一種火車輪等離子3d打印再制造設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]火車輪輪緣在火車運行中，特別是拐彎時容易發(fā)生磨損；當火車輪輪緣磨損到一定程度后不能保證火車的穩(wěn)定運行，使火車輪對整體報廢，更換新的火車輪對。為了降低成本，提高資源利用率，目前有采用堆焊方法對尺寸超差的火車輪輪緣進行再制造。
[0003]采用堆焊方法制造火車輪輪緣時，主要存在以下三方面問題:
[0004]第一、堆焊需要對火車輪進行預(yù)熱和后續(xù)熱處理，這就需要將火車輪從火車輪對上拆卸下來，由于車輪和軸的裝備是通過將車輪加熱產(chǎn)生膨脹，然后套入軸，冷卻后收縮牢固地結(jié)合在一起，因此，車輪和軸的拆卸過程復(fù)雜且必須采用專用工具，拆卸成本高，同時，拆卸和再次裝配不可避免會對火車輪對的可靠性產(chǎn)生影響；
[0005]第二、堆焊需要對火車輪進行預(yù)熱和后續(xù)熱處理，需要將軸承從軸上拆卸下來，軸承的拆卸過程復(fù)雜且必須采用專用工具，拆卸成本高；
[0006]第三、堆焊需要對火車輪進行預(yù)熱和后續(xù)熱處理，拆卸車輪和軸承，制造過程復(fù)雜、所需時間長，堆焊輪緣效率低。
[0007]另外，與鐵軌滾動摩擦過程中，火車輪輪面也會發(fā)生磨損，同時鐵軌上的異物也會加速輪面磨損，如產(chǎn)生凹坑等。運行一段時間后，需要將輪面車削至光滑狀態(tài)，數(shù)次車削后，輪面過薄導致火車輪對徹底報廢，造成資源大量浪費。為增大火車輪的使用年限，一般在火車輪的輪轂上布設(shè)一層耐磨層，該耐磨層為輪面面層，火車輪的輪面為該輪面面層的外表面。經(jīng)數(shù)次車削后，火車輪的輪面面層過薄將導致火車輪對徹底報廢。
[0008]目前，國內(nèi)外金屬零件快速成型技術(shù)主要是選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)(Selective laser melting，SLM)。選區(qū)激光恪化快速成型設(shè)備的基本工作原理是:先在計算機上利用Pro/e、UG、CATIA等三維造型軟件設(shè)計出零件的三維實體模型(即三維立體模型)，然后通過切片軟件對該三維模型進行分層切片，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，在工作缸內(nèi)平鋪一定厚度的粉末，依照計算機的控制，激光束通過振鏡掃描的方式按照三維零部件圖形的切片處理結(jié)果選擇性地熔化預(yù)置粉末層；隨后，工作缸下降一定距離并再次鋪粉，激光束在振鏡的帶動下再次按照零部件的三維圖形完成零部件下一層的制造;如此重復(fù)鋪粉、掃描和工作缸下降等工序，從而實現(xiàn)三維零部件的制造?，F(xiàn)如今，選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)主要存在以下三方面問題:第一、選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)需要保護氣氛或真空環(huán)境，以避免成型過程中金屬零件的氧化。這使選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型零件尺寸受到限制，能量源激光器系統(tǒng)價格高，成型設(shè)備價格昂貴;第二、選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)需要鋪粉的成型缸系統(tǒng)。這使選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率較低;第三、為了保障零件力學性能，選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)需要流動性好的球形金屬粉末。這使選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備運行成本很高。
[0009]另外，金屬零件快速成型技術(shù)中還有電子束快速成型技術(shù)。但目前，選區(qū)電子束快速成型技術(shù)主要存在以下三方面問題:第一、電子束快速成型技術(shù)需要真空環(huán)境，以形成能量源電子束和避免成型過程中金屬零件的氧化。這使電子束快速成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型零件尺寸受到限制，成型設(shè)備價格昂貴;第二、電子束快速成型技術(shù)需要鋪粉系統(tǒng)或成型材料供給系統(tǒng)。這使電子束快速成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率較低；第三、為了保障零件力學性能，電子束快速成型技術(shù)需要流動性好的球形金屬粉末。這使選區(qū)激光熔化快速成型設(shè)備運行成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且使用操作簡便、效率高、使用效果好，無需密閉成型室，修復(fù)過程直接在大氣環(huán)境下進行，修復(fù)后火車輪質(zhì)量好，修復(fù)效率高。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征在于:由監(jiān)控系統(tǒng)、等離子束流加工系統(tǒng)、對待修復(fù)火車輪進行機加工的機加工裝置、帶動機加工裝置進行移動的三軸移動機構(gòu)和供待修復(fù)火車輪放置的水平打印臺組成;所述水平打印臺包括水平支撐機構(gòu)和固定安裝在水平支撐機構(gòu)上且?guī)铀龃迯?fù)火車輪繞其輪軸的中心軸線進行旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)位于水平支撐機構(gòu)上方，所述輪軸呈水平布設(shè)且其安裝于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上;所述機加工裝置安裝在三軸移動機構(gòu)上且其位于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上方；
[0012]所述等離子束流加工系統(tǒng)由安裝有噴頭且用于產(chǎn)生等離子束的等離子體發(fā)生器、對所述等離子體發(fā)生器的位置進行調(diào)整的打印位置調(diào)整裝置、為所述等離子體發(fā)生器提供工作氣體的供氣裝置和用于連續(xù)向所述等離子體發(fā)生器內(nèi)送入打印材料的送粉器組成，所述等離子體發(fā)生器位于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上方;所述供氣裝置通過供氣管與所述等離子體發(fā)生器上所開的進氣口連接;所述等離子體發(fā)生器內(nèi)設(shè)置有供所述粉末流通的粉末流通通道，所述粉末流通通道與所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的放電室內(nèi)部相通且其與所述進氣口連通，所述粉末流通通道的外端口為進粉口，所述送粉器的送粉口通過送粉管與進粉口連接;所述打印位置調(diào)整裝置包括帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發(fā)生器與所述水平移動裝置同步移動并相應(yīng)對所述噴頭的出口與輪軸之間的距離進行調(diào)節(jié)的打印距離調(diào)節(jié)裝置，所述等離子體發(fā)生器安裝在所述水平移動裝置上，且所述水平移動裝置安裝在所述打印距離調(diào)節(jié)裝置上；
