[发明专利]电弧熔丝与砂型支撑复合打印柔性装备与打印方法

权利要求书

1.一种电弧熔丝与砂型支撑复合打印柔性装备，其特征在于，包括电弧熔丝3D打印系统、砂型3D打印系统、多轴机器人、重载机器人及工作台，其中：

所述工作台用于固定作为金属3D打印基底的基板；

所述电弧熔丝3D打印系统包括焊枪、送丝机、丝盘以及焊机电源，丝盘内放置金属焊丝，送丝机用于将金属焊丝传输至焊枪的前端，焊机电源被设置成在其被启动后在焊枪前端将电能转化热能从而熔化金属焊丝至熔融状态，并在所述基板上进行金属3D打印；

所述砂型3D打印系统包括打印喷头、运砂管道、挤出机构以及料仓，料仓内储存有细砂粉与粘接剂混合而成的砂型粉末，挤出机构用以通过运砂管道将砂型粉末输送至打印喷头，并在所述基板上进行砂型3D打印；

所述打印喷头以及焊枪均安装到一呈V型结构的加工头连接板上，加工头连接板固定在多轴机器人输出轴法兰上，使得通过所述多轴机器人可控制焊枪或者打印喷头进入基板上方的工作区域进行3D打印作业；

所述重载机器人的输出轴法兰上安装有一压盘，用来压实刚打印出的砂型粉末；

所述复合打印柔性装备还包括一控制系统，控制所述电弧熔丝3D打印系统、砂型3D打印系统、多轴机器人和重载机器人的工作，使得砂型3D打印系统的打印喷头在基板上打印砂型支撑与电弧熔丝3D打印系统的焊枪在基板上逐层打印金属零件和金属支撑的打印作业交替进行，其中每层砂型支撑打印后均通过所述重载机器人上的压盘进行压实操作。

2.根据权利要求1所述的电弧熔丝与砂型支撑复合打印柔性装备，其特征在于，所述多轴机器人安装在工作台的一侧的地面上，所述重载机器人安装在工作台的相对的另一侧地面上。

3.根据权利要求1所述的电弧熔丝与砂型支撑复合打印柔性装备，其特征在于，所述焊枪与打印喷头的轴线形成一个夹角α。

4.根据权利要求1所述的电弧熔丝与砂型支撑复合打印柔性装备，其特征在于，焊丝工作点到多轴机器人的输出轴法兰的距离L1与打印喷头工作点到多轴机器人输出轴法兰的距离L2满足：L1＝L2。

5.根据权利要求1所述的电弧熔丝与砂型支撑复合打印柔性装备，其特征在于，所述控制系统控制在打印工作开始时的第一次打印为通过砂型3D打印系统进行砂型支撑的第一层的打印。

6.根据权利要求1所述的电弧熔丝与砂型支撑复合打印柔性装备，其特征在于，所述电弧熔丝3D打印系统的送丝机固定在多轴机器人上并与多轴机器人保持随动状态。

7.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的复合打印柔性装备的增材制造打印方法，其特征在于，包括：

步骤1、控制砂型3D打印系统工作，使多轴机器人操作打印喷头在基板上开始打印砂型支撑的第一层，层高H1，然后控制多轴机器人离开工作区域；

步骤2、控制重载机器人操作压盘将打印的砂型支撑压实，此时砂型支撑的层高变为k*H1，然后控制重载机器人离开工作区域；

步骤3、控制电弧熔丝3D打印系统工作，多轴机器人旋转加工头连接板，使用焊枪在基板上打印出金属零件和金属支撑的第一层，保证层高H2＝k*H1，k为压实比，然后控制多轴机器人离开工作区域；

步骤4、判断增材制造打印是否完成，如果未完成，则重复上述步骤1-3，交替使用两个3D打印系统逐层打印零件，并在每层的砂型支撑打印后使用压盘进行压实操作，其中金属零件和砂型支撑的每一层的高度按照上述第一层的设定进行，直到完成打印作业。

8.根据权利要求7所述的增材制造打印方法，其特征在于，所述方法更加包含打印完成后的分离处理，包括以下步骤：

零件打印完成后，使用锯削或者线切割方式将零件与基板分离,然后使用溶解剂溶解砂型支撑，再去除剩余金属支撑，得到最终的金属零件。