鋼乳輥的制備方法”中公開了一種采用球墨鑄鐵作為輥芯進(jìn)行離心鑄造制造含硼低合金高速鋼乳輥的方法。但目前所采用的離心鑄造制備乳輥的方法，主要存在以下三方面問題:
[0004]第一、采用離心鑄造方法制造乳輥時，首先需要進(jìn)行鋼水冶煉，冶煉過程中鋼包耐火材料的剝落以及鋼水脫氧與扒渣的不充分等問題均可能對鋼水造成污染，導(dǎo)致乳輥性能降低或報廢；
[0005]第二、離心鑄造過程中元素因比重不同易造成偏析，導(dǎo)致乳輥性能降低；
[0006]第三、離心鑄造的乳輥鑄造完成后需要進(jìn)行熱處理，工藝復(fù)雜，而且現(xiàn)有的熱處理制度容易造成乳輥產(chǎn)生微裂紋、開裂甚至報廢。
[0007]目前，國內(nèi)外金屬零件快速成型技術(shù)主要是選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)(Selective laser melting，SLM)。選區(qū)激光恪化快速成型設(shè)備的基本工作原理是:先在計算機(jī)上利用Pro/e、UG、CATIA等三維造型軟件設(shè)計出零件的三維實體模型(即三維立體模型)，然后通過切片軟件對該三維模型進(jìn)行分層切片，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，在工作缸內(nèi)平鋪一定厚度的粉末，依照計算機(jī)的控制，激光束通過振鏡掃描的方式按照三維零部件圖形的切片處理結(jié)果選擇性地熔化預(yù)置粉末層；隨后，工作缸下降一定距離并再次鋪粉，激光束在振鏡的帶動下再次按照零部件的三維圖形完成零部件下一層的制造;如此重復(fù)鋪粉、掃描和工作缸下降等工序，從而實現(xiàn)三維零部件的制造?，F(xiàn)如今，選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)主要存在以下三方面問題:第一、選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)需要保護(hù)氣氛或真空環(huán)境，以避免成型過程中金屬零件的氧化。這使選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型零件尺寸受到限制，能量源激光器系統(tǒng)價格高，成型設(shè)備價格昂貴;第二、選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)需要鋪粉的成型缸系統(tǒng)。這使選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率較低;第三、為了保障零件力學(xué)性能，選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)需要流動性好的球形金屬粉末。這使選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備運行成本很高。
[0008]另外，金屬零件快速成型技術(shù)中還有電子束快速成型技術(shù)。但目前，選區(qū)電子束快速成型技術(shù)主要存在以下三方面問題:第一、電子束快速成型技術(shù)需要真空環(huán)境，以形成能量源電子束和避免成型過程中金屬零件的氧化。這使電子束快速成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型零件尺寸受到限制，成型設(shè)備價格昂貴;第二、電子束快速成型技術(shù)需要鋪粉系統(tǒng)或成型材料供給系統(tǒng)。這使電子束快速成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率較低；第三、為了保障零件力學(xué)性能，電子束快速成型技術(shù)需要流動性好的球形金屬粉末。這使選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備運行成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)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，成型過程直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行，所成型乳輥質(zhì)量好。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征在于:由監(jiān)控系統(tǒng)、等離子束流加工系統(tǒng)和供待成型乳輥放置的水平打印臺組成，所述待成型乳輥包括輥芯和布設(shè)在輥芯中部外側(cè)的輥身外層，輥身外層與輥芯呈同軸布設(shè);所述水平打印臺包括水平支撐機(jī)構(gòu)和固定安裝在水平支撐機(jī)構(gòu)上且?guī)虞佇纠@其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位于水平支撐機(jī)構(gòu)上方，所述輥芯呈水平布設(shè)且其安裝于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上；
[0011]所述等離子束流加工系統(tǒng)由安裝有噴頭且用于產(chǎn)生等離子束的等離子體發(fā)生器、對所述等離子體發(fā)生器的位置進(jìn)行調(diào)整的打印位置調(diào)整裝置、為所述等離子體發(fā)生器提供工作氣體的供氣裝置和用于連續(xù)向所述等離子體發(fā)生器內(nèi)送入打印材料的送粉器組成，所述等離子體發(fā)生器位于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上方;所述供氣裝置通過供氣管與所述等離子體發(fā)生器上所開的進(jìn)氣口連接;所述等離子體發(fā)生器內(nèi)設(shè)置有供所述粉末流通的粉末流通通道，所述粉末流通通道與所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的放電室內(nèi)部相通且其與所述進(jìn)氣口連通，所述粉末流通通道的外端口為進(jìn)粉口，所述送粉器的送粉口通過送粉管與進(jìn)粉口連接;所述打印位置調(diào)整裝置包括帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發(fā)生器與所述水平移動裝置同步移動并相應(yīng)對所述噴頭的出口與輥芯之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)的打印距離調(diào)節(jié)裝置，所述等離子體發(fā)生器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(diào)節(jié)裝置上；
[0012]所述監(jiān)控系統(tǒng)包括對所述水平移動裝置進(jìn)行控制的水平移動控制器、對輥身外層的外表面溫度進(jìn)行實時檢測的溫度檢測單元、對所述噴頭的出口與輥芯之間的距離進(jìn)行實時檢測的距離檢測單元、對所述打印距離調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行控制的打印距離調(diào)節(jié)控制器、對輥芯的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元和對水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的旋轉(zhuǎn)控制器，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(diào)節(jié)控制器與所述打印距離調(diào)節(jié)裝置連接，所述溫度檢測單元和距離檢測單元均與打印距離調(diào)節(jié)控制器連接;所述溫度檢測單元與打印距離調(diào)節(jié)控制器組成溫度調(diào)控裝置;所述旋轉(zhuǎn)角度檢測單元與旋轉(zhuǎn)控制器連接。
[0013]上述一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征是:所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述等離子體發(fā)生器進(jìn)行控制的等離子發(fā)生控制器、對供氣管的氣體流量進(jìn)行實時檢測的氣體流量檢測單元和對供氣管上安裝的流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制的氣體流量控制器，所述等離子發(fā)生控制器與所述等離子體發(fā)生器連接，所述氣體流量檢測單元與氣體流量控制器連接。
[0014]上述一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征是:所述等離子體發(fā)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(jìn)氣口的槍體、位于槍體正前方的陽極噴嘴和插裝于槍體內(nèi)的陰極，所述陽極噴嘴位于陰極前側(cè)，所述放電室位于陰極前側(cè)且其位于陽極噴嘴的后部內(nèi)側(cè)，所述陽極噴嘴的前部內(nèi)側(cè)為噴口。
[0015]上述一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征是:所述陽極噴嘴、陰極和放電室均與槍體呈同軸布設(shè);所述粉末流通通道與槍體呈傾斜布設(shè)且其前端伸入至噴口內(nèi)，所述粉末流通通道為直線式通道且其包括布設(shè)在槍體內(nèi)的后側(cè)通道和布設(shè)在陽極噴嘴內(nèi)的前側(cè)通道；所述進(jìn)氣口位于槍體后側(cè)，所述噴口與槍體呈同軸布設(shè)或與粉末流通通道呈同軸布設(shè)。
[0016]上述一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征是:所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)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(diào)節(jié)裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進(jìn)行上下調(diào)整的上下調(diào)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輥芯之間的距離進(jìn)行實時檢測的距離檢測裝置。
[0017]上述一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征是:所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括左右兩個均固定安裝在水平支撐機(jī)構(gòu)上的旋轉(zhuǎn)支撐座和帶動輥芯進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述輥芯的兩端分別安裝在兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座上且其兩端與兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座之間均通過軸承進(jìn)行連接;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)為電動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)且其與棍芯進(jìn)行傳動連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)控制器進(jìn)行控制且其與水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接；
[0018]所述水平支撐機(jī)構(gòu)為固定式支撐結(jié)構(gòu)或能上下移動的移動平臺。
[0019]上述一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征是:所述送粉器包括上部開有進(jìn)料口的外殼和安裝在所述外殼內(nèi)的送粉輪，所述送粉輪由驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動;所述送粉口位于所述外殼下部；
[0020]所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對送粉管的送粉流量進(jìn)行實時檢測的粉末流量檢測單元和對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)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。
[0021]同時，本發(fā)明還公開一種方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好的乳輥等離子3D打印方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:
