本實用新型涉及3D打印領域，具體來說涉及一種基于層流等離子技術的3D打印設備。
背景技術：
增材制造（即3D打印）技術依照材料累加的快速成型原理，以計算機軟件所設計出的立體加工模型文件為基礎，運用液化、粉末化、絲化的可粘性固體材料（如金屬、高分子材料等），逐層制造出產品，該技術具有不受零件復雜程度限制，完全數字化控制等特點，徹底顛覆了傳統制造業鍛造、切削加工的模式，變革了大規模生產線的工業生產方式，帶來個性化、低消耗、小批量、高難度等制造新理念和新方式，具有誘發新一次工業革命的巨大意義，3D打印設備中的先進熱源發生裝置，是3D打印皇冠上最耀眼的一顆明珠，它直接關系到增材制造（3D打印）過程中產品的成形質量以及成形效率，具有極高的技術含量，屬于位于產業鏈高端的高附加值產品，目前，多數金屬3D打印設備采用激光束、電子束作為熱源，兩者均具有精度高的優點，但是價格昂貴、制造效率低，不適合大規模產業化推廣，當前主要應用于航空航天、國防裝備等較為狹窄的領域，為解決以上問題，現有技術中也提出了一些技術方案，如公開號為CN104815985A，公開時間為2015年8月5日，名稱為“一種微束等離子3D打印設備與方法”的中國發明專利，該設備包括等離子加工裝置、中央控制系統、成型室、工作平臺、數控主軸、驅動裝置、送粉裝置。等離子體發生器、等離子弧壓調高器、等離子槍體、工作氣路、冷卻水路構成等離子體加工集成單元。采用微束等離子體作為金屬3D打印的熔化金屬材料的熱源，在保證與激光3D打印技術相近的成型精度的同時，可獲得一種高效、低成本的工業級金屬零件3D打印設備，但是使用微束等離子還是不夠穩定，且作為熱源的效果還有待提高，并且通過軸動的方式其運動軌跡會受到一定的限制，打印中會有很多的“盲區”無法達到。
技術實現要素：
本實用新型的目的在于提供一種能夠提供穩定熱源、打印部件能夠自由靈活運動、打印材料能夠預加工以提高成品質量，同時還帶有可配合打印件進行調整的打印臺的基于層流等離子技術的3D打印設備。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：
一種基于層流等離子技術的3D打印設備，包括打印室和中央控制器，其特征在于：還包括帶有粉末球形化器的供料裝置、空氣壓縮機和水泵；所述打印室中設置有帶有打印頭的三維機械手；所述打印頭中設置有層流等離子加工裝置；所述層流等離子加工裝置與所述供料裝置通過送料管道柔性連接；所述空氣壓縮機和水泵分別通過氣動回路和冷卻回路與所述層流等離子加工裝置相連；所述打印室還包括一個3D打印加工臺，所述3D打印加工臺上設置有帶有固定塊的旋轉臺。
所述層流等離子加工裝置包括控制單元、層流離子體發生器、弧壓調節器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節器設置在所述槍體內；所述水冷裝置設置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通；所述控制單元控制層流離子體發生器產生層流等離子束，通過弧壓調節器調節層流等離子束并從槍體噴出加熱從所述供料裝置供給的打印材料。
所述氣動回路和冷卻回路沿所述打印室的側壁設置并穿過打印室與汽源和水源連接。
所述層流離子體發生器，主要由陰極部分、陽極部分、進氣環、底座和緊固螺釘組成，所述的陰極部分由陰極座和陰極頭組成，采用緊固螺釘與底座固定；所述的進氣環內圓與陰極座配合，外圓與陽極座配合；所述的陽極部分由陽極座、陽極頭和壓緊端蓋組成，采用緊固螺釘與底座固定。
所述三維機械手包括曲臂、萬向連接軸、驅動機構、檢測機構和控制機構；三維機械手是現代化工業中常用的自動化設備，技術成熟靈活度高，且具有相當好的加工精度。
本實用新型的有益效果如下：
一、本實用新型提供的一種基于層流等離子技術的3D打印設備，三維機械手是現代化工業中常用的自動化設備，技術成熟靈活度高，且具有相當好的加工精度，用三維機械手來帶動打印頭可以實現多方位多角度的打印需求，采用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大于0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優于激光；再次，不產生強輻射，環境性能遠優于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉。打印材料供料前先經過供料裝置的粉末球形化器進行預處理，提高材料利用率和打印成品質量；旋轉臺可以在打印中及時調整角度配合三維機械手的動作。
二、本實用新型提供的一種基于層流等離子技術的3D打印設備，層流等離子加工裝置通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的打印材料以及打印要求，層流等離子加工裝置的槍體上設置的水冷裝置可以在打印中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流等離子加工裝置設備故障。
三、本實用新型提供的一種基于層流等離子技術的3D打印設備，氣動回路和冷卻回路沿打印室的側壁設置可以避免影響打印設備動作軌道，設計也比較整潔。