[0013]所述監(jiān)控系統(tǒng)包括對所述水平移動裝置進行控制的水平移動控制器、對所述等離子束流加工系統(tǒng)在所述待修復(fù)火車輪上的加工位置處溫度進行實時檢測的溫度檢測單元、對所述噴頭的出口與輪軸或水平支撐機構(gòu)之間的距離進行實時檢測的距離檢測單元、對所述打印距離調(diào)節(jié)裝置進行控制的打印距離調(diào)節(jié)控制器、對所述待修復(fù)火車輪的輪軸的旋轉(zhuǎn)角度進行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元和對水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行控制的旋轉(zhuǎn)控制器，所述水平移動控制器與所述水平移動裝置連接，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器與所述打印距離調(diào)節(jié)裝置連接，所述距離檢測單元和溫度檢測單元均與打印距離調(diào)節(jié)控制器連接，所述溫度檢測單元與打印距離調(diào)節(jié)控制器組成溫度調(diào)控裝置;所述旋轉(zhuǎn)角度檢測單元與旋轉(zhuǎn)控制器連接。
[0014]上述一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征是:所述待修復(fù)火車輪為存在輪緣磨損缺陷和/或輪面缺陷的火車輪;所述輪緣磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪緣存在磨損;所述輪面缺陷為輪面局部缺陷和/或輪面磨損缺陷，所述輪面局部缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在破損或開裂，所述輪面磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在磨損;所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的上方設(shè)置有對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測的超聲波檢測裝置或三維激光掃描儀。
[0015]上述一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征是:所述送粉器包括上部開有進料口的外殼和安裝在所述外殼內(nèi)的送粉輪，所述送粉輪由驅(qū)動電機進行驅(qū)動;所述送粉口位于所述外殼下部；
[0016]所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述等離子體發(fā)生器進行控制的等離子發(fā)生控制器、對供氣管的氣體流量進行實時檢測的氣體流量檢測單元和對供氣管上安裝的流量調(diào)節(jié)閥進行控制的氣體流量控制器，所述等離子發(fā)生控制器與所述等離子體發(fā)生器連接，所述氣體流量檢測單元與氣體流量控制器連接。
[0017]上述一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征是:所述等離子體發(fā)生器包括等離子槍，所述噴頭為等離子槍前端的陽極噴嘴;所述等離子槍包括開有所述進氣口的槍體、位于槍體正前方的陽極噴嘴和插裝于槍體內(nèi)的陰極，所述陽極噴嘴位于陰極前側(cè)，所述放電室位于陰極前側(cè)且其位于陽極噴嘴的后部內(nèi)側(cè)，所述陽極噴嘴的前部內(nèi)側(cè)為噴口；
[0018]所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角不大于45°;所述打印距離調(diào)節(jié)裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進行上下調(diào)整的上下調(diào)整裝置。
[0019]上述一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征是:所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括左右兩個均固定安裝在水平支撐機構(gòu)上的旋轉(zhuǎn)支撐座和帶動輪軸進行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，所述輪軸的兩端分別安裝在兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座上且其兩端與兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座之間均通過軸承進行連接;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)為電動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)且其與輪軸進行傳動連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)由旋轉(zhuǎn)控制器進行控制且其與水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)連接；
[0020]所述水平支撐機構(gòu)為固定式支撐結(jié)構(gòu)或能上下移動的移動平臺。
[0021]同時，本發(fā)明公開了一種方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好的火車輪等離子3D打印再制造方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:
[0022]步驟一、火車輪缺陷檢測:對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測，并對檢測出各缺陷的位置分別進行記錄；
[0023]所述待修復(fù)火車輪為存在輪緣磨損缺陷和/或輪面缺陷的火車輪;所述輪緣磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪緣存在磨損;所述輪面缺陷為輪面局部缺陷和/或輪面磨損缺陷，所述輪面局部缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在破損或開裂，所述輪面磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在磨損；
[0024]步驟二、火車輪修復(fù):采用所述火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，對步驟一中檢測出的所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷分別進行修復(fù)，過程如下:
[0025]步驟201、輪緣磨損缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪緣磨損缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪的輪緣上存在所述輪緣磨損缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪緣磨損缺陷修復(fù)，并進入步驟202;否則，進入步驟203;
[0026]步驟202、輪緣磨損缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對所述待修復(fù)火車輪的輪緣的磨損區(qū)域進行修復(fù)，完成所述待修復(fù)火車輪的輪緣再制造過程；
[0027]步驟203、輪面局部缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪面局部缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在所述輪面局部缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪面局部缺陷修復(fù)，并進入步驟204;否則，進入步驟205;
[0028]步驟204、輪面局部缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，對所述待修復(fù)火車輪上存在的各輪面局部缺陷分別進行修復(fù)，直至完成所述待修復(fù)火車輪上存在的所有輪面局部缺陷的修復(fù)過程；
[0029]所述待修復(fù)火車輪上所有輪面局部缺陷的修復(fù)方法均相同；對所述待修復(fù)火車輪上存在的任一個所述輪面局部缺陷進行修復(fù)時，包括以下步驟:
[0030]步驟2041、缺陷部位去除:先通過旋轉(zhuǎn)控制器對水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行控制，并帶動所述待修復(fù)火車輪繞其輪軸的中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，直至將當前所修復(fù)輪面局部缺陷所處位置旋轉(zhuǎn)至輪軸的中心軸線上方;再采用所述機加工裝置對所述待修復(fù)火車輪上當前所修復(fù)輪面局部缺陷所處區(qū)域進行去除，獲得與當前所修復(fù)輪面局部缺陷對應(yīng)的待填充區(qū)域；
[0031]步驟2042、等離子3D打印:采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對步驟2041中所述待填充區(qū)域進行等離子3D打印，完成當前所修復(fù)輪面局部缺陷的修復(fù)過程；
[0032]步驟205、輪面磨損缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪面磨損缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪面磨損缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪面磨損缺陷修復(fù)，并進入步驟206;否則，完成所述待修復(fù)火車輪的再制造過程；
[0033]步驟206、輪面磨損缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對所述待修復(fù)火車輪的輪面的磨損區(qū)域進行修復(fù)，完成所述待修復(fù)火車輪的再制造過程。
[0034]上述對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征是:步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，通過旋轉(zhuǎn)控制器控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動輪軸繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸旋轉(zhuǎn)過程中，采用水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上方設(shè)置的超聲波檢測裝置或三維激光掃描儀對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測；
[0035]步驟二中完成火車輪修復(fù)后，獲得修復(fù)后火車輪;之后，通過旋轉(zhuǎn)控制器控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動輪軸繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置對所述修復(fù)后火車輪進行精加工。
[0036]上述對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征是:步驟2022中采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對步驟2021中所述待填充區(qū)域進行等離子3D打印時，過程如下:
[0037]步驟A、三維立體模型獲取及分層切片處理:根據(jù)所述待修復(fù)火車輪的火車輪成品的三維立體模型，采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取所述待填充區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對所述待填充區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0038]本步驟中，多個所述分層截面圖像為對所述待填充區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由下至上均勻布設(shè)；
[0039]步驟B、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊，對步驟A中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0040]步驟C、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)步驟B中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑;每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同；
[0041]步驟D、由下至上逐層打印:根據(jù)步驟C中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，由下至上逐層對所述待填充區(qū)域進行打印，使所述待填充區(qū)域被多個由下至上堆疊而成的成型層進行填充;所述成型層的數(shù)量與步驟A中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與步驟A中相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟C中多個所述分層截面的打印路徑分別為所述待填充區(qū)域中多個所述成型層的打印路徑;所述待填充區(qū)域中多個所述成型層的打印方法均相同；對所述待填充區(qū)域進行打印時，過程如下:
[0042]步驟Dl、底層打印:所述水平移動控制器根據(jù)步驟C中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至所述待填充區(qū)域內(nèi)；待所噴熔融液滴均凝固后，完成所述待填充區(qū)域內(nèi)當前所打印成型層的打印過程；
[0043]本步驟中，當前所打印成型層為所述待填充區(qū)域內(nèi)多個所述成型層中位于最底部的成型層；
[0044]步驟D2、上一層打印，包括以下步驟:
[0045]步驟D21、水平支撐機構(gòu)下移:將水平支撐機構(gòu)在豎直方向上進行一次向下移動且向下移動高度與所述待填充區(qū)域內(nèi)所述成型層的層厚相同；
[0046]步驟D22、打印及同步溫控:所述水平移動控制器根據(jù)步驟C中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上;待所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0047]本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元對所述待填充區(qū)域內(nèi)當前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器，同時通過距離檢測單元對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)之間的距離進行實時檢測并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器;所述打印距離調(diào)節(jié)控制器根據(jù)溫度檢測單元所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度不高于所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.6倍；
[0048]步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸的中心軸線進行移動;步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流；
[0049]步驟D3、多次重復(fù)步驟D2，直至完成所述待填充區(qū)域內(nèi)所有成型層的打印過程。