[0022]步驟一、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取待成型乳輥的輥身外層的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輥身外層的三維立體模型進(jìn)行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0023]多個所述分層截面圖像為對輥身外層的三維立體模型進(jìn)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內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0024]步驟二、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)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(jìn)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；
[0025]步驟三、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)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；
[0026]步驟四、由內(nèi)至外逐層打印:先將預(yù)先加工成型的待成型乳輥的輥芯安裝于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，再根據(jù)步驟三中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在輥芯上由內(nèi)至外逐層對輥身外層進(jìn)行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輥身外層;所述成型層的數(shù)量與步驟一中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)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;對輥身外層進(jìn)行打印時，過程如下:
[0027]步驟401、底層打印:根據(jù)步驟三中所獲取的當(dāng)前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動輥芯繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且輥芯旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輥芯的外表面上;待輥芯旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當(dāng)前所打印成型層的打印過程；
[0028]本步驟中，當(dāng)前所打印成型層為多個所述成型層中位于最內(nèi)側(cè)的成型層；
[0029]步驟402、下一層打印，包括以下步驟:
[0030]步驟4021、等離子體發(fā)生器上移:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進(jìn)行一次向上移動且向上移動高度與所述成型層的層厚相同；
[0031]移動到位后，對所述等離子體發(fā)生器的高度進(jìn)行記錄，此時所述等離子體發(fā)生器的高度為當(dāng)前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0032]步驟4022、打印及同步溫控:根據(jù)步驟三中所獲取的當(dāng)前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動輥芯繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且輥芯旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待輥芯旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當(dāng)前所打印成型層的打印過程；
[0033]本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元對當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度進(jìn)行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器，同時通過距離檢測單元對所述噴頭的出口與輥芯之間的距離進(jìn)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(diào)節(jié)控制器;所述打印距離調(diào)節(jié)控制器根據(jù)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(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與輥芯之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度不高于輥身外層的材質(zhì)熔點的0.6倍；
[0034]步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輥芯的中心軸線進(jìn)行移動；步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;所述打印材料為粉末狀材料；
[0035]步驟4023、等離子體發(fā)生器移動復(fù)位:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進(jìn)行上下移動，直至將所述等離子體發(fā)生器的高度調(diào)整為步驟4021中當(dāng)前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0036]步驟403、多次重復(fù)步驟402，直至完成輥身外層所有成型層的打印過程。
[0037]上述對待成型乳棍進(jìn)行等離子3D打印的方法，其特征是:步驟四中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟一中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合通過參數(shù)輸入單元預(yù)先輸入的輥身外層的材質(zhì)名稱，對輥身外層的基礎(chǔ)打印距離進(jìn)行確定;所述參數(shù)輸入單元與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備相接；
[0038]所述材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫中存儲有多種材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息，每種所述材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息均包括該種材質(zhì)的名稱、熔點和基礎(chǔ)打印距離D ；所述基礎(chǔ)打印距離D為5mm?1000mm，且材質(zhì)熔點越高，基礎(chǔ)打印距離D越近；
[0039]步驟401中進(jìn)行底層打印之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器根據(jù)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(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輥芯之間的距離調(diào)節(jié)為D+r，其中r為輥芯的半徑，所述噴頭的出口與輥芯之間的距離為所述噴頭的出口與輥芯的中心軸線之間的距離;步驟401中底層打印過程中，所述噴頭的出口與輥芯之間的距離為 D+r;
[0040]步驟4022中進(jìn)行打印及同步溫控之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器根據(jù)距離檢測單元所檢測的距離信息并結(jié)合當(dāng)前已打印完成所述成型層的層數(shù)N，且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輥芯之間的距離調(diào)節(jié)為D+r+NXd，其中d為所述成型層的層厚；步驟4022中對所述噴頭的出口與輥芯之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)時，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器根據(jù)溫度檢測單元所檢測的溫度信息并結(jié)合距離檢測單元所檢測的距離信息對所述噴頭的出口與輥芯之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度控制在輥身外層的材質(zhì)熔點的0.1倍?0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與輥身外層之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)幅度為5mm?60mm，且材質(zhì)恪點越高，調(diào)節(jié)幅度越小。
[0041 ] 上述對待成型乳輥進(jìn)行等離子3D打印的方法，其特征是:所述送粉器包括上部開有進(jìn)料口的外殼和安裝在所述外殼內(nèi)的送粉輪，所述送粉輪由驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動;所述送粉口位于所述外殼下部;所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述等離子體發(fā)生器進(jìn)行控制的等離子發(fā)生控制器、對供氣管的氣體流量進(jìn)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(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制的氣體流量控制器、對送粉管的送粉流量進(jìn)行實時檢測的粉末流量檢測單元和對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制的送粉流量控制器，所述等離子發(fā)生控制器與所述等離子體發(fā)生器連接，所述氣體流量檢測單元與氣體流量控制器連接;所述粉末流量檢測單元與送粉流量控制器連接;所述距離檢測單元與氣體流量控制器連接；
[0042]步驟四中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟一中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的所述成型層的層厚，對供氣管的基礎(chǔ)氣體流量和送粉管的送粉流量進(jìn)行確定；
[0043]所述氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲有多種不同層厚的成型層所需的送粉流量和基礎(chǔ)氣體流量;所述基礎(chǔ)氣體流量為50ml/min?15000ml/min，且送粉管的送粉流量越大，所述基礎(chǔ)氣體流量越大；
[0044]步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述粉末流量檢測單元對送粉管的送粉流量進(jìn)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(jù)預(yù)先確定的送粉管的送粉流量并結(jié)合粉末流量檢測單元所檢測信息對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制，使送粉管的送粉流量均與預(yù)先確定的送粉流量相同；
[0045]步驟401中進(jìn)行底層打印之前，所述氣體流量控制器根據(jù)氣體流量檢測單元所檢測信息且通過控制流量調(diào)節(jié)閥將供氣管的氣體流量調(diào)整為所述基礎(chǔ)氣體流量;步驟401中底層打印過程中，所述供氣管的氣體流量為所述基礎(chǔ)氣體流量；
[0046]步驟4022中進(jìn)行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器根據(jù)氣體流量檢測單元所檢測信息并結(jié)合距離檢測單元所檢測距離信息，且通過控制流量調(diào)節(jié)閥對供氣管的氣體流量進(jìn)行增減調(diào)整;并且，所述噴頭的出口與輥芯之間的距離越大，所述供氣管的氣體流量越大。
[0047]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0048]1、所采用的乳輥等離子3D打印設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且投入成本較低、加工制作及安裝布設(shè)方便。
[0049]2、所采用的乳輥等離子3D打印設(shè)備無需密閉成型室，并且不需要保護(hù)氣氛或真空環(huán)境，工件成型過程直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行。因而，結(jié)構(gòu)非常簡單，并且成型零件尺寸不受限制，設(shè)備價格較低。
[0050]3、乳輥等離子3D打印設(shè)備的打印材料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(tǒng)不需要鋪粉系統(tǒng)，僅需一個送粉器即可，結(jié)構(gòu)大幅度簡化。
