面向电弧3D打印的粘土基新型复合材料支撑、打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种面向电弧3D打印的粘土基新型复合材料支撑、电弧3D打印装置及方法。以粘土为支撑的电弧焊3D打印方式，相较于现在通用的同材料支撑打印方式而言，去除支撑材料极为容易，经过烧结的粘土仅需轻扒即脱落，同时由于和工件材料互异，不会对工件产生表面剥离甚至是结构性破坏的后果。以激光烧结方式制造工件与粘土的间隔层，由于激光烧结准确度高等特点，可以保证所生产工件的尺寸精确度极高，克服传统熔融沉积(FDM)打印方式的台阶效应。多加工端口的装备设计，能够随时个性化针对性的对加工工件流程进行优化和精简，有着极高的自由度和广阔的优化潜力。能够根据所需工件的材料特性和加工特性对加工流程进行优化，寻找最优解。最优解。最优解。

【技术实现步骤摘要】
面向电弧3D打印的粘土基新型复合材料支撑、打印装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种面向电弧3D打印的粘土基新型复合材料支撑、电弧3D打印装置及方法，属于3D打印


技术介绍

[0002]基于熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)的三维打印技术是三维打印领域的传统打印技术之一，因其采用熔融状态的打印材料逐层堆积成型的原理简单而且易于实现而受到广大设备开发者和用户的欢迎，可以适用于打印各种实物模型和工艺品。
[0003]FDM三维打印机在进行工件打印时，由于成型过程是逐层累计的，上一层必须依托下一层堆积而成，要求所打印工件避免出现悬空结构或者悬空角度需控制在较小的范围内。
[0004]目前打印含有悬空结构的工件，通常有两种处理方式：1、加支撑，通过在工件悬空结构的下方加设支撑，保证悬空结构在打印过程中具有依托，保证打印过程正常进行。支撑材料一般为与工件本身相同的材料，支撑与工件连接紧密，导致在工件打印完成后，在去除支撑的过程中，常常出现支撑难以去除甚至去除支撑时对工件产生表面剥离甚至是结构性破坏的后果。2、多轴成型方式，整个FDM打印过程是在AC转台上完成的，该转台可以做前后翻转和绕竖直方向的旋转运动，这也使得整台设备由传统三轴变为五轴机构。在打印工件的悬空结构时，通过转台的旋转，将已打印完成的部分旋转至能够为悬空结构提供支撑的角度，保证整个工件的打印。但该成型方式的路径规划算法较为复杂，常常需要五轴联动，控制难度大，并且对转台中心的校准精度非常高，操作者在打印之前，需要凭借丰富的经验对转台中心校准。由于五轴联动较常用三轴打印更加复杂，设备安装的累计误差对工件质量的影响更大，对设备的制造维护和使用都有较高的要求，且成本高昂，价格也不足以为大多数受众所接受。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种面向电弧3D打印的粘土基新型复合材料支撑、电弧3D打印装置及方法，以粘土基新型复合材料作为主要支撑物，在保证工件高精度的前提下，能够稳定而又经济的进行工件打印。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]一种面向电弧3D打印的粘土基新型复合材料支撑，包括烧结在工件外轮廓路径上形成间隔区域的金属粉末，以及铺设在间隔区域外并固定成型的粘土。
[0008]一种以粘土为支撑的电弧3D打印装置，以三轴3D打印设备为基底，运动结构为单个X轴模组，两个同步Y轴模组及一个Z轴模组共同组成的龙门架式运动机构。加工末端采用换刀机构，进行多加工端口共同组合，可安装支撑打印设备、电弧焊加工设备或间隔区加工设备。所述间隔区加工设备用于完成工件外轮廓形状的铺设，形成间隔区域；所述支撑打印
设备用于在间隔区域外铺设粘土，填充间隔区外区域，完成上层工件的支撑加工。
[0009]进一步的，所述支撑打印设备包括装有粘土的螺旋挤出机和火焰喷枪。
[0010]进一步的，所述间隔区加工设备包括装有金属粉末的料斗和激光烧结机。
[0011]进一步的，还包括多端口控制板卡；所述多端口控制板卡包括移动机构控制端口和加工末端控制端口；所述加工末端控制端口包括支撑打印部分、电弧焊加工部分和间隔区加工部分。
[0012]进一步的，所述支撑打印部分包括粘土铺设端口和火焰喷枪端口。
[0013]进一步的，所述间隔区加工部分包括料斗送粉端口和激光烧结端口。
[0014]进一步的，对于大批量重复工件加工要求，可以使用预先切割好的金属薄片替代激光烧结金属粉末形成间隔区域。可以选择自动方式，增加机械抓手端口进行金属薄片的抓取；或选择手动方式，可在每个金属薄片增加定位槽口，在每层打印时进行金属薄片的堆叠。
