[发明专利]一种基于金属丝熔融沉积成型的五轴3D打印装置及成型方法

权利要求书

1.一种基于金属丝熔融沉积成型的五轴3D打印装置，其特征在于：包括打印喷头、可升降的主轴(Z轴)，X方向的导轨和滑台、Y方向的导轨和滑台，水平轴支架，垂直支架，打印基台，伺服电机(5个)，电机数字控制器，线圈预热感应器(2个)。

所述打印喷头作为加工主轴安装在Z向升降台上，升降台安装Z向立柱上，即喷头具有垂直方向的一个自由度。

所述垂直支架与水平支架中部固连，其在水平支架以下的部分安装立式伺服电机。立式伺服电机采用加长轴，加长轴在两个与水平支架对称的位置与垂直支架通过轴承连接。

所述电机轴在远离电机的一端通过螺栓连接设置金属安装板，安装板可以通过螺栓连接打印基台，也可以安装卡盘。卡盘和基台根据需要进行装卸。

所述水平支架的两侧由立式支柱支撑。水平支架与立式支架通过轴承连接，确保水平支架转动。其一端与卧式伺服电机轴固连(A轴)。电机轴与X轴平行。水平支架及其驱动电机安装在X方向的滑台上，X方向的导轨安装在Y方向的滑台上。

每个伺服电机由一个数字控制器控制，五个数字控制器在整个装置的中央计算机协调下向各自控制的伺服电机发出运动指令，完成加工零件的统一动作。

所述打印基台安装线圈感应预热器，可以根据需要对基台进行预热。另一感应预热器安装在X周一端工件的可达位置，根据需要对工件进行预热。

2.权利1所述垂直支架，其特征在于：

(1)分为上下两部分分别与水平支架固连；

(2)上下两部分带有圆柱形卡口，以便安装轴承，两个卡口关于水平支架对称；

(3)支架下部安装立式伺服电机。

3.权利1所述的水平支架，其特征在于：

(1)两端为圆柱形结构，以便连接轴承；

(2)中间为扁平结构，一边安装垂直支撑；

(3)其材料为碳素钢结构，扁平结构的厚度和圆柱的直径确保在本装置可打印工件的范围内变形量小于1微米。

4.权利1所属的电机加长轴，其特征是：电机轴远离电机的一端通过螺栓连接设置圆形金属安装板，金属安装板上有圆形阵列的螺拴孔12个。

5.采用本装置对工件的打印工艺流程是：

(1)获取工件CAD模型；

(2)通过工艺规划将工件的CAD模型分为一个主体部和若干支件部，主体部首先打印，支件部的打印次序根据喷头与工件不干涉的原则进行预先规划；

(3)对主体部和支件部进行切片，主体部以打印基台为切片基准面，支件部以支件与主体连接部分的切平面为切片基准面；

(4)在每个截面上计算喷头的运动轨迹，轨迹描述形式为逐点连接的折线。计算轨迹时，通过五轴联动确保轨迹中的每个子线段与下层已打印的部分在同一个垂直面上，以满足熔融成型的特点；

(5)安装打印基台，喷头与基台对刀，确定起始的相对位置；

(6)如果需要，启动感应线圈预热基台；

(7)按照预设喷头路径打印工件的主体部；

(8)待主体步冷却，将其从基台取下；

(9)将打印基台卸下用卡盘替换；

(10)工件主部在卡盘上装夹，如果需要，进行预热；

(11)按照预设的支件打印次序和路径打印各个支件部。

6.权利5所述步骤(2)的特征是：按照工件CAD模型的中轴将模型划分成主体部和支件部。并且主体部和各个支件部总存在一个先打印主体部的打印排序，在这个排序下，喷头与工件在打印过程中无干涉。

7.权利5所述步骤(4)的特征是：熔融成型要求轨迹中的每个子线段与下层已打印的部分在同一个垂直面上，而本装置和相应的轨迹生成技术可以满足这一要求。