[0051]4、所采用的乳輥等離子3D打印設(shè)備使用操作簡便、智能化程度且成型效率高、使用效果好，所成型乳輥質(zhì)量好。所采用的監(jiān)控系統(tǒng)包括對水平移動裝置進(jìn)行控制的水平移動控制器、對輥身外層外表面溫度進(jìn)行實時檢測的溫度檢測單元、對噴頭的出口與輥芯之間的距離進(jìn)行實時檢測的距離檢測單元、對打印距離調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行控制的打印距離調(diào)節(jié)控制器、對輥芯的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元和對水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的旋轉(zhuǎn)控制器，打印距離調(diào)節(jié)控制器與打印距離調(diào)節(jié)裝置連接，溫度檢測單元和距離檢測單元均與打印距離調(diào)節(jié)控制器連接;溫度檢測單元與打印距離調(diào)節(jié)控制器組成溫度調(diào)控裝置，旋轉(zhuǎn)角度檢測單元與旋轉(zhuǎn)控制器連接。
[0052]實際使用過程中，溫度調(diào)控裝置中的打印距離調(diào)節(jié)控制器根據(jù)溫度檢測單元所檢測信息對打印距離調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行控制，使得打印距離能自適應(yīng)調(diào)節(jié)，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(xiàn)熔化的問題，并且也能防止因打印距離過遠(yuǎn)造成的成型精度較低、熔融液滴在噴至上一個打印層外表面之前發(fā)生凝固等問題，使得成型過程易于控制，且實現(xiàn)方便，同時能有效防止乳輥輥身外層的表面發(fā)生氧化，因而無需設(shè)置密閉的真空環(huán)境。另外，所采用的監(jiān)控系統(tǒng)還包括氣體流量自適應(yīng)調(diào)節(jié)和粉末流量自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，智能化程度高。
[0053]5、乳輥等離子3D打印設(shè)備采用的能量源為等離子束，等離子束功率可達(dá)數(shù)十千瓦，能熔化陶瓷材料，實現(xiàn)金屬、金屬陶瓷和陶瓷零件的等離子澆鑄快速成型。產(chǎn)生等離子束的等離子發(fā)生器(具體是等離子槍)結(jié)構(gòu)簡單，運行維護(hù)成本低，等離子澆鑄快速成型設(shè)備成本低。
[0054]6、乳輥等離子3D打印設(shè)備所打印材料的液滴在等離子束流中，等離子束本身具有保護(hù)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(shè)備不需要保護(hù)氣氛或真空環(huán)境，直接在大氣環(huán)境下使用，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、運行成本低、成型零件尺寸不受限制等優(yōu)點。
[0055]7、乳輥等離子3D打印設(shè)備采用直流電機(jī)帶動粉輪旋轉(zhuǎn)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(shè)備打印材料成本低。
[0056]8、乳輥等離子3D打印設(shè)備打印時材料狀態(tài)由液態(tài)凝固成固態(tài)，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(nèi)含未電離的工作氣體)的作用下粉末進(jìn)入等離子束內(nèi)，并在所述等離子束內(nèi)加速、加熱并熔化成熔融狀態(tài)形成微小的液滴，該液滴隨等離子束一并噴出，形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;粉末經(jīng)熔化后形成的熔融液滴隨等離子束噴出后，形成由均勻分布有打印材料的熔融液滴的微液流，形成澆鑄式成型，避免了熔滴冷卻凝固成型時產(chǎn)生的圓形收縮現(xiàn)象，零件力學(xué)性能高，表面光滑，降低了快速成型的工藝難度。
[0057]9、所采用的乳輥等離子3D打印方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好，通過對等離子槍結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)將粉末直接送入等離子束中使粉末熔化，形成所打印材料的液滴等離子束流。等離子束具有保護(hù)作用，不需要保護(hù)氣氛或真空環(huán)境，直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行打印。并且，打印材料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(tǒng)。另外，采用直流電機(jī)帶動粉輪旋轉(zhuǎn)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。打印時，材料狀態(tài)由液態(tài)凝固成固態(tài)，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(nèi)容可知，本發(fā)明對傳統(tǒng)的等離子堆焊方法進(jìn)行本質(zhì)上改進(jìn)，現(xiàn)有的等離子堆焊方法一般均設(shè)置有等離子弧壓調(diào)高器，等離子槍與工件表面的距離不大于15_，適用范圍受限。而本發(fā)明中，打印距離能在大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同材質(zhì)打印需求，并且能有效保證工件(即乳輥輥身外層)成型質(zhì)量，尤其適用于復(fù)合乳輥的制造。
[0058]采用本發(fā)明所述的乳輥等離子3D打印設(shè)備及對應(yīng)的打印方法，能有效解決選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)和電子束快速成型技術(shù)存在的上述問題，并且為乳輥提供了一種全新的制造方法，能有效解決現(xiàn)有離心鑄造制備乳輥的方法存在的多種問題，在預(yù)先加工成型的輥芯上一次加工成型輥身外層，具有成型效率高、成型質(zhì)量好、輥芯與輥身外層間連接強(qiáng)度高、所加工成型乳輥質(zhì)量好等優(yōu)點。
[0059]10、乳輥的輥身材料在等離子束中熔化形成液滴，等離子束具有保護(hù)和提純作用，避免了離心鑄造輥身材料冶煉和澆鑄過程中的污染，乳輥性能穩(wěn)定;并且，輥身材料分層打印過程中，液滴凝固速度快，輥身材料晶粒細(xì)小，也不會造成元素偏析，所成型乳輥的性能好;采用本發(fā)明打印乳輥時，下一層輥身材料打印過程中，等離子束流能夠?qū)ι弦粚哟蛴〔牧线M(jìn)行同步熱處理，輥身熱應(yīng)力小，不會出現(xiàn)微裂紋或開裂，成品率可以達(dá)到百分之百；采用本發(fā)明打印乳輥時，工藝過程簡單，工藝流程短，設(shè)備成本低，與離心鑄造方法相比，降低了工藝難度和成本。并且，本發(fā)明所公開的乳輥等離子3D打印設(shè)備能直接在大氣環(huán)境下使用，成型時可將乳輥材料熔化成液流，實現(xiàn)連續(xù)微澆鑄快速成型，工藝過程簡化，降低了傳統(tǒng)復(fù)合乳輥制造的工藝難度和成本，提高了復(fù)合乳輥的性能。
[0060]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0061 ]圖1為本發(fā)明乳輥等離子3D打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]圖2為本發(fā)明實施例1中等離子槍的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063]圖3為本發(fā)明監(jiān)控系統(tǒng)的電路原理框圖。
[0064]圖4為本發(fā)明進(jìn)氣環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0065]圖5為本發(fā)明進(jìn)氣環(huán)本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0066]圖6為本發(fā)明乳輥等離子3D打印方法的流程框圖。
[0067]圖7為本發(fā)明實施例2中等離子槍的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0068]附圖標(biāo)記說明:
[0069]I 一供氣裝置；2—送粉器；3-1 —輥芯；
[0070]3-2 一輥身外層；4 一水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 5—供氣管；
[0071]6—送粉管；7—等離子發(fā)生控制器；
[0072]8—距離檢測單元；9 一溫度檢測單元；
[0073]10—打印距離調(diào)節(jié)控制器；11一氣體流量檢測單元；
[0074]12—氣體流量控制器；13—等離子槍；13-1—槍體；
[0075]13-2—陽極噴嘴；13-3—陰極；13-4—放電室；
[0076]13-5—嗔口；13-6—絕緣層；14一粉末流通通道；
[0077]15一旋轉(zhuǎn)控制器；16—水平支撐機(jī)構(gòu)；17—上下調(diào)整裝置；
[0078]18 一粉末流量檢測單兀； 19 一驅(qū)動電機(jī)；20—送粉流量控制器；
[0079]21—進(jìn)氣環(huán)；21-1—進(jìn)氣環(huán)本體；21-2—環(huán)形密封蓋；
[0080]21-3 一環(huán)形進(jìn)氣槽；21_4 一外側(cè)進(jìn)氣孔；21-5 —內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔；
[0081 ]22—進(jìn)粉口；23—PC機(jī)；24—水平移動控制器；
[0082]24-1 — X軸移動機(jī)構(gòu)；24-2—Y軸移動機(jī)構(gòu)；
[0083]25—流量調(diào)節(jié)閥；26—旋轉(zhuǎn)角度檢測單元。
【具體實施方式】
[0084]實施例1
[0085]如圖1所示的一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，由監(jiān)控系統(tǒng)、等離子束流加工系統(tǒng)和供待成型乳輥放置的水平打印臺組成，所述待成型乳輥包括輥芯3-1和布設(shè)在輥芯3-1中部外側(cè)的輥身外層3-2，輥身外層3-2與輥芯3-1呈同軸布設(shè)。所述水平打印臺包括水平支撐機(jī)構(gòu)16和固定安裝在水平支撐機(jī)構(gòu)16上且?guī)虞佇?-1繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4，所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4位于水平支撐機(jī)構(gòu)16上方，所述輥芯3-1呈水平布設(shè)且其安裝于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4上。
[0086]所述等離子束流加工系統(tǒng)由安裝有噴頭且用于產(chǎn)生等離子束的等離子體發(fā)生器、對所述等離子體發(fā)生器的位置進(jìn)行調(diào)整的打印位置調(diào)整裝置、為所述等離子體發(fā)生器提供工作氣體的供氣裝置I和用于連續(xù)向所述等離子體發(fā)生器內(nèi)送入打印材料的送粉器2組成，所述等離子體發(fā)生器位于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4上方。所述供氣裝置I通過供氣管5與所述等離子體發(fā)生器上所開的進(jìn)氣口連接。結(jié)合圖2，所述等離子體發(fā)生器內(nèi)設(shè)置有供所述粉末流通的粉末流通通道14，所述粉末流通通道14與所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的放電室13-4內(nèi)部相通且其與所述進(jìn)氣口連通，所述粉末流通通道的外端口為進(jìn)粉口 22，所述送粉器2的送粉口通過送粉管6與進(jìn)粉口 22連接;所述打印位置調(diào)整裝置包括帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發(fā)生器與所述水平移動裝置同步移動并相應(yīng)對所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)的打印距離調(diào)節(jié)裝置，所述等離子體發(fā)生器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(diào)節(jié)裝置上。所述打印材料為粉末狀材料(即粉末)，并且，所述打印材料為待成型乳輥的輥身材料，即輥身外層3-2所用的材料。所述等離子束流加工系統(tǒng)為在輥芯3-1上加工輥身外層3-2的加工系統(tǒng)。
