一种直接打印建筑框架的等离子3D打印设备与方法技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种直接打印建筑框架的等离
子3D打印设备与方法。
背景技术
当前建筑框架主要通过传统方法制备，如冲压、铸造、机械切割、切
削、折弯、电化学等工艺。不仅成本高、效率低、欠缺美观，而且在加工复
杂结构的建筑框架时，其工艺难度大、制造成本显著增加，所得构件的精度
及强度大大降低，对于复杂且要求承载重量大的构件，施工后往往容易出现
断裂、裂缝等问题。
3D打印技术是通过设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技
术，相对于传统的技术，是一种自下而上材料累加的制造方法。具体原理就
是3D打印技术，就是在计算机中将3DCAD模型分成若干层，通过3D打印
设备在一个平面上按照3DCAD层图形，将塑料、金属甚至生物组织活性细
胞等材料烧结或者黏合在一起，然后再一层一层的叠加起来。通过每一层不
同的图形的累积，最后形成一个三维物体。
因此，开发一种直接打印建筑框架的等离子3D打印装备及其制备方法
法，迎合了当今3D打印应用于建筑装饰领域的趋势，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种直接打印
建筑框架的等离子3D打印设备与方法。解决了传统工艺制备建筑框架工艺难
度大、制造成本高、精度低等缺陷。
本发明通过下述技术方案实现：
一种直接打印建筑框架的等离子3D打印设备，包括成型台4、直立在成
型台4周围的数根成型支架8、等离子加工装置2、连接件5、数根驱动臂10、
送粉电机12和中央控制系统13；
所述成型支架8上设有导轨7，导轨7上设有滑块驱动机构6；
所述连接件5置于成型支架8的中部，所述连接件5的周围通过分布在其
周围的数根驱动臂10活动连接滑块驱动机构6；
所述等离子加工装置2安装在连接件5上方，在连接件5的下方安装有与
等离子加工装置2连接的等离子喷头3，所述等离子加工装置2通过等离子光
纤9连接等离子喷头3；
所述送粉电机12内的金属粉末由通粉管路11送入等离子喷头3；所述中
央控制系统13分别通过控制电缆连接等离子加工装置2、送粉电机12、滑块
驱动机构6。
当中央控制系统13控制滑块驱动机构6在导轨7上按照其指令，在Z方
向作上下运动时，可带动连接件5在XYZ三个方向相应运动。
导轨7的轴线垂直于成型台4的平面。
所述成型支架8的数量为三根，呈“品”字型(或三角形)分布，并固
定在成型台4的周围。
每根成型支架8上的导轨7为两根，并相互平行。
所述直接打印建筑框架的等离子3D打印设备还包括一个对等离子加工装
置2进行冷却的水冷机系统，由中央控制系统13控制。
所述水冷机系统为水冷机14，并通过冷却水路1连接等离子加工装置2；
所述直接打印建筑框架的等离子3D打印设备还包括一个对等离子加工装置2
进行冷却的水冷机系统，由中央控制系统13控制。
所述驱动臂10与滑块驱动机构6和连接件5之间的连接，采用转动连接。
如球形旋转接头
一种直接打印建筑框架的等离子3D打印方法，包括如下步骤：
将设计好的建筑框架的三维模型的电子数据文件，转换成中央控制系统
13可读取的格式，导入其内；
中央控制系统13通过控制等离子加工装置2产生等离子体，通过等离子
光纤9到达等离子喷头3，与此同时，中央控制系统13通过控制水冷机14工
作，水冷机14通过冷却水管1对等离子加工装置2内部的等离子枪进行冷却；
中央控制系统13通过控制送粉电机12通过通粉管路11向等离子喷头3
输送打印框架所需的粉末，为了粉末熔化的均匀性，采用了三条通粉管路11
输送粉末，最后和等离子弧同轴汇聚在等离子喷头3并喷出并熔化，与此同
时，中央控制系统13事前导入的电子数据文件的内容，控制滑块驱动机构6，
各自沿导轨7在Z方向上按指令移动，使连接件5在XYZ三个方向作出相应
的运动，进而带动等离子喷头3按照相应的运动轨迹将熔化的粉末，逐层堆
积在成型台4上，最终完成所需形状建筑框架的等离子3D打印。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明包括成型台、直立在成型台周围的数根成型支架、等离子加工装
置、连接件、数根驱动臂、送粉电机和中央控制系统等；成型支架上设有导
轨，导轨上设有滑块驱动机构；连接件置于成型支架的中部，所述连接件的
周围通过分布在其周围的数根驱动臂活动连接滑块驱动机构；等离子加工装
置安装在连接件上方，在连接件的下方安装有与等离子加工装置连接的等离
