[发明专利]一种电弧熔丝金属打印机自动换丝装置

说明书

本发明设计了一种电弧熔丝金属打印机自动换丝装置，包括4个金属喷头、一个喷头平台、4个喷头夹持零件和4对定制板簧，共同安装组成如图所示的一个喷头组。各个喷头连接固定的金属原料，由数控系统统一进行移动控制。本发明所设计的喷头支撑平台具备带动各喷头实现数控旋转的功能；并且通过与夹持零件和定制板簧相互配合，实现各金属喷头在工作状态和挂起状态的转换功能；两个功能相互配合，实现本发明装置的自动换丝功能。因此，本发明装置能够完成多金属复合材料的增材制造过程，具有很大的产品制造潜力。

技术领域

本发明属于金属增材制造技术领域，具体涉及一种电弧熔丝金属打印机自动换丝装置的设计方案。

背景技术

电弧熔丝增材制造技术是通过电弧作为热源，对焊丝进行熔化，并由数控系统控制进行材料的逐层堆积成型，最终形成产品零件。该技术多是基于冷金属过渡焊接技术(CMT技术)，其主要技术过程如下：以数字式焊接控制系统控制电弧的生成与熄灭，实现脉冲式焊丝输送；在熔滴从焊丝上滴落之后，数控系统再次提高焊接电流，进一步将焊丝向前送出；之后，再次重新生成焊接电弧，进行新一轮的焊接。此技术的脉冲式焊丝输送在增材制造领域具备有很大的成型潜力。

现有应用较为广泛且技术较为成熟的金属3D打印技术常为单一材料形式，尚未实现多金属复合材料的增材制造。单材料形式金属打印机具有数控系统容易实现、结构设计简单等优点；但该技术简易的同时也极大限制了其本身的产品制造能力，导致其在诸多多金属复合材料产品项目面前望而却步。然而，多金属复合材料具备良好的强度、硬度等力学性能，同时兼备优良的耐磨性、耐蚀性等理化性能，在各行各业都具有广泛的应用需求。因此，实现打印多金属复合材料的增材制造技术迫在眉睫。

发明内容

针对以上问题及相关技术，本发明的目的在于提供一种电弧熔丝金属打印机自动换丝装置的设计方法，以此实现多金属复合材料产品的打印制造过程，从而获得各项性能良好、能够满足生产应用等要求的多金属3D打印制品。

本发明的技术方案包括结构设计、喷头组自动换丝、成型原理和过程等几个方面，以下为各个方面的详细阐述。

关于结构设计方面，本电弧熔丝金属打印机具备4个喷头和4个CMT焊机，呈环型分布，组成喷头组。4个喷头以固定搭配的形式连接各自的原材料，不同的原材料与不同的CMT焊机相匹配。在运动结构方面，其工作平台通过电机和传动轴实现Z轴的运动调节功能，在成型过程中由电脑数控进行上下运动。同样地，喷头组的运动也由电机和传动轴配合实现，X轴方向具备一个电机和两个左右对称的传动轴，Y轴方向具备一个电机和一个传动轴；X轴的双传动轴与Y轴的单传动轴存在从属连接关系，即喷头在进行Y轴方向的运动时，仅需单电机带动Y轴方向的单传动轴运作，而喷头在进行X轴方向的运动时，X轴方向的电机和双传动轴运作的同时，Y轴的传动轴将被相应地带动。这样的结构设计分工明确，各机构运作情况清晰且不冲突，同时还能留出足够大的工作空间，为打印过程正常连续进行提供了有力保障。

关于喷头组自动换丝方面，本发明的喷头组自动换丝结构具备4个喷头的旋转替换功能。自动换丝结构中具备有一个喷头平台，平台上有4个喷头的安装位置，每个喷头安装位置都有定制板簧和夹持零件，用以配合上下移动控制机构实现喷头在工作状态和挂起状态的转换。在成型过程中，仅有一个喷头进行打印工作，其他3个喷头处于挂起状态，在一个工作喷头完成行程后，由控制机构对工作喷头进行向上挂起，然后喷头平台进行旋转完成喷头的旋转替换，接着控制机构将另一喷头向下按入，使另一个喷头进入工作状态，以此类推，完成一个多原材料的金属打印层；再由工作平台的Z轴运动，进行逐层打印，最终获得产品。因此，打印机在打印过程中仅采用一套数控系统对一个工作喷头进行移动控制，其中由喷头组自动换丝装置进行工作喷头的转换，从而实现多金属复合材料的增材制造过程；并且其移动打印过程是连带喷头平台、4个喷头和喷头上下移动控制机构进行移动打印的。