[0015]进一步的，所述粘土为湿粘土。
[0016]基于上述的电弧3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：
[0017]步骤1.根据工件外形轮廓进行路径规划，按指定的轨迹水平移动完成工件外轮廓形状的粉末铺设，更换端口进行激光烧结固定粉末，形成间隔区域；
[0018]步骤2.更换粘土螺旋挤出机端口在间隔区域外铺设湿粘土，填充间隔区外区域，更换火焰喷枪端口进行粘土的固定，使其成型，完成上层工件的支撑；
[0019]步骤3.更换端口在隔离区内进行送丝和电弧焊加工，由于外轮廓已经完成，仅需在区域内进行填充即可完成工件层的加工；
[0020]步骤4.完成该层打印，根据计数器判断打印进程，如未完成，抬高层高重复上述步骤；如已完成，加工端口回到零点，完成打印；
[0021]步骤5.破坏烧结的粘土部分和间隔区域部分，取出工件。
[0022]有益效果：
[0023]1.以粘土为支撑的电弧焊3D打印方式，相较于现在通用的同材料支撑打印方式而言，去除支撑材料极为容易，经过烧结的粘土仅需轻扒即脱落，同时由于和工件材料互异，不会对工件产生表面剥离甚至是结构性破坏的后果；相较于同样采用异材料的水溶性材料如PVA作为支撑，经济成本极为高昂，无法用做大规模普适性生产。湿粘土的经济成本极低，具有长远发展的广阔潜力。
[0024]2.以激光烧结方式制造工件与粘土的间隔层，由于激光烧结准确度高等特点，可以保证所生产工件的尺寸精确度极高，克服传统熔融沉积(FDM)打印方式的台阶效应。因为间隔区的区域较少，相较于纯激光烧结方式，在保证工件高精确度的同时，能将制造成本极大幅度的降低。
[0025]3.多加工端口的装备设计，能够随时个性化针对性的对加工工件流程进行优化和精简，有着极高的自由度和广阔的优化潜力。能够根据所需工件的材料特性和加工特性对加工流程进行优化，寻找最优解。
[0026]4.在加工过程中，激光烧结金属粉末用来间隔工件区域和粘土区域，在保证工件精度的同时可为使用粘土作为支撑以降低成本提供条件。但若对于大批量重复工件加工要求，可以使用预先切割好的金属薄片替代激光烧结金属粉末的区域，在保证工件加工质量
的前提下可以进一步降低加工成本。
附图说明
[0027]图1是控制系统示意图；
[0028]图2是加工设备总体框架图；
[0029]图3是加工设备示意图；
[0030]图4是加工过程示意图；
[0031]图5是加工过程流程图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0033]本专利技术公开了一种新型三维打印方式。包括确定新型打印方式设备的总体架构和打印方法两个部分。
[0034]为适配上述打印方式，需对通用三轴式三维打印设备进行调整改装。设备装置总体架构如图所示，由于在打印过程中具有多个端口，现有通用数控控制板卡无法满足个性化需求。因此需要使用基础电路板控制系统，进行二次开发，完成对多端口的控制实现。控制系统共有九个控制端口，分为为移动控制端口部分和加工末端控制端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向电弧3D打印的粘土基新型复合材料支撑，其特征在于，包括烧结在工件外轮廓路径上形成间隔区域的金属粉末，以及铺设在间隔区域外并固定成型的粘土。2.一种以粘土为支撑的电弧3D打印装置，包括加工末端和移动机构，其特征在于，所述加工末端采用换刀机构，可安装支撑打印设备、电弧焊加工设备或间隔区加工设备；所述间隔区加工设备用于完成工件外轮廓形状的铺设，形成间隔区域；所述支撑打印设备用于在间隔区域外铺设粘土，填充间隔区外区域，完成上层工件的支撑加工。3.根据权利要求2所述的一种以粘土为支撑的电弧3D打印装置，其特征在于，所述支撑打印设备包括装有粘土的螺旋挤出机和火焰喷枪。4.根据权利要求2所述的一种以粘土为支撑的电弧3D打印装置，其特征在于，所述间隔区加工设备包括装有金属粉末的料斗和激光烧结机。5.根据权利要求2所述的一种以粘土为支撑的电弧3D打印装置，其特征在于，还包括多端口控制板卡；所述多端口控制板卡包括移动机构控制端口和加工末端控制端口；所述加工末端控制端口包括支撑打印部分、电弧焊加工部分和间隔区加工部分。6.根据权利要求5所述的一种以粘土为支撑的电弧3D打印装置，其特征在于，所述支撑打印部分包括粘土铺设端口和火焰喷枪端口。7.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，钱宇亮，熊旭辉，朱嘉铭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：