子喷头，所述等离子加工装置通过等离子光纤连接等离子喷头。当中央控制
系统控制滑块驱动机构在导轨上按照其指令，在Z方向作上下运动时，可带
动连接件在XYZ三个方向相应运动。这种结构实现在Y、X、Z方向的精确
且可快速成型任意形状的物体，可以克服光学偏转所引起的尺寸限制，从而
扩大3D打印成型零件的尺寸，并保证成型精度。为客户自由定制提供了技术
支持，拓宽了设计师的想想空间。
相对于使用激光器，本发明采用的等离子体是一种廉价的金属材料加工
热源，可以获得高效、低成本的3D打印设备，能有效的降低建筑框架的制作
成本和加工效率。
与传统建筑框架的制造相比，它降低了成型建筑框架的建造成本、缩短
了工程周期、提高了建筑框架的力学性能和精度，并降低了施工的风险。最
重要的一点是，该设备可以建造出复杂的建筑框架结构，一次成型，避免了
断裂、裂缝等问题的产生。可以释放设计师的创造力，满足设计师天马行空
的想象力，提升建筑框架的美观性和档次。
通过本发明所获得的建筑框架是无缝衔接的，结构稳固性和连接强度远
高于传统工艺。
附图说明
图1为本发明直接打印建筑框架的等离子3D打印设备的结构示意图。
图2为图1另一个视角的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、2所示。本发明公开了一种直接打印建筑框架的等离子3D打印
设备，包括成型台4、直立在成型台4周围的数根成型支架8、等离子加工装
置2、连接件5、数根驱动臂10、送粉电机12和中央控制系统13；
所述成型支架8上设有导轨7，导轨7上设有滑块驱动机构6；
所述连接件5置于成型支架8的中部，所述连接件5的周围通过分布在其
周围的数根驱动臂10活动连接滑块驱动机构6；
所述等离子加工装置2安装在连接件5上方，在连接件5的下方安装有与
等离子加工装置2连接的等离子喷头3，所述等离子加工装置2通过等离子光
纤9连接等离子喷头3；
所述送粉电机12内的金属粉末由三路通粉管路11送入等离子喷头3周围；
送粉率由送粉电机12的功率大小控制。粉末分为三路送入到等离子喷头3，
并保持和等离子弧同轴汇聚；采用送粉电机12送粉，功率大，送粉量大，可
以加快成型效率，而且成型过程中可以随时添加粉末，无须停机，保证了成
型的稳定性。
所述中央控制系统13分别通过控制电缆连接等离子加工装置2、送粉电机
12、滑块驱动机构6。
当中央控制系统13通过其内置控制电路控制滑块驱动机构6在导轨7上
按照其指令，在Z方向作上下升降运动时，可带动连接件5在XYZ三个方向
相应运动。
导轨7的轴线垂直于成型台4的平面。
所述成型支架8的数量为三根，呈“品”字型分布，并固定在成型台4
的周围。
每根成型支架8上的导轨7为两根，并相互平行。
所述直接打印建筑框架的等离子3D打印设备还包括一个对等离子加工装
置2进行冷却的水冷机系统，由中央控制系统13控制。水冷机系统用于防止
等离子加工装置2内部的等离子枪过热而影响加工精度。
所述水冷机系统为水冷机14，并通过冷却水路1连接等离子加工装置2。
本领域技术人员熟知等离子加工装置2包括等离子体电源、等离子体发生器、
等离子弧压调高器、等离子枪等构成。
所述直接打印建筑框架的等离子3D打印设备还包括一个对等离子加工装
置2进行冷却的水冷机系统，由中央控制系统13控制。
所述驱动臂10与滑块驱动机构6和连接件5之间的连接，采用转动连接。
如球形旋转接头
一种直接打印建筑框架的等离子3D打印方法，包括如下步骤：
将设计好的建筑框架的三维模型的电子数据文件，转换成中央控制系统
13可读取的格式，导入其内；
中央控制系统13通过控制等离子加工装置2产生等离子体，通过等离子
光纤9到达等离子喷头3，与此同时，中央控制系统13通过控制水冷机14工
作，水冷机14通过冷却水管1对等离子加工装置2内部的等离子枪进行冷却；
中央控制系统13通过控制送粉电机12通过通粉管路11向等离子喷头3
输送打印框架所需的粉末，为了粉末熔化的均匀性，采用了三条通粉管路11
输送粉末，最后和等离子弧同轴汇聚在等离子喷头3并喷出并熔化，与此同
时，中央控制系统13事前导入的电子数据文件的内容，控制滑块驱动机构6，
各自沿导轨7在Z方向上按指令移动，使连接件5在XYZ三个方向作出相应
的运动，进而带动等离子喷头3按照相应的运动轨迹将熔化的粉末，逐层堆
积在成型台4上，最终完成所需形状建筑框架的等离子3D打印。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的
精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置
换方式，都包含在本发明的保护范围之内。