四、本實用新型提供的一種基于層流等離子技術的3D打印設備，由于陰陽極頭作為易損件，其使用壽命往往決定了發生器連續運行的時間長度。在本發生器中，充分考慮陰陽極頭的冷卻，合理布局冷卻通道，使陰陽極頭冷卻充分，延長了其使用壽命，使陰極頭使用壽命可達100h以上，陽極頭壽命可達80h以上。同時，考慮到陰陽極頭需經常更換，在設計之初就考慮了其更換的方便性：陰極頭更換時只需擰掉陽極座與底座的連接螺釘，然后擰掉陰極頭，換上新的即可；陽極頭的更換則只需擰掉壓緊端蓋，取下陽極頭更換即可，整個更換過程只需要兩三分鐘，簡單方便。
附圖說明
圖1是本實用新型一種優選方案的結構示意圖；
圖中：
1、打印室；2、中央控制器；3、供料裝置；4、空氣壓縮機；5、水泵；6、三維機械手；7、打印頭；8、送料管道；9、3D打印加工臺；10、旋轉臺；11、固定塊。
具體實施方式
以下通過幾個實施例來進一步說明本實用新型的技術方案，需要說明的是，實現本實用新型目的的技術方案包括但不限于以下實施例。
實施例1
如圖1，一種基于層流等離子技術的3D打印設備，包括打印室1和中央控制器2，還包括帶有粉末球形化器的供料裝置3、空氣壓縮機4和水泵5；所述打印室1中設置有帶有打印頭7的三維機械手6；所述打印頭7中設置有層流等離子加工裝置；所述層流等離子加工裝置與所述供料裝置3通過送料管道8柔性連接；所述空氣壓縮機4和水泵5分別通過氣動回路和冷卻回路與所述層流等離子加工裝置相連；所述打印室1還包括一個3D打印加工臺9，所述3D打印加工臺上設置有帶有固定塊11的旋轉臺10。
這是本實用新型的一種最基本實施方案。三維機械手6是現代化工業中常用的自動化設備，技術成熟靈活度高，且具有相當好的加工精度，用三維機械手6來帶動打印頭7可以實現多方位多角度的打印需求，采用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大于0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優于激光；再次，不產生強輻射，環境性能遠優于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉。打印材料供料前先經過供料裝置3的粉末球形化器進行預處理，提高材料利用率和打印成品質量；旋轉臺10可以在打印中及時調整角度配合三維機械手6的動作。
實施例2
如圖1，一種基于層流等離子技術的3D打印設備，包括打印室1和中央控制器2，還包括帶有粉末球形化器的供料裝置3、空氣壓縮機4和水泵5；所述打印室1中設置有帶有打印頭7的三維機械手6；所述打印頭7中設置有層流等離子加工裝置；所述層流等離子加工裝置與所述供料裝置3通過送料管道8柔性連接；所述空氣壓縮機4和水泵5分別通過氣動回路和冷卻回路與所述層流等離子加工裝置相連；所述打印室1還包括一個3D打印加工臺9，所述3D打印加工臺上設置有帶有固定塊11的旋轉臺10。
所述層流等離子加工裝置包括控制單元、層流離子體發生器、弧壓調節器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節器設置在所述槍體內；所述水冷裝置設置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通；所述控制單元控制層流離子體發生器產生層流等離子束，通過弧壓調節器調節層流等離子束并從槍體噴出加熱從所述供料裝置供給的打印材料。
這是本實用新型的一種優選的實施方案。三維機械手6是現代化工業中常用的自動化設備，技術成熟靈活度高，且具有相當好的加工精度，用三維機械手6來帶動打印頭7可以實現多方位多角度的打印需求，采用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大于0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優于激光；再次，不產生強輻射，環境性能遠優于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉。打印材料供料前先經過供料裝置3的粉末球形化器進行預處理，提高材料利用率和打印成品質量；旋轉臺10可以在打印中及時調整角度配合三維機械手6的動作；層流等離子加工裝置通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的打印材料以及打印要求，層流等離子加工裝置的槍體上設置的水冷裝置可以在打印中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流等離子加工裝置設備故障。
實施例3
如圖1，一種基于層流等離子技術的3D打印設備，包括打印室1和中央控制器2，還包括帶有粉末球形化器的供料裝置3、空氣壓縮機4和水泵5；所述打印室1中設置有帶有打印頭7的三維機械手6；所述打印頭7中設置有層流等離子加工裝置；所述層流等離子加工裝置與所述供料裝置3通過送料管道8柔性連接；所述空氣壓縮機4和水泵5分別通過氣動回路和冷卻回路與所述層流等離子加工裝置相連；所述打印室1還包括一個3D打印加工臺9，所述3D打印加工臺上設置有帶有固定塊11的旋轉臺10。