[0087]如圖3所示，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括對所述水平移動裝置進(jìn)行控制的水平移動控制器24、對輥身外層3-2的外表面溫度進(jìn)行實時檢測的溫度檢測單元9、對所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離進(jìn)行實時檢測的距離檢測單元8、對所述打印距離調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行控制的打印距離調(diào)節(jié)控制器10、對輥芯3-1的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元26和對水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4進(jìn)行控制的旋轉(zhuǎn)控制器15，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(diào)節(jié)控制器10與所述打印距離調(diào)節(jié)裝置連接，所述溫度檢測單元9和距離檢測單元8均與打印距離調(diào)節(jié)控制器10連接;所述溫度檢測單元9與打印距離調(diào)節(jié)控制器10組成溫度調(diào)控裝置;所述旋轉(zhuǎn)角度檢測單元26與旋轉(zhuǎn)控制器15連接。所述旋轉(zhuǎn)角度檢測單元26安裝在輥芯3-1上。
[0088]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(tǒng)在輥身外層3-2上的打印位置處(即加工位置處)溫度進(jìn)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。
[0089]實際布設(shè)安裝時，所述溫度檢測單元9位于輥芯3-1上方。本實施例中，所述溫度檢測單元9位于輥芯3-1的正上方。因而，通過溫度檢測單元9對輥身外層3-2上表面的溫度進(jìn)行實時檢測。
[0090]所述噴頭的出口位于輥芯3-1的正上方，并且所述等離子體發(fā)生器與輥芯3-1布設(shè)在同一豎直面上。
[0091]需說明的是:所述距離檢測單元8檢測出的所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離為所述噴頭的出口與輥芯3-1的中心軸線之間的距離。
[0092]本實施例中，所述水平移動裝置包括帶動所述等離子體發(fā)生器在X軸方向上進(jìn)行水平移動的X軸移動機(jī)構(gòu)24-1和帶動所述等離子體發(fā)生器在Y軸方向上進(jìn)行水平移動的Y軸移動機(jī)構(gòu)24-2，因而所述水平移動裝置為X-Y軸移動裝置。其中，X軸方向為輥芯3-1的中心軸線方向。
[0093]并且，所述等離子體發(fā)生器安裝在Y軸移動機(jī)構(gòu)24-2上，所述Y軸移動機(jī)構(gòu)24-2安裝在X軸移動機(jī)構(gòu)24-1上，所述X軸移動機(jī)構(gòu)24-1安裝在所述打印距離調(diào)節(jié)裝置上。實際使用過程中，通過Y軸移動機(jī)構(gòu)24-2帶動所述等離子體發(fā)生器在Y軸方向上進(jìn)行水平移動，通過X軸移動機(jī)構(gòu)24-1帶動Y軸移動機(jī)構(gòu)24-2與所述等離子體發(fā)生器同步在X軸方向上進(jìn)行水平移動，并且通過所述打印距離調(diào)節(jié)裝置帶動所述水平移動裝置與所述等離子體發(fā)生器同步在所述等離子束的中心軸線上進(jìn)行移動。
[0094]本實施例中，所述Y軸移動機(jī)構(gòu)24_2、X軸移動機(jī)構(gòu)24-1和所述打印距離調(diào)節(jié)裝置組成帶動所述等離子體發(fā)生器(具體是等離子槍13)進(jìn)行三維運動的機(jī)械手。
[0095]本實施例中，所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述等離子體發(fā)生器進(jìn)行控制的等離子發(fā)生控制器7、對供氣管5的氣體流量進(jìn)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(diào)節(jié)閥25進(jìn)行控制的氣體流量控制器12，所述等離子發(fā)生控制器7與所述等離子體發(fā)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。
[0096]本實施例中，如圖2所示，所述等離子體發(fā)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(jìn)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(nèi)的陰極13-3，所述陽極噴嘴13-2位于陰極13-3前側(cè)，所述放電室13-4位于陰極13-3前側(cè)且其位于陽極噴嘴13-2的后部內(nèi)側(cè)，所述陽極噴嘴13-2的前部內(nèi)側(cè)為噴口 13-5。
[0097]實際使用時，所述等離子槍13安裝在Y軸移動機(jī)構(gòu)24-2上。
[0098]實際使用時，所述水平移動裝置也可以僅為帶動所述等離子體發(fā)生器在X軸方向上進(jìn)行水平移動的X軸移動機(jī)構(gòu)24-1。此時，所述等離子槍13安裝在X軸移動機(jī)構(gòu)24-1上。
[0099]本實施例中，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(shè);所述粉末流通通道14與槍體13-1呈傾斜布設(shè)且其前端伸入至噴口 13-5內(nèi)，所述粉末流通通道14為直線式通道且其包括布設(shè)在槍體13-1內(nèi)的后側(cè)通道和布設(shè)在陽極噴嘴13-2內(nèi)的前側(cè)通道。
[0100]并且，所述進(jìn)氣口位于槍體13-1后側(cè)，所述噴口 13-5與槍體13-1呈同軸布設(shè)或與粉末流通通道14呈同軸布設(shè)。
[0101]本實施例中，所述陽極噴嘴13-2和槍體13-1之間設(shè)置有絕緣層13-6。
[0102]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(shè)。
[0103]本實施例中，所述供氣管5通過進(jìn)氣環(huán)21與所述等離子體發(fā)生器上所開的進(jìn)氣口連接。并且，通過進(jìn)氣環(huán)21向所述等離子體發(fā)生器內(nèi)均勻供氣。
[0104]如圖4、圖5所示，所述進(jìn)氣環(huán)21為圓環(huán)形且其包括進(jìn)氣環(huán)本體21-1和蓋裝在進(jìn)氣環(huán)本體21-1上的環(huán)形密封蓋21-2，所述進(jìn)氣環(huán)本體21-1為圓環(huán)形且其內(nèi)側(cè)壁上開有一個環(huán)形進(jìn)氣槽21-3，所述進(jìn)氣環(huán)本體21-1上開有一個與供氣管5相接的外側(cè)進(jìn)氣孔21-4且其內(nèi)側(cè)開有多個內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔21-5，多個所述內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔21-5沿圓周方向均勻布設(shè)且其均位于環(huán)形進(jìn)氣槽21-3內(nèi)側(cè)，所述外側(cè)進(jìn)氣孔21-4位于環(huán)形進(jìn)氣槽21-3外側(cè)，所述外側(cè)進(jìn)氣孔21-4和多個所述內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔21-5均與環(huán)形進(jìn)氣槽21-3內(nèi)部相通。
[0105]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(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔21-5相通的槍體進(jìn)氣孔。
[0106]實際使用時，所述粉末流通通道14也可以與所述工作氣體的進(jìn)氣通道采用同一通道。
[0107]本實施例中，所述粉末流通通道14的出粉口位于放電室13-4前側(cè)且其位于噴口13-5的內(nèi)部后側(cè)。
[0108]如圖2所示的等離子槍13使用過程中，所述放電室13-4內(nèi)產(chǎn)生等離子體，所產(chǎn)生的等離子體形成等離子束并經(jīng)噴口 13-5噴出；與此同時，所述粉末通過粉末流通通道14傾斜向進(jìn)入噴口 13-5，并且在所述工作氣體的作用下所述粉末進(jìn)入所述等離子束內(nèi)，并在所述等離子束內(nèi)加速、加熱并熔化成熔融狀態(tài)形成微小的液滴，該液滴隨等離子束一并噴出，形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;粉末經(jīng)熔化后形成的熔融液滴隨等離子束噴出后，形成由均勻分布有打印材料的熔融液滴的微液流。因而，所述打印材料為粉末，對粉末的形狀無特殊要求。
[0109]本實施例中，所述工作氣體為惰性氣體或出氣。
[0110]其中，惰性氣體為Ar氣、He氣和N2氣。
[0111]實際使用時，所述水平支撐機(jī)構(gòu)16為固定式支撐結(jié)構(gòu)或能上下移動的移動平臺。
[0112]當(dāng)所述水平支撐機(jī)構(gòu)16為移動平臺時，所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述移動平臺進(jìn)行控制的位置調(diào)整控制器，所述位置調(diào)整控制器與所述移動平臺連接。實際使用時，所述移動平臺可以為三軸數(shù)控機(jī)床。并且，所述位置調(diào)整控制器為三軸數(shù)控機(jī)床的控制器。實際使用時，所述移動平臺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(jìn)行上下移動的豎向移動裝置。
[0113]本實施例中，所述水平支撐機(jī)構(gòu)16為位置固定不動的固定式支撐結(jié)構(gòu)。
[0114]實際使用過程中，所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)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(diào)節(jié)裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進(jìn)行上下調(diào)整的上下調(diào)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輥芯3-1之間的距離進(jìn)行實時檢測的距離檢測裝置。
[0115]本實施例中，所述上下調(diào)整裝置17為Z軸方向調(diào)整裝置，其中Z軸方向為豎直方向。
[0116]并且，所述上下調(diào)整裝置17為伸縮液壓缸。
[0117]本實施例中，所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束的中心軸線呈豎直向布設(shè)。實際使用時，可根據(jù)具體需要，對所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
[0118]本實施例中，所述送粉器2包括上部開有進(jìn)料口的外殼和安裝在所述外殼內(nèi)的送粉輪，所述送粉輪由驅(qū)動電機(jī)19進(jìn)行驅(qū)動;所述送粉口位于所述外殼下部。
[0119]如圖3所示，所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對送粉管6的送粉流量進(jìn)行實時檢測的粉末流量檢測單元18和對驅(qū)動電機(jī)19進(jìn)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。
[0120]本實施例中，所述驅(qū)動電機(jī)19為直流電機(jī)。實際使用過程中，通過改變所述直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對送粉管6的送粉流量進(jìn)行簡便、快速調(diào)整。
[0121 ]本實施例中，所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括分別對Y軸移動機(jī)構(gòu)24-2在Y軸方向上的水平位移、對X軸移動機(jī)構(gòu)24-1在X軸方向上的水平位移和對上下調(diào)整裝置17在Z軸方向上的位移進(jìn)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和第二位移檢測單元均與水平移動控制器24連接，所述第三位移檢測單元與打印距離調(diào)節(jié)控制器10連接。