[0050]上述對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征是:所述待修復(fù)火車輪包括中部開有軸孔且安裝在輪軸上的輪轂，所述輪緣布設(shè)在輪轂且其位于輪轂內(nèi)側(cè)；
[0051]步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，當檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪緣磨損缺陷時，還需對所述待修復(fù)火車輪的輪緣的磨損程度進行判斷:當判斷出輪緣的磨損程度為部分磨損時，步驟202中采用直接修復(fù)法或去除后再修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)；當判斷出輪緣的磨損程度為全部磨損時，步驟202中進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0052]步驟202-1、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取輪緣的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪緣的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0053]多個所述分層截面圖像為對輪緣的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0054]步驟202-2、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊，對步驟202-1中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0055]步驟202-3、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)步驟202-2中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑;每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同；
[0056]步驟202-4、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟202-3中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在輪轂上由內(nèi)至外逐層對輪緣進行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輪緣;所述成型層的數(shù)量與步驟202-1中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟202-3中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑;對輪緣進行打印時，過程如下:
[0057]步驟202-401、底層打印:根據(jù)步驟202-3中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動輪軸繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輪轂的外表面上;待輪軸旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0058]本步驟中，當前所打印成型層為多個所述成型層中位于最內(nèi)側(cè)的成型層；
[0059]步驟202-402、下一層打印，包括以下步驟:
[0060]步驟202-4021、等離子體發(fā)生器上移:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進行一次向上移動且向上移動高度與所述成型層的層厚相同；
[0061]移動到位后，對所述等離子體發(fā)生器的高度進行記錄，此時所述等離子體發(fā)生器的高度為當前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0062]步驟202-4022、打印及同步溫控:根據(jù)步驟202-3中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動輪軸繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待輪軸旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0063]本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元對當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器，同時通過距離檢測單元對所述噴頭的出口與輪軸之間的距離進行實時檢測并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器;所述打印距離調(diào)節(jié)控制器根據(jù)溫度檢測單元所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與輪軸之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度不高于所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.6倍；
[0064]步驟202-401和步驟202-4022中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸的中心軸線進行移動；步驟202-401和步驟202-4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;所述打印材料為粉末狀材料；
[0065]步驟202-4023、等離子體發(fā)生器移動復(fù)位:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進行上下移動，直至將所述等離子體發(fā)生器的高度調(diào)整為步驟202-4021中當前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0066]步驟202-403、多次重復(fù)步驟202-402，直至完成輪緣所有成型層的打印過程；
[0067]步驟202中采用所述直接修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0068]步驟20211、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊獲取輪緣上磨損區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪緣上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0069]多個所述分層截面圖像為對輪緣上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0070]步驟20212、掃描路徑填充:按照步驟202-2中所述的方法，獲得步驟20211中多個所述分層截面的掃描路徑；
[0071 ] 步驟20213、打印路徑獲取:按照步驟202-3中所述的方法，獲得步驟20211中多個所述分層截面的打印路徑；
[0072]步驟20214、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟20213中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，并按照步驟202-4中所述的方法，由內(nèi)至外逐層對輪緣上的磨損區(qū)域進行打?。?br>[0073]步驟202中采用所述去除后再修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0074]步驟20221、輪緣去除:通過旋轉(zhuǎn)控制器控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動輪軸繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置對所述待修復(fù)火車輪的輪緣進行去除；