所述層流等離子加工裝置包括控制單元、層流離子體發生器、弧壓調節器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節器設置在所述槍體內；所述水冷裝置設置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通；所述控制單元控制層流離子體發生器產生層流等離子束，通過弧壓調節器調節層流等離子束并從槍體噴出加熱從所述供料裝置供給的打印材料。
所述氣動回路和冷卻回路沿所述打印室1的側壁設置并穿過打印室1與汽源和水源連接。
這是本實用新型的一種優選的實施方案。三維機械手6是現代化工業中常用的自動化設備，技術成熟靈活度高，且具有相當好的加工精度，用三維機械手6來帶動打印頭7可以實現多方位多角度的打印需求，采用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大于0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優于激光；再次，不產生強輻射，環境性能遠優于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉。打印材料供料前先經過供料裝置3的粉末球形化器進行預處理，提高材料利用率和打印成品質量；旋轉臺10可以在打印中及時調整角度配合三維機械手6的動作；層流等離子加工裝置通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的打印材料以及打印要求，層流等離子加工裝置的槍體上設置的水冷裝置可以在打印中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流等離子加工裝置設備故障；氣動回路和冷卻回路沿打印室的側壁設置可以避免影響打印設備動作軌道，設計也比較整潔。
實施例4
如圖1，一種基于層流等離子技術的3D打印設備，包括打印室1和中央控制器2，還包括帶有粉末球形化器的供料裝置3、空氣壓縮機4和水泵5；所述打印室1中設置有帶有打印頭7的三維機械手6；所述打印頭7中設置有層流等離子加工裝置；所述層流等離子加工裝置與所述供料裝置3通過送料管道8柔性連接；所述空氣壓縮機4和水泵5分別通過氣動回路和冷卻回路與所述層流等離子加工裝置相連；所述打印室1還包括一個3D打印加工臺9，所述3D打印加工臺上設置有帶有固定塊11的旋轉臺10。
所述層流等離子加工裝置包括控制單元、層流離子體發生器、弧壓調節器、水冷裝置和槍體；所述層流離子體發生器和弧壓調節器設置在所述槍體內；所述水冷裝置設置在所述槍體的壁上并與所述冷卻回路連通；所述控制單元控制層流離子體發生器產生層流等離子束，通過弧壓調節器調節層流等離子束并從槍體噴出加熱從所述供料裝置供給的打印材料。
所述氣動回路和冷卻回路沿所述打印室1的側壁設置并穿過打印室1與汽源和水源連接。
所述層流離子體發生器，主要由陰極部分、陽極部分、進氣環、底座和緊固螺釘組成，所述的陰極部分由陰極座和陰極頭組成，采用緊固螺釘與底座固定；所述的進氣環內圓與陰極座配合，外圓與陽極座配合；所述的陽極部分由陽極座、陽極頭和壓緊端蓋組成，采用緊固螺釘與底座固定。
這是本實用新型的一種優選的實施方案。三維機械手6是現代化工業中常用的自動化設備，技術成熟靈活度高，且具有相當好的加工精度，用三維機械手6來帶動打印頭7可以實現多方位多角度的打印需求，采用層流離子體發生器作為熱源，電源效率高且工作穩定，弧壓波動不大于0.5，電流波動，連續工作壽命可達200小時以上，大氣下弧長大于1000mm、真空中弧長大于3000mm、電弧末端弧徑大于400mm，同時其工作噪聲低，為30～50分貝；工作時層流等離子束流注入材料表面的最大等效溫度為61700℃，可融化金屬顆粒直徑不小于4mm，具有極強的適用性，使用層流等離子作為打印熱源，克服了傳統湍流等離子體束精度差、空氣卷入多、溫度梯度差的缺點，長弧、高溫、高效、數字可控，適于高精密、智能成形制造；其次，等離子束本身所具有的電離特性，使得能量可以深入到金屬內部，同時不產生表面反射，熱效率很高，遠遠優于激光；再次，不產生強輻射，環境性能遠優于電子束。而成本上，層流電弧等離子體束熱源由于附屬設備少、結構簡單、低能耗，則更為低廉。打印材料供料前先經過供料裝置3的粉末球形化器進行預處理，提高材料利用率和打印成品質量；旋轉臺10可以在打印中及時調整角度配合三維機械手6的動作；層流等離子加工裝置通過弧壓調節器調節層流等離子的輸出以適應不同的打印材料以及打印要求，層流等離子加工裝置的槍體上設置的水冷裝置可以在打印中及時為槍體降溫，避免應高溫導致的層流等離子加工裝置設備故障；氣動回路和冷卻回路沿打印室的側壁設置可以避免影響打印設備動作軌道，設計也比較整潔；所述層流離子體發生器，主要由陰極部分、陽極部分、進氣環、底座和緊固螺釘組成，所述的陰極部分由陰極座和陰極頭組成，采用緊固螺釘與底座固定；所述的進氣環內圓與陰極座配合，外圓與陽極座配合；所述的陽極部分由陽極座、陽極頭和壓緊端蓋組成，采用緊固螺釘與底座固定。