[0122]本實施例中，所述等離子發(fā)生控制器7、氣體流量控制器12、旋轉(zhuǎn)控制器15、打印距離調(diào)節(jié)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(shù)據(jù)處理設(shè)備相接，所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備為PC機(jī)23。所述供氣裝置I由PC機(jī)23進(jìn)行啟?？刂啤?br>[0123]本實施例中，所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4包括左右兩個均固定安裝在所述水平支撐機(jī)構(gòu)上的旋轉(zhuǎn)支撐座4-1和帶動輥芯3-1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)4-2，所述輥芯3-1的兩端分別安裝在兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1上且其兩端與兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1之間均通過軸承進(jìn)行連接;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)4-2為電動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)且其與棍芯3-1進(jìn)行傳動連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)4-2由旋轉(zhuǎn)控制器27進(jìn)行控制且其與水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4連接。
[0124]并且，兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1均為軸承座且二者均呈豎直向布設(shè)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)4-2安裝在一個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1上且其與輥芯3-1的一端進(jìn)行傳動連接。
[0125]實際使用時，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)4-2的數(shù)量也可以為兩個，兩個所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)4-2分別安裝在兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1上且二者分別與輥芯3-1的兩端進(jìn)行傳動連接。
[0126]如圖6所示的一種乳輥等離子3D打印方法，包括以下步驟:
[0127]步驟一、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取待成型乳輥的輥身外層3-2的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輥身外層3-2的三維立體模型進(jìn)行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0128]多個所述分層截面圖像為對輥身外層3-2的三維立體模型進(jìn)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內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0129]步驟二、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)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(jìn)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；
[0130]步驟三、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)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；
[0131]本實施例中，每個所述分層截面的打印路徑均包括所述等離子體發(fā)生器在水平面上的移動路徑和輥芯3-1旋轉(zhuǎn)一周的旋轉(zhuǎn)路徑；
[0132]步驟四、由內(nèi)至外逐層打印:先將預(yù)先加工成型的待成型乳輥的輥芯3-1安裝于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4上，再根據(jù)步驟三中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在輥芯3-1上由內(nèi)至外逐層對輥身外層3-2進(jìn)行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輥身外層3-2;所述成型層的數(shù)量與步驟一中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)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;對輥身外層3-2進(jìn)行打印時，過程如下:
[0133]步驟401、底層打印:根據(jù)步驟三中所獲取的當(dāng)前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4帶動輥芯3-1繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且輥芯3-1旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輥芯3-1的外表面上;待輥芯3-1旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當(dāng)前所打印成型層的打印過程；
[0134]本步驟中，當(dāng)前所打印成型層為多個所述成型層中位于最內(nèi)側(cè)的成型層；
[0135]步驟402、下一層打印，包括以下步驟:
[0136]步驟4021、等離子體發(fā)生器上移:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器10控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進(jìn)行一次向上移動且向上移動高度與所述成型層的層厚相同；
[0137]移動到位后，對所述等離子體發(fā)生器的高度進(jìn)行記錄，此時所述等離子體發(fā)生器的高度為當(dāng)前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0138]步驟4022、打印及同步溫控:根據(jù)步驟三中所獲取的當(dāng)前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4帶動輥芯3-1繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且輥芯3-1旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待輥芯3-1旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當(dāng)前所打印成型層的打印過程；
[0139]本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元9對當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度進(jìn)行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器10，同時通過距離檢測單元8對所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離進(jìn)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(diào)節(jié)控制器10;所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)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(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度不高于棍身外層3-2的材質(zhì)恪點的0.6倍；
[0140]步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輥芯3-1的中心軸線進(jìn)行移動;步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器2將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流。并且，所述熔融液滴在所述工作氣體(等離子束內(nèi)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;所述打印材料為粉末狀材料；
[0141]步驟4023、等離子體發(fā)生器移動復(fù)位:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器10控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進(jìn)行上下移動，直至將所述等離子體發(fā)生器的高度調(diào)整為步驟4021中當(dāng)前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0142]步驟403、多次重復(fù)步驟402，直至完成輥身外層3-2所有成型層的打印過程。
[0143]本實施例中，步驟一中所述輥芯3-1為圓柱形，所述輥身外層3-2為圓筒形，多個所述分層截面均為圓柱面。
[0144]本實施例中，步驟一中所述分層切片模塊為分層切片軟件。所述分層切片軟件為3D打印采用的常規(guī)分層切片軟件，如Cura、Xbui Ider、Makerbot等。
[0145]本實施例中，步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子體發(fā)生器均沿輥芯3-1的中心軸線進(jìn)行左右移動。并且，步驟401和步驟4022中，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4帶動輥芯3-1繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，所述輥芯3-1由先至后分M次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，每一次旋轉(zhuǎn)到位后所述輥芯3-1均停止旋轉(zhuǎn)，之后所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器沿輥芯3-1的中心軸線進(jìn)行向左或向右進(jìn)行一次移動。其中，M的數(shù)量與當(dāng)前所打印成型層的打印路徑中所述等離子體發(fā)生器沿輥芯3-1的中心軸線進(jìn)行向左與向右移動的總次數(shù)相同。
[0146]因而，M的數(shù)量根據(jù)當(dāng)前所打印成型層的周長(即打印總寬度)、所述等離子束流的噴灑寬度(即掃描寬度)與前后相鄰兩個所述等離子束流之間的搭接寬度進(jìn)行確定。
[0147]步驟401中所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液流的等離子束流連續(xù)噴至輥芯3-1的外表面上時，內(nèi)帶的熔融液流同步流至輥芯3-1的外表面上。步驟4022中所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液流的等離子束流連續(xù)噴至當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面上時，內(nèi)帶的熔融液流同步流至當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面上。
[0148]本實施例中，步驟四中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟一中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合通過參數(shù)輸入單元預(yù)先輸入的輥身外層3-2的材質(zhì)名稱，對輥身外層3-2的基礎(chǔ)打印距離進(jìn)行確定;所述參數(shù)輸入單元與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備相接；
[0149]所述材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫中存儲有多種材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息，每種所述材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息均包括該種材質(zhì)的名稱、熔點和基礎(chǔ)打印距離D ；所述基礎(chǔ)打印距離D為5mm?1000mm，且材質(zhì)熔點越高，基礎(chǔ)打印距離D越近；
[0150]步驟401中進(jìn)行底層打印之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)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(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離調(diào)節(jié)為D+r，其中r為輥芯3-1的半徑(具體為輥芯3-1上輥身外層3-2的布設(shè)位置處的半徑)，所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離為所述噴頭的出口與輥芯3-1的中心軸線之間的距離;步驟401中底層打印過程中，所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離為D+r;