[0075]步驟20222、按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在步驟20221中所述待修復(fù)火車輪的輪轂上打印輪緣。
[0076]上述對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征是:所述輪轂的外側(cè)沿圓周方向布設(shè)有一層輪面面層，所述待修復(fù)火車輪的輪面為輪面面層的外表面;步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，當檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪面磨損缺陷時，還需對所述待修復(fù)火車輪的輪面面層的磨損程度進行判斷:當判斷出輪面面層的磨損程度為部分磨損時，步驟206中采用直接修復(fù)法或去除后再修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)；當判斷出輪面面層的磨損程度為全部磨損時，步驟206中進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在所述待修復(fù)火車輪的輪轂上打印輪面面層；
[0077]步驟206中采用直接修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0078]步驟20611、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊獲取輪面面層上磨損區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪面面層上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0079]多個所述分層截面圖像為對輪面面層上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0080]步驟20612、掃描路徑填充:按照步驟202-2中所述的方法，獲得步驟20611中多個所述分層截面的掃描路徑；
[0081 ] 步驟20613、打印路徑獲取:按照步驟202-3中所述的方法，獲得步驟20611中多個所述分層截面的打印路徑；
[0082]步驟20614、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟20613中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，并按照步驟202-4中所述的方法，由內(nèi)至外逐層對輪面面層上的磨損區(qū)域進行打??；
[0083]步驟206中采用去除后再修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0084]步驟20621、輪面面層去除:通過旋轉(zhuǎn)控制器控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動輪軸繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置對所述待修復(fù)火車輪的輪面面層進行去除；
[0085]步驟20622、按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在步驟20621中所述待修復(fù)火車輪的輪轂上打印輪面面層。
[0086]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0087]1、所采用的火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且投入成本較低、加工制作及安裝布設(shè)方便。
[0088]2、所采用的火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備無需密閉成型室，并且不需要保護氣氛或真空環(huán)境，修復(fù)過程(即再制造過程)直接在大氣環(huán)境下進行。因而，結(jié)構(gòu)非常簡單，并且再制造零件尺寸不受限制，設(shè)備價格較低。
[0089]3、火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備的打印材料供給在能量源等離子束中(材料的液滴等離子束流)，不需要鋪粉的成型缸系統(tǒng)不需要鋪粉系統(tǒng)，僅需一個送粉器即可，結(jié)構(gòu)大幅度簡化。
[0090]4、所采用的火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備使用操作簡便、智能化程度且效率高、使用效果好，所成型火車輪質(zhì)量好。所采用的監(jiān)控系統(tǒng)包括對水平移動裝置進行控制的水平移動控制器、對打印位置處溫度進行實時檢測的溫度檢測單元、對噴頭的出口與輪軸或水平支撐機構(gòu)之間的距離進行實時檢測的距離檢測單元、對打印距離調(diào)節(jié)裝置進行控制的打印距離調(diào)節(jié)控制器、對輪軸的旋轉(zhuǎn)角度進行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元和對水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行控制的旋轉(zhuǎn)控制器，打印距離調(diào)節(jié)控制器與打印距離調(diào)節(jié)裝置連接，溫度檢測單元和距離檢測單元均與打印距離調(diào)節(jié)控制器連接;溫度檢測單元與打印距離調(diào)節(jié)控制器組成溫度調(diào)控裝置，旋轉(zhuǎn)角度檢測單元與旋轉(zhuǎn)控制器連接。
[0091]實際使用過程中，溫度調(diào)控裝置中的打印距離調(diào)節(jié)控制器根據(jù)溫度檢測單元所檢測信息對打印距離調(diào)節(jié)裝置進行控制，使得打印距離能自適應(yīng)調(diào)節(jié)，這樣既能防止因打印距離過近造成已打印完成的成型層再出現(xiàn)熔化的問題，并且也能防止因打印距離過遠造成的成型精度較低、熔融液滴在噴至上一個打印層外表面之前發(fā)生凝固等問題，使得成型過程易于控制，且實現(xiàn)方便，同時能有效防止火車輪輪緣或輪面的表面發(fā)生氧化，因而無需設(shè)置密閉的真空環(huán)境。另外，所采用的監(jiān)控系統(tǒng)還包括氣體流量自適應(yīng)調(diào)節(jié)和粉末流量自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，智能化程度高。
[0092]5、火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備采用的能量源為等離子束，等離子束功率可達數(shù)十千瓦，能熔化陶瓷材料，實現(xiàn)金屬、金屬陶瓷和陶瓷零件的等離子澆鑄快速成型。產(chǎn)生等離子束的等離子發(fā)生器(具體是等離子槍)結(jié)構(gòu)簡單，運行維護成本低，等離子澆鑄快速成型設(shè)備成本低。
[0093]6、火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備所打印材料的液滴在等離子束流中，等離子束本身具有保護作用，再加上工作氣體的作用，能有效防止打印材料的氧化，該設(shè)備不需要保護氣氛或真空環(huán)境，直接在大氣環(huán)境下使用，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、運行成本低、再制造零件尺寸不受限制等優(yōu)點。
[0094]7、火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備采用直流電機帶動粉輪旋轉(zhuǎn)并通過工作氣體輔助將粉末送至等離子束中，可使用一次粉末或造粒粉末，不需要球形粉末。該設(shè)備打印材料成本低。