[0151]步驟4022中進(jìn)行打印及同步溫控之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)距離檢測單元8所檢測的距離信息并結(jié)合當(dāng)前已打印完成所述成型層的層數(shù)N，且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離調(diào)節(jié)為D+r+NXd，其中d為所述成型層的層厚;步驟4022中對所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)時，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)溫度檢測單元9所檢測的溫度信息并結(jié)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輥芯3-1之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度控制在輥身外層3-2的材質(zhì)熔點的0.1倍?0.6倍之間;并且，對所述噴頭的出口與棍身外層3-2之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)幅度為5mm?60mm，且材質(zhì)恪點越高，調(diào)節(jié)幅度越小。
[0152]本實施例中，步驟四中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟一中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的所述成型層的層厚，對供氣管5的基礎(chǔ)氣體流量和送粉管6的送粉流量進(jìn)行確定；
[0153]所述氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲有多種不同層厚的成型層所需的送粉流量和基礎(chǔ)氣體流量;所述基礎(chǔ)氣體流量為50ml/min?15000ml/min，且送粉管6的送粉流量越大，所述基礎(chǔ)氣體流量越大；
[0154]步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述粉末流量檢測單元18對送粉管6的送粉流量進(jìn)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(jù)預(yù)先確定的送粉管6的送粉流量并結(jié)合粉末流量檢測單元18所檢測信息對驅(qū)動電機(jī)19進(jìn)行控制，使送粉管6的送粉流量均與預(yù)先確定的送粉流量相同；
[0155]步驟401中進(jìn)行底層打印之前，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25將供氣管5的氣體流量調(diào)整為所述基礎(chǔ)氣體流量;步驟401中底層打印過程中，所述供氣管5的氣體流量為所述基礎(chǔ)氣體流量；
[0156]步驟4022中進(jìn)行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息并結(jié)合距離檢測單元8所檢測距離信息，且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25對供氣管5的氣體流量進(jìn)行增減調(diào)整;并且，所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離越大，所述供氣管5的氣體流量越大。
[0157]本實施例中，獲取輥身外層3-2的三維立體模型時，利用pro/e、UG、CATIA等三維制圖軟件設(shè)計出輥身外層3-2的三維立體模型(即三維實體模型)，或者利用反求工程求解出輥身外層3-2的三維立體模型;再通過所述分層切片模塊對該三維立體模型進(jìn)行分層切片，并得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，相應(yīng)獲得所述等離子束流加工系統(tǒng)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(guī)激光選區(qū)熔化成型或電子束選區(qū)熔化成型采用的方法相同。之后，根據(jù)所獲得的打印路徑在水平面上進(jìn)行X軸方向運動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輥芯3-1上或當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待所噴熔融液滴均凝固后，完成一個成型層的打印過程;然后，進(jìn)行下一個成型層的打印，這樣逐層打印，從而完成輥身外層3-2的打印過程。
[0158]由于水平支撐機(jī)構(gòu)16可以為三軸數(shù)控機(jī)床，因而步驟三中所獲取的每個所述分層截面的打印路徑中所述等離子體發(fā)生器在水平面上的移動路徑也可以均為三軸數(shù)控機(jī)床16的加工路徑，此時所述等離子束流加工系統(tǒng)在水平面上不發(fā)生移動，而是由水平支撐機(jī)構(gòu)16在水平面上發(fā)生移動，從而完成各成型層的打印過程。
[0159]實際加工時，所述輥芯3-1預(yù)先加工成型，并且輥芯3-1能采用乳輥中輥芯的常規(guī)加工方法進(jìn)行加工，如鑄造法等;也可以采用常規(guī)的3D打印方法對輥芯3-1進(jìn)行成型。另外，也可以采用本發(fā)明所述的乳輥等離子3D打印設(shè)備對輥芯3-1進(jìn)行成型，過程如下:
[0160]步驟A、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取輥芯3-1的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輥芯3-1的三維立體模型進(jìn)行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0161]多個所述分層截面圖像為對輥芯3-1的三維立體模型進(jìn)行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面沿輥芯3-1的中心軸線由下至上均勻布設(shè)；
[0162]步驟B、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊，對步驟A中多個所述分層截面圖像分別進(jìn)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；
[0163]步驟C、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)步驟B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；
[0164]步驟D、由下至上逐層打印:根據(jù)步驟C中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，由下至上逐層對輥芯3-1進(jìn)行打印，獲得由多個成型層由下至上堆疊而成的輥芯3-1;所述成型層的數(shù)量與步驟A中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)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C中多個所述分層截面的打印路徑分別為輥芯3-1中多個所述成型層的打印路徑;輥芯3-1中多個所述成型層的打印方法均相同；對輥芯3-1進(jìn)行打印時，過程如下:
[0165]步驟D1、底層打印:所述水平移動控制器24根據(jù)步驟C中所獲取的當(dāng)前所打印成型層的打印路徑，對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至水平支撐機(jī)構(gòu)16上;待所噴熔融液滴均凝固后，完成輥芯3-1中當(dāng)前所打印成型層的打印過程；
[0166]本步驟中，當(dāng)前所打印成型層為輥芯3-1的多個所述成型層中位于最底部的成型層；
[0167]步驟D2、上一層打印，包括以下步驟:
[0168]步驟D21、水平支撐機(jī)構(gòu)下移:將水平支撐機(jī)構(gòu)16在豎直方向上進(jìn)行一次向下移動且向下移動高度與輥芯3-1中所述成型層的層厚相同；
[0169]步驟D22、打印及同步溫控:所述水平移動控制器24根據(jù)步驟C中所獲取的當(dāng)前所打印成型層的打印路徑，對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當(dāng)前已打印好的下一個所述成型層的上表面上;待所噴熔融液滴均凝固后，完成當(dāng)前所打印成型層的打印過程；
[0170]本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元9對輥芯3-1中當(dāng)前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度進(jìn)行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器10，同時通過距離檢測單元8對所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離進(jìn)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(diào)節(jié)控制器10;所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)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(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使當(dāng)前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度不高于輥芯3-1的材質(zhì)熔點的0.6倍；
[0171]步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器2將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流。并且，所述熔融液滴在所述工作氣體(等離子束內(nèi)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;所述打印材料為粉末狀材料；
[0172]步驟D3、多次重復(fù)步驟D2，直至完成輥芯3-1中所有成型層的打印過程，獲得加工成型的輥芯3-1。
[0173]由于輥芯3-1與水平支撐機(jī)構(gòu)16的相對位置不變，因而根據(jù)距離檢測單元8檢測出的所述噴頭的出口與輥芯3-1之間的距離，并結(jié)合輥芯3-1與水平支撐機(jī)構(gòu)16的位置關(guān)系，能直接得出所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離。因此，通過距離檢測單元8也能檢測出的所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離。
[0174]本實施例中，步驟D中由下至上逐層打印之前，步驟A中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合通過參數(shù)輸入單元預(yù)先輸入的輥芯3-1的材質(zhì)名稱，對輥芯3-1的基礎(chǔ)打印距離進(jìn)行確定;所述參數(shù)輸入單元與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備相接；
[0175]步驟Dl中進(jìn)行底層打印之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離調(diào)節(jié)為所述基礎(chǔ)打印距離;步驟Dl中底層打印過程中，所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離為所述基礎(chǔ)打印距離；
[0176]步驟D22中進(jìn)行打印及同步溫控之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輥芯3-1中當(dāng)前已打印好的下一個所述成型層的上表面之間的距離調(diào)節(jié)為所述基礎(chǔ)打印距離;步驟D22中對所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)時，還需通過溫度檢測裝置對輥芯3-1中當(dāng)前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度進(jìn)行實時檢測，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)所述溫度檢測裝置所檢測的溫度信息對所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輥芯3-1中當(dāng)前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度控制在輥芯3-1的材質(zhì)熔點的0.1倍?
0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)幅度為5mm?60mm，且棍芯3-1的材質(zhì)恪點越高，調(diào)節(jié)幅度越小。
[0177]本實施例中，步驟D中由下至上逐層打印之前，步驟A中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的輥芯3-1中所述成型層的層厚，對供氣管5的基礎(chǔ)氣體流量和送粉管6的送粉流量進(jìn)行確定；
[0178]步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述粉末流量檢測單元18對送粉管6的送粉流量進(jìn)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(jù)預(yù)先確定的送粉管6的送粉流量并結(jié)合粉末流量檢測單元18所檢測信息對驅(qū)動電機(jī)19進(jìn)行控制，使送粉管6的送粉流量均與預(yù)先確定的送粉流量相同；
[0179]步驟Dl中進(jìn)行底層打印之前，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25將供氣管5的氣體流量調(diào)整為所述基礎(chǔ)氣體流量;步驟Dl中底層打印過程中，所述供氣管5的氣體流量為所述基礎(chǔ)氣體流量；
[0180]步驟D22中進(jìn)行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息并結(jié)合距離檢測單元8所檢測距離信息，且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25對供氣管5的氣體流量進(jìn)行增減調(diào)整;并且，所述噴頭的出口與水平支撐機(jī)構(gòu)16之間的距離越大，所述供氣管5的氣體流量越大。
[0181]本實施例中，本發(fā)明所述的乳輥等離子3D打印設(shè)備還包括對待成型乳輥進(jìn)行機(jī)加工的機(jī)加工裝置，所述機(jī)加工裝置位于水平支撐機(jī)構(gòu)16上方。
[0182]實際安裝時，所述機(jī)加工裝置安裝在一個三軸移動機(jī)構(gòu)上，所述三軸移動機(jī)構(gòu)為能帶動機(jī)加工裝置在X軸、Y軸和Z軸方向上進(jìn)行移動的移動機(jī)構(gòu)，如三軸移動平臺、三維機(jī)械手、三軸調(diào)節(jié)支架、萬向架等。本實施例中，所述三軸移動機(jī)構(gòu)位于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4上方。
[0183]本實施例中，所述三軸移動機(jī)構(gòu)為三軸調(diào)節(jié)支架，所述三軸調(diào)節(jié)支架包括底座、安裝在所述底座上的Z軸調(diào)節(jié)臂、安裝在所述Z軸調(diào)節(jié)臂上的X軸調(diào)節(jié)臂和安裝在所述X軸調(diào)節(jié)臂上的Y軸調(diào)節(jié)臂，所述Y軸調(diào)節(jié)臂安裝有一個豎向安裝桿，所述機(jī)加工裝置安裝在所述豎向安裝桿上。
[0184]本實施例中，所述機(jī)加工裝置與數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接，所述三軸移動機(jī)構(gòu)29由所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行控制且其與數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接。
[0185]本實施例中，所述機(jī)加工裝置包括打磨器具和去除工具，所述去除工具為鉆具或切割刀具。
[0186]實際安裝時，所述打磨器具和去除工具可以均安裝在一個多功能刀架盤上。
[0187]本實施例中，步驟四中完成打印后，獲得打印成型乳輥;之后，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4帶動輥芯3-1繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)乳輥旋轉(zhuǎn)過程中，采用機(jī)加工裝置對所述修復(fù)后乳輥進(jìn)行精加工。
[0188]采用機(jī)加工裝置對所述打印成型乳輥進(jìn)行精加工時，具體對所述打印成型乳輥的尺寸進(jìn)行精加工或?qū)λ龃蛴〕尚腿檩伒耐獗砻孢M(jìn)行打磨，通過對所述打印成型乳輥的尺寸進(jìn)行精加工使其尺寸能滿足乳輥成品的尺寸要求，通過對所述打印成型乳輥的外表面進(jìn)行打磨使其表面粗糙度能滿足乳輥成品的要求，從而使得所述打印成型乳輥能直接應(yīng)用于乳鋼生產(chǎn)線上。
[0189]本實施例中，采用機(jī)加工裝置對所述打印成型乳輥進(jìn)行精加工時，采用機(jī)加工裝置僅對所述打印成型乳輥的外表面進(jìn)行打磨，使其表面粗糙度能滿足乳輥成品的要求。
[0190]實施例2
[0191]本實施例中，如圖7所示，所采用的乳輥等離子3D打印設(shè)備與實施例1不同的是:所述噴口 13-5與粉末流通通道14呈同軸布設(shè)。
[0192]這樣，通過噴口13-5對所述等離子束的方向進(jìn)行改變后，能有效減少等離子射流對陽極噴嘴13-2產(chǎn)生的熱負(fù)荷沖擊，改善了陽極燒蝕狀況。同時，由于噴口 13-5與粉末流通通道14呈同軸布設(shè)，因而不會影響粉末的加速、加熱與熔化過程，使用效果非常好。
[0193]本實施例中，所采用乳輥等離子3D打印設(shè)備的其余部分結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。
[0194]本實施例中，所采用的乳輥等離子3D打印方法與實施例1相同。
[0195]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征在于:由監(jiān)控系統(tǒng)、等離子束流加工系統(tǒng)和供待成型乳輥放置的水平打印臺組成，所述待成型乳輥包括輥芯(3-1)和布設(shè)在輥芯(3-1)中部外側(cè)的輥身外層(3-2)，輥身外層(3-2)與輥芯(3-1)呈同軸布設(shè);所述水平打印臺包括水平支撐機(jī)構(gòu)(16)和固定安裝在水平支撐機(jī)構(gòu)(16)上且?guī)虞佇?3-1)繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)，所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)位于水平支撐機(jī)構(gòu)(16)上方，所述輥芯(3-1)呈水平布設(shè)且其安裝于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)上； 所述等離子束流加工系統(tǒng)由安裝有噴頭且用于產(chǎn)生等離子束的等離子體發(fā)生器、對所述等離子體發(fā)生器的位置進(jìn)行調(diào)整的打印位置調(diào)整裝置、為所述等離子體發(fā)生器提供工作氣體的供氣裝置(I)和用于連續(xù)向所述等離子體發(fā)生器內(nèi)送入打印材料的送粉器(2)組成，所述等離子體發(fā)生器位于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)上方;所述供氣裝置(I)通過供氣管(5)與所述等離子體發(fā)生器上所開的進(jìn)氣口連接;所述等離子體發(fā)生器內(nèi)設(shè)置有供所述粉末流通的粉末流通通道(14)，所述粉末流通通道(14)與所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的放電室(13-4)內(nèi)部相通且其與所述進(jìn)氣口連通，所述粉末流通通道的外端口為進(jìn)粉口(22)，所述送粉器(2)的送粉口通過送粉管(6)與進(jìn)粉口(22)連接;所述打印位置調(diào)整裝置包括帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發(fā)生器與所述水平移動裝置同步移動并相應(yīng)對所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)的打印距離調(diào)節(jié)裝置，所述等離子體發(fā)生器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(diào)節(jié)裝置上； 所述監(jiān)控系統(tǒng)包括對所述水平移動裝置進(jìn)行控制的水平移動控制器(24)、對輥身外層(3-2)的外表面溫度進(jìn)行實時檢測的溫度檢測單元(9)、對所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離進(jìn)行實時檢測的距離檢測單元(8)、對所述打印距離調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行控制的打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)、對輥芯(3-1)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(26)和對水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)進(jìn)行控制的旋轉(zhuǎn)控制器(15)，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(diào)節(jié)控制器(10)與所述打印距離調(diào)節(jié)裝置連接，所述溫度檢測單元(9)和距離檢測單元(8)均與打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)連接;所述溫度檢測單元(9)與打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)組成溫度調(diào)控裝置;所述旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(26)與旋轉(zhuǎn)控制器(15)連接。2.按照權(quán)利要求1所述的一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征在于:所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述等離子體發(fā)生器進(jìn)行控制的等離子發(fā)生控制器(7)、對供氣管(5)的氣體流量進(jìn)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(diào)節(jié)閥(25)進(jìn)行控制的氣體流量控制器(12)，所述等離子發(fā)生控制器(7)與所述等離子體發(fā)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。3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征在于:所述等離子體發(fā)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(jìn)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(nèi)的陰極(13-3)，所述陽極噴嘴(13-2)位于陰極(13-3)前側(cè)，所述放電室(13-4)位于陰極(13-3)前側(cè)且其位于陽極噴嘴(13-2)的后部內(nèi)側(cè)，所述陽極噴嘴(13-2)的前部內(nèi)側(cè)為噴口(13-5)。4.按照權(quán)利要求3所述的一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征在于: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(shè);所述粉末流通通道(14)與槍體(13-1)呈傾斜布設(shè)且其前端伸入至噴口(13-5)內(nèi)，所述粉末流通通道(14)為直線式通道且其包括布設(shè)在槍體(13-1)內(nèi)的后側(cè)通道和布設(shè)在陽極噴嘴(13-2)內(nèi)的前側(cè)通道;所述進(jìn)氣口位于槍體(13-1)后側(cè)，所述噴口(13-5)與槍體(13-1)呈同軸布設(shè)或與粉末流通通道(14)呈同軸布設(shè)。5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征在于:所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)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(diào)節(jié)裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進(jìn)行上下調(diào)整的上下調(diào)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輥芯(3-1)之間的距離進(jìn)行實時檢測的距離檢測裝置。6.按照權(quán)利要求1或2所述的一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征在于:所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)包括左右兩個均固定安裝在水平支撐機(jī)構(gòu)水平支撐機(jī)構(gòu)(16)上的旋轉(zhuǎn)支撐座(4-1)和帶動輥芯(3-1)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)(4-2)，所述輥芯(3-1)的兩端分別安裝在兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座(4-1)上且其兩端與兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座(4-1)之間均通過軸承進(jìn)行連接;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)(4-2)為電動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)且其與輥芯(3-1)進(jìn)行傳動連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)(4-2)由旋轉(zhuǎn)控制器(27)進(jìn)行控制且其與水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)連接； 所述水平支撐機(jī)構(gòu)(16)為固定式支撐結(jié)構(gòu)或能上下移動的移動平臺。7.按照權(quán)利要求1或2所述的一種乳輥等離子3D打印設(shè)備，其特征在于:所述送粉器(2)包括上部開有進(jìn)料口的外殼和安裝在所述外殼內(nèi)的送粉輪，所述送粉輪由驅(qū)動電機(jī)(19)進(jìn)行驅(qū)動;所述送粉口位于所述外殼下部； 所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對送粉管(6)的送粉流量進(jìn)行實時檢測的粉末流量檢測單元(18)和對驅(qū)動電機(jī)(19)進(jìn)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。8.