[0095]8、火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備打印時材料狀態(tài)由液態(tài)凝固成固態(tài)，工藝過程簡化，降低了3D打印的工藝難度和成本。同時，在工作氣體(等離子束內(nèi)含未電離的工作氣體)的作用下粉末進入等離子束內(nèi)，并在所述等離子束內(nèi)加速、加熱并熔化成熔融狀態(tài)形成微小的液滴，該液滴隨等離子束一并噴出，形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;粉末經(jīng)熔化后形成的熔融液滴隨等離子束噴出后，形成由均勻分布有打印材料的熔融液滴的微液流，形成澆鑄式成型，避免了熔滴冷卻凝固成型時產(chǎn)生的圓形收縮現(xiàn)象，零件力學性能高，表面光滑，降低了快速成型的工藝難度。
[0096]9、所采用火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備功能全面且使用操作簡便、使用方式靈活，并且具有缺陷檢測和機加工功能。該設(shè)備的成本較低，所采用等離子束流加工系統(tǒng)中等離子槍價格低，更換、維護成本低，并且使用成本低。采用本發(fā)明能對待修復(fù)火車輪的局部缺陷進行打印再制造，也能夠?qū)φ麄€輪緣、部分輪緣、整個輪面或部分輪面進行打印再制造，還能夠?qū)Υ蛴≡僦圃斓妮喚壟c輪面進行精加工，使打印再制造的火車輪直接用于火車上。
[0097]10、所采用的火車輪等離子3D打印再制造方法簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好，能對火車輪存在的輪緣磨損和輪面缺陷進行簡便、快速且高質(zhì)量修復(fù)。
[0098]11、所采用等離子束流加工系統(tǒng)的等離子3D打印方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好，通過對等離子槍結(jié)構(gòu)進行改進將粉末直接送入等離子束中使粉末熔化，形成所打印材料的液滴等離子束流。等離子束具有保護作用，不需要保護氣氛或真空環(huán)境，直接在大氣環(huán)境下進行打印。并且，打印材料供給在能量源等離子束中(材料的液滴等離子束流)，不需要鋪粉的成型缸系統(tǒng)。另外，采用直流電機帶動粉輪旋轉(zhuǎn)并通過工作氣體輔助將粉末送至等離子束中，可使用一次粉末或造粒粉末，不需要球形粉末。打印時，材料狀態(tài)由液態(tài)凝固成固態(tài)，工藝過程簡化，降低了 3D打印的工藝難度和成本，并且打印零件不再受尺寸限制。由上述內(nèi)容可知，本發(fā)明對傳統(tǒng)的等離子堆焊方法進行本質(zhì)上改進，現(xiàn)有的等離子堆焊方法一般均設(shè)置有等離子弧壓調(diào)高器，等離子槍與工件表面的距離不大于15mm，適用范圍受限。而本發(fā)明中，打印距離能在大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同材質(zhì)打印需求，并且能有效保證工件(即火車輪輪緣或輪面)的成型質(zhì)量。
[0099]采用本發(fā)明能有效解決選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)和電子束快速成型技術(shù)存在的上述問題，并且為火車輪提供了一種全新的火車輪再制造方法，能有效解決現(xiàn)有激光熔覆方法存在的多種問題，具有效率高、成型質(zhì)量好、輪轂與輪緣和輪面面層間連接強度高、修復(fù)后火車輪質(zhì)量好等優(yōu)點。
[0100]12、打印材料(即火車輪輪緣或輪面面層所用的材料)在等離子束中熔化形成液滴，等離子束具有保護和提純作用，避免了冶煉和澆鑄過程中的材料污染，火車輪性能穩(wěn)定。采用等離子3D打印火車輪輪緣和輪面，等離子束能量源能量密度可控，熱輸入量可控，同時具有溫度反饋和控制系統(tǒng)，下一層輪緣和輪面材料打印過程中，等離子束流能夠?qū)ι弦粚哟蛴〔牧线M行同步熱處理，打印輪緣和輪面熱應(yīng)力小，不會出現(xiàn)微裂紋或開裂，因此，不需要對火車輪進行預(yù)熱和熱處理，從而不需要拆卸車輪和軸承，輪緣和輪面制造成本低、效率高，不會對火車輪對的可靠性產(chǎn)生影響。
[0101]另外，采用本發(fā)明能夠?qū)⒒疖囕喢娲蛴』謴?fù)至原始尺寸，避免了傳統(tǒng)只能加工降低車輪直徑而不能恢復(fù)至原始尺寸的缺點，使整列火車的輪對軸線高度相同、車輪直徑相同，使火車運行平穩(wěn)，并且能夠使輪對的壽命接近，便于壽命評估，可靠性提高且便于管理。同時，采用本發(fā)明能夠?qū)喚壓洼喢孢M行去除缺陷的預(yù)處理，也能夠?qū)Υ蛴『蟮妮喚壓洼喢孢M行精加工，完整的火車輪輪緣和輪面打印在一套設(shè)備上完成，并使打印輪緣和輪面的火車輪對直接用于火車上。
[0102]13、采用本發(fā)明打印火車輪輪緣和輪面時，等離子束具有保護作用，功率大且熱輸入量可控，等離子束氣氛還具有反應(yīng)合成特點，能夠?qū)疖囕喚壊牧线M行設(shè)計和合成，生成低摩擦系數(shù)的第二相如石墨、六方BN、TiC等，使打印的火車輪輪緣具有耐磨減磨性能，進一步提高輪緣使用壽命，同時減少對鐵軌的磨損;能夠?qū)疖囕喢娌牧线M行設(shè)計和合成，生成摩擦系數(shù)相對較低但又不降低硬度的第二相如TiC、TiCN等，使打印的火車輪輪面具有耐磨減磨性能，進一步提高輪面使用壽命，同時減少對鐵軌的磨損。
[0103]采用本發(fā)明再制造火車輪時，工藝過程簡單，工藝流程短，設(shè)備成本低。并且，本發(fā)明所公開的等離子束流加工系統(tǒng)能直接在大氣環(huán)境下使用，成型時可將火車輪輪緣或輪面所用材料熔化成液流，實現(xiàn)連續(xù)微澆鑄快速成型，工藝過程簡化，降低了傳統(tǒng)復(fù)合火車輪制造的工藝難度和成本，提高了復(fù)合火車輪的性能。
[0104]14、打印再制造過程可在大氣環(huán)境下進行，對待修復(fù)火車輪的裝卸簡便，修復(fù)效率高。采用本發(fā)明能夠直接在帶有輪軸的火車輪對上進行打印，不需要傳統(tǒng)堆焊方法制備輪緣和輪面時的預(yù)熱和熱處理過程，不需要將火車輪從輪軸上拆卸下來，降低了制造成本，提高了制造效率，提高了火車輪對的可靠性，并且能對打印的輪緣和輪面進行精加工，使之能夠直接應(yīng)用于火車上。
[0105]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0106]圖1為本發(fā)明火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0107]圖2為本發(fā)明實施例1中等離子槍的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0108]圖3為本發(fā)明監(jiān)控系統(tǒng)的電路原理框圖。
[0109]圖4為本發(fā)明進氣環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0110]圖5為本發(fā)明進氣環(huán)本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0111]圖6為本發(fā)明火車輪等離子3D打印再制造方法的流程框圖。
[0112]圖7為本發(fā)明實施例2中等離子槍的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0113]附圖標記說明:
[0114]I—供氣裝置；2—送粉器；3-1—輪軸；
[0115]3-2一輪緣；3-3—輪面面層；3-4—輪穀；
[0116]4 一水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；5—供氣管；
[0117]6—送粉管；7—等離子發(fā)生控制器；
[0118]8—距離檢測單元；9 一溫度檢測單元；
[0119]10—打印距離調(diào)節(jié)控制器；11 一氣體流量檢測單元；
[0120]12—氣體流量控制器；13—等離子槍；13-1—槍體；