—種利用如權(quán)利要求1所述等離子3D打印設(shè)備對待成型乳輥進(jìn)行等離子3D打印的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟一、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取待成型乳輥的輥身外層(3-2)的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輥身外層(3-2)的三維立體模型進(jìn)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輥身外層(3-2)的三維立體模型進(jìn)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內(nèi)至外均勻布設(shè)； 步驟二、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)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(jìn)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、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)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； 步驟四、由內(nèi)至外逐層打印:先將預(yù)先加工成型的待成型乳輥的輥芯(3-1)安裝于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)上，再根據(jù)步驟三中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在輥芯(3-1)上由內(nèi)至外逐層對輥身外層(3-2)進(jìn)行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輥身外層(3-2);所述成型層的數(shù)量與步驟一中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)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;對輥身外層(3-2)進(jìn)行打印時，過程如下: 步驟401、底層打印:根據(jù)步驟三中所獲取的當(dāng)前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器(I 5)控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)帶動輥芯(3-1)繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且輥芯(3-1)旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器(24)對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輥芯(3-1)的外表面上;待輥芯(3-1)旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當(dāng)前所打印成型層的打印過程； 本步驟中，當(dāng)前所打印成型層為多個所述成型層中位于最內(nèi)側(cè)的成型層； 步驟402、下一層打印，包括以下步驟: 步驟4021、等離子體發(fā)生器上移:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進(jìn)行一次向上移動且向上移動高度與所述成型層的層厚相同； 移動到位后，對所述等離子體發(fā)生器的高度進(jìn)行記錄，此時所述等離子體發(fā)生器的高度為當(dāng)前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度； 步驟4022、打印及同步溫控:根據(jù)步驟三中所獲取的當(dāng)前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器(15)控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)帶動輥芯(3-1)繞其中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且輥芯(3-1)旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器(24)對所述水平移動裝置進(jìn)行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進(jìn)行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待輥芯(3-1)旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當(dāng)前所打印成型層的打印過程； 本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元(9)對當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度進(jìn)行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)，同時通過距離檢測單元(8)對所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離進(jìn)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(diào)節(jié)控制器(10);所述打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)根據(jù)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(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度不高于輥身外層(3-2)的材質(zhì)熔點的0.6倍； 步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輥芯(3-1)的中心軸線進(jìn)行移動;步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器(2)將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;所述打印材料為粉末狀材料； 步驟4023、等離子體發(fā)生器移動復(fù)位:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進(jìn)行上下移動，直至將所述等離子體發(fā)生器的高度調(diào)整為步驟4021中當(dāng)前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度； 步驟403、多次重復(fù)步驟402，直至完成輥身外層(3-2)所有成型層的打印過程。9.按照權(quán)利要求8所述的對待成型乳輥進(jìn)行等離子3D打印的方法，其特征在于:步驟四中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟一中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合通過參數(shù)輸入單元預(yù)先輸入的輥身外層(3-2)的材質(zhì)名稱，對輥身外層(3-2)的基礎(chǔ)打印距離進(jìn)行確定;所述參數(shù)輸入單元與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備相接； 所述材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫中存儲有多種材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息，每種所述材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息均包括該種材質(zhì)的名稱、熔點和基礎(chǔ)打印距離D;所述基礎(chǔ)打印距離D為5mm?1000mm，且材質(zhì)熔點越高，基礎(chǔ)打印距離D越近； 步驟401中進(jìn)行底層打印之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)根據(jù)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(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離調(diào)節(jié)為D+r，其中r為輥芯(3-1)的半徑，所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離為所述噴頭的出口與輥芯(3-1)的中心軸線之間的距離;步驟401中底層打印過程中，所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離為D+r; 步驟4022中進(jìn)行打印及同步溫控之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)根據(jù)距離檢測單元(8)所檢測的距離信息并結(jié)合當(dāng)前已打印完成所述成型層的層數(shù)N，且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離調(diào)節(jié)為D+r+NXd，其中d為所述成型層的層厚;步驟4022中對所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)時，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)根據(jù)溫度檢測單元(9)所檢測的溫度信息并結(jié)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輥芯(3-1)之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使當(dāng)前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度控制在輥身外層(3-2)的材質(zhì)熔點的0.1倍?0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與輥身外層(3-2)之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)幅度為5mm?60mm，且材質(zhì)熔點越高，調(diào)節(jié)幅度越小。10.按照權(quán)利要求8或9所述的對待成型乳輥進(jìn)行等離子3D打印的方法，其特征在于:所述送粉器(2)包括上部開有進(jìn)料口的外殼和安裝在所述外殼內(nèi)的送粉輪，所述送粉輪由驅(qū)動電機(jī)(19)進(jìn)行驅(qū)動;所述送粉口位于所述外殼下部;所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述等離子體發(fā)生器進(jìn)行控制的等離子發(fā)生控制器(7)、對供氣管(5)的氣體流量進(jìn)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(diào)節(jié)閥(25)進(jìn)行控制的氣體流量控制器(12)、對送粉管(6)的送粉流量進(jìn)行實時檢測的粉末流量檢測單元(18)和對驅(qū)動電機(jī)(19)進(jìn)行控制的送粉流量控制器(20)，所述等離子發(fā)生控制器(7)與所述等離子體發(fā)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;所述粉末流量檢測單元(18)與送粉流量控制器(20)連接;所述距離檢測單元(8)與氣體流量控制器(12)連接； 步驟四中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟一中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的所述成型層的層厚，對供氣管(5)的基礎(chǔ)氣體流量和送粉管(6)的送粉流量進(jìn)行確定； 所述氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲有多種不同層厚的成型層所需的送粉流量和基礎(chǔ)氣體流量;所述基礎(chǔ)氣體流量為50ml/min?15000ml/min，且送粉管(6)的送粉流量越大，所述基礎(chǔ)氣體流量越大； 步驟401和步驟4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述粉末流量檢測單元(18)對送粉管(6)的送粉流量進(jìn)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(jù)預(yù)先確定的送粉管(6)的送粉流量并結(jié)合粉末流量檢測單元(18)所檢測信息對驅(qū)動電機(jī)(19)進(jìn)行控制，使送粉管(6)的送粉流量均與預(yù)先確定的送粉流量相同； 步驟401中進(jìn)行底層打印之前，所述氣體流量控制器(12)根據(jù)氣體流量檢測單元(11)所檢測信息且通過控制流量調(diào)節(jié)閥(25)將供氣管(5)的氣體流量調(diào)整為所述基礎(chǔ)氣體流量;步驟401中底層打印過程中，所述供氣管(5)的氣體流量為所述基礎(chǔ)氣體流量；步驟4022中進(jìn)行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器(12)根據(jù)氣體流量檢測單元(11)所檢測信息并結(jié)合距離檢測單元(8)所檢測距離信息，且通過控制流量調(diào)節(jié)閥(25)對供氣管(5)的氣體流量進(jìn)行增減調(diào)整;并且，所述噴頭的出口與輥芯(3-1)之間的距離越大，所述供氣管(5)的氣體流量越大。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軋輥等離子3D打印設(shè)備及方法，該設(shè)備由監(jiān)控系統(tǒng)、等離子束流加工系統(tǒng)和水平打印臺組成，等離子束流加工系統(tǒng)由等離子體發(fā)生器、打印位置調(diào)整裝置、供氣裝置和送粉器組成，打印位置調(diào)整裝置包括水平移動裝置和打印距離調(diào)節(jié)裝置；監(jiān)控系統(tǒng)包括水平移動控制器、溫度檢測單元、距離檢測單元、打印距離調(diào)節(jié)控制器和旋轉(zhuǎn)控制器，溫度檢測單元與打印距離調(diào)節(jié)控制器組成溫度調(diào)控裝置；該方法包括步驟：一、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、由內(nèi)至外逐層打印。本發(fā)明設(shè)計合理、操作簡便且成型效率高、使用效果好，成型過程直接在大氣環(huán)境下進(jìn)行，所成型軋輥質(zhì)量好。
【IPC分類】B33Y50/02, B22F3/105, B33Y10/00, B33Y30/00
【公開號】CN105710367
【申請?zhí)枴緾N201610120757
【發(fā)明人】華云峰, 程國君, 郝勇, 魏志宇
【申請人】中研智能裝備有限公司