[0121]13-2 一陽極噴嘴；13_3 一陰極；13_4 一放電室；
[0122]13-5—嗔口；13-6—絕緣層；14一粉末流通通道；
[0123]15一旋轉(zhuǎn)控制器；16—水平支撐機構(gòu)；17—上下調(diào)整裝置；
[0124]18 一粉末流量檢測單兀； 19 一驅(qū)動電機；20—送粉流量控制器；
[0125]21—進氣環(huán)；21-1—進氣環(huán)本體；21-2—環(huán)形密封蓋；
[0126]21-3 一環(huán)形進氣槽；21_4 一外側(cè)進氣孔；21-5 —內(nèi)側(cè)進氣孔；
[0127]22—進粉口；23—PC機；24—水平移動控制器；
[0128]24-1 — X軸移動機構(gòu)；24-2—Y軸移動機構(gòu)；
[0129]25—流量調(diào)節(jié)閥；26—旋轉(zhuǎn)角度檢測單元；
[0130]27—機加工裝置；28—三軸移動機構(gòu)。
【具體實施方式】
[0131]實施例1
[0132]如圖1所示的一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，由監(jiān)控系統(tǒng)、等離子束流加工系統(tǒng)、對待修復(fù)火車輪進行機加工的機加工裝置27、帶動機加工裝置27進行移動的三軸移動機構(gòu)28和供待修復(fù)火車輪放置的水平打印臺組成。所述水平打印臺包括水平支撐機構(gòu)16和固定安裝在水平支撐機構(gòu)16上且?guī)铀龃迯?fù)火車輪繞其輪軸3-1的中心軸線進行旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4，所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4位于水平支撐機構(gòu)16上方，所述輪軸3-1呈水平布設(shè)且其安裝于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4上。所述機加工裝置27安裝在三軸移動機構(gòu)28上且其位于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4上方。
[0133]所述等離子束流加工系統(tǒng)由安裝有噴頭且用于產(chǎn)生等離子束的等離子體發(fā)生器、對所述等離子體發(fā)生器的位置進行調(diào)整的打印位置調(diào)整裝置、為所述等離子體發(fā)生器提供工作氣體的供氣裝置I和用于連續(xù)向所述等離子體發(fā)生器內(nèi)送入打印材料的送粉器2組成，所述等離子體發(fā)生器位于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4上方。所述供氣裝置I通過供氣管5與所述等離子體發(fā)生器上所開的進氣口連接。所述等離子體發(fā)生器內(nèi)設(shè)置有供所述粉末流通的粉末流通通道14，所述粉末流通通道14與所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的放電室13-4內(nèi)部相通且其與所述進氣口連通，所述粉末流通通道的外端口為進粉口 22，所述送粉器2的送粉口通過送粉管6與進粉口 22連接;所述打印位置調(diào)整裝置包括帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發(fā)生器與所述水平移動裝置同步移動并相應(yīng)對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)的打印距離調(diào)節(jié)裝置，所述等離子體發(fā)生器安裝在所述水平移動裝置上，且所述水平移動裝置安裝在所述打印距離調(diào)節(jié)裝置上。所述打印材料為粉末狀材料(即粉末)，并且，所述打印材料為待修復(fù)火車輪的輪緣3-2所用的材料或其輪面(即輪面面層3-3)所用的材料。
[0134]如圖3所示，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括對所述水平移動裝置進行控制的水平移動控制器24、對所述等離子束流加工系統(tǒng)在所述待修復(fù)火車輪上的加工位置處溫度進行實時檢測的溫度檢測單元9、對所述噴頭的出口與輪軸3-1或水平支撐機構(gòu)16之間的距離進行實時檢測的距離檢測單元8、對所述打印距離調(diào)節(jié)裝置進行控制的打印距離調(diào)節(jié)控制器10、對所述待修復(fù)火車輪的輪軸3-1的旋轉(zhuǎn)角度進行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元26和對水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4進行控制的旋轉(zhuǎn)控制器15，所述水平移動控制器24與所述水平移動裝置連接，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10與所述打印距離調(diào)節(jié)裝置連接，所述距離檢測單元8和溫度檢測單元9均與打印距離調(diào)節(jié)控制器10連接，所述溫度檢測單元9與打印距離調(diào)節(jié)控制器10組成溫度調(diào)控裝置;所述旋轉(zhuǎn)角度檢測單元26與旋轉(zhuǎn)控制器15連接。
[0135]所述待修復(fù)火車輪包括中部開有軸孔且安裝在輪軸3-1上的輪轂3-4，所述輪緣3-2布設(shè)在輪轂3-2且其位于輪轂3-2內(nèi)側(cè);所述輪轂3-4的外側(cè)沿圓周方向布設(shè)有一層輪面面層3-3，所述待修復(fù)火車輪的輪面為輪面面層3-3的外表面。所述輪緣3-2和輪面面層3-3均與輪軸3-1呈同軸布設(shè)。所述輪面面層3-3為耐磨層。
[0136]本實施例中，所述待修復(fù)火車輪為存在輪緣磨損缺陷和/或輪面缺陷的火車輪;所述輪緣磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪緣3-2存在磨損;所述輪面缺陷為輪面局部缺陷和/或輪面磨損缺陷，所述輪面局部缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在破損或開裂，所述輪面磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在磨損。
[0137]同時，所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4的上方設(shè)置有對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測的超聲波檢測裝置或三維激光掃描儀。
[0138]本實施例中，采用超聲波檢測裝置對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測。
[0139]并且，所述超聲波檢測裝置和機加工裝置27均安裝在同一個三軸移動機構(gòu)28上，所述三軸移動機構(gòu)28為能帶動所述超聲波檢測裝置和機加工裝置27同步在X軸、Y軸和Z軸方向上進行移動的移動機構(gòu)，如三軸移動平臺、三維機械手、三軸調(diào)節(jié)支架、萬向架等。本實施例中，所述三軸移動機構(gòu)28位于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4上方。
[0140]本實施例中，所述三軸移動機構(gòu)28為三軸調(diào)節(jié)支架，所述三軸調(diào)節(jié)支架包括底座、安裝在所述底座上的Z軸調(diào)節(jié)臂、安裝在所述Z軸調(diào)節(jié)臂上的X軸調(diào)節(jié)臂和安裝在所述X軸調(diào)節(jié)臂上的Y軸調(diào)節(jié)臂，所述Y軸調(diào)節(jié)臂安裝有一個豎向安裝桿，所述機加工裝置27和超聲波檢測裝置分別安裝在所述豎向安裝桿的左右兩側(cè)。
[0141]本實施例中，所述溫度檢測單元9為對所述等離子束流加工系統(tǒng)在所述待修復(fù)火車輪的加工位置處(即打印位置處或修復(fù)位置處)溫度進行實時檢測的紅外溫度傳感器。所述距離檢測單元8為激光測距傳感器。
[0142]實際布設(shè)安裝時，所述溫度檢測單元9位于輪軸3-1上方。本實施例中，所述溫度檢測單元9位于輪軸3-1的正上方。
[0143]所述噴頭的出口位于輪軸3-1的正上方，并且所述等離子體發(fā)生器與輪軸3-1布設(shè)在同一豎直面上。
[0144]需說明的是:所述距離檢測單元8檢測出的所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離為所述噴頭的出口與輪軸3-1的中心軸線之間的距離。
[0145]本實施例中，所述水平移動裝置包括帶動所述等離子體發(fā)生器在X軸方向上進行水平移動的X軸移動機構(gòu)24-1和帶動所述等離子體發(fā)生器在Y軸方向上進行水平移動的Y軸移動機構(gòu)24-2，因而所述水平移動裝置為X-Y軸移動裝置。
[0146]并且，所述等離子體發(fā)生器安裝在Y軸移動機構(gòu)24-2上，所述Y軸移動機構(gòu)24-2安裝在X軸移動機構(gòu)24-1上，所述X軸移動機構(gòu)24-1安裝在所述打印距離調(diào)節(jié)裝置上。實際使用過程中，通過Y軸移動機構(gòu)24-2帶動所述等離子體發(fā)生器在Y軸方向上進行水平移動，通過X軸移動機構(gòu)24-1帶動Y軸移動機構(gòu)24-2與所述等離子體發(fā)生器同步在X軸方向上進行水平移動，并且通過所述打印距離調(diào)節(jié)裝置帶動所述水平移動裝置與所述等離子體發(fā)生器同步在所述等離子束的中心軸線上進行移動。其中，X軸方向為輪軸3-1的中心軸線方向。
[0147]本實施例中，所述Y軸移動機構(gòu)24_2、X軸移動機構(gòu)24-1和所述打印距離調(diào)節(jié)裝置組成帶動所述等離子體發(fā)生器(具體是等離子槍13)進行三維運動的機械手。
[0148]本實施例中，所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述等離子體發(fā)生器進行控制的等離子發(fā)生控制器7、對供氣管5的氣體流量進行實時檢測的氣體流量檢測單元11和對供氣管5上安裝的流量調(diào)節(jié)閥25進行控制的氣體流量控制器12，所述等離子發(fā)生控制器7與所述等離子體發(fā)生器連接，所述氣體流量檢測單元11與氣體流量控制器12連接。
[0149]本實施例中，如圖2所示，所述等離子體發(fā)生器包括等離子槍13，所述噴頭為等離子槍13前端的陽極噴嘴13-2;所述等離子槍13包括開有所述進氣口的槍體13-1、位于槍體13-1正前方的陽極噴嘴13-2和插裝于槍體13-1內(nèi)的陰極13-3，所述陽極噴嘴13-2位于陰極13-3前側(cè)，所述放電室13-4位于陰極13-3前側(cè)且其位于陽極噴嘴13-2的后部內(nèi)側(cè)，所述陽極噴嘴13-2的前部內(nèi)側(cè)為噴口 13-5。
[0150]實際使用時，所述等離子槍13安裝在Y軸移動機構(gòu)24-2上。
[0151]實際使用時，所述水平移動裝置也可以僅為帶動所述等離子體發(fā)生器在X軸方向上進行水平移動的X軸移動機構(gòu)24-1。此時，所述等離子槍13安裝在X軸移動機構(gòu)24-1上。
[0152]本實施例中，所述陽極噴嘴13-2、陰極13-3和放電室13-4均與槍體13-1呈同軸布設(shè);所述粉末流通通道14與槍體13-1呈傾斜布設(shè)且其前端伸入至噴口 13-5內(nèi)，所述粉末流通通道14為直線式通道且其包括布設(shè)在槍體13-1內(nèi)的后側(cè)通道和布設(shè)在陽極噴嘴13-2內(nèi)的前側(cè)通道。
[0153]并且，所述進氣口位于槍體13-1后側(cè)，所述噴口13-5與槍體13-1呈同軸布設(shè)或與粉末流通通道14呈同軸布設(shè)。
[0154]本實施例中，所述陽極噴嘴13-2和槍體13-1之間設(shè)置有絕緣層13-6。
[0155]本實施例中，如圖2所示，所述噴口 13-5與槍體13-1呈同軸布設(shè)。
[0156]本實施例中，所述供氣管5通過進氣環(huán)21與所述等離子體發(fā)生器上所開的進氣口連接。并且，通過進氣環(huán)21向所述等離子體發(fā)生器內(nèi)均勻供氣。
[0157]如圖4、圖5所示，所述進氣環(huán)21為圓環(huán)形且其包括進氣環(huán)本體21-1和蓋裝在進氣環(huán)本體21-1上的環(huán)形密封蓋21-2，所述進氣環(huán)本體21-1為圓環(huán)形且其內(nèi)側(cè)壁上開有一個環(huán)形進氣槽21-3，所述進氣環(huán)本體21-1上開有一個與供氣管5相接的外側(cè)進氣孔21-4且其內(nèi)側(cè)開有多個內(nèi)側(cè)進氣孔21-5，多個所述內(nèi)側(cè)進氣孔21-5沿圓周方向均勻布設(shè)且其均位于環(huán)形進氣槽21-3內(nèi)側(cè)，所述外側(cè)進氣孔21-4位于環(huán)形進氣槽21-3外側(cè)，所述外側(cè)進氣孔21-4和多個所述內(nèi)側(cè)進氣孔21-5均與環(huán)形進氣槽21-3內(nèi)部相通。
[0158]并且，所述槍體13-1上沿圓周方向開有多個分別與多個所述內(nèi)側(cè)進氣孔21-5相通的槍體進氣孔。
[0159]實際使用時，所述粉末流通通道14也可以與所述工作氣體的進氣通道采用同一通道。
[0160]本實施例中，所述粉末流通通道14的出粉口位于放電室13-4前側(cè)且其位于噴口13-5的內(nèi)部后側(cè)。
[0161]如圖2所示的等離子槍13使用過程中，所述放電室13-4內(nèi)產(chǎn)生等離子體，所產(chǎn)生的等離子體形成等離子束并經(jīng)噴口 13-5噴出；與此同時，所述粉末通過粉末流通通道14傾斜向進入噴口 13-5，并且在所述工作氣體的作用下所述粉末進入所述等離子束內(nèi)，并在所述等離子束內(nèi)加速、加熱并熔化成熔融狀態(tài)形成微小的液滴，該液滴隨等離子束一并噴出，形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;粉末經(jīng)熔化后形成的熔融液滴隨等離子束噴出后，形成由均勻分布有打印材料的熔融液滴的微液流。因而，所述打印材料為粉末，對粉末的形狀無特殊要求。
[0162]本實施例中，所述工作氣體為惰性氣體或出氣。
[0163]其中，惰性氣體為Ar氣、He氣和N2氣。
[0164]實際使用時，所述水平支撐機構(gòu)16為固定式支撐結(jié)構(gòu)或能上下移動的移動平臺。
[0165]當所述水平支撐機構(gòu)16為移動平臺時，所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述移動平臺進行控制的位置調(diào)整控制器，所述位置調(diào)整控制器與所述移動平臺連接。實際使用時，所述移動平臺可以為三軸數(shù)控機床。并且，所述位置調(diào)整控制器為三軸數(shù)控機床的控制器。實際使用時，所述移動平臺也可以采用其它能完成X、Y和Z軸三個方向運動的裝置或能在豎直方向上進行上下移動的豎向移動裝置。
[0166]本實施例中，所述水平支撐機構(gòu)16為位置固定不動的固定式支撐結(jié)構(gòu)。
[0167]實際使用過程中，所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角不大于45°;所述打印距離調(diào)節(jié)裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進行上下調(diào)整的上下調(diào)整裝置17。所述距離檢測單元8對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行檢測時，對沿所述等離子束的中心軸線從所述噴頭的出口到輪軸3-1之間的距離進行實時檢測。所述距離檢測單元8對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離進行檢測時，對沿所述等離子束的中心軸線從所述噴頭的出口到水平支撐機構(gòu)16之間的距離進行實時檢測。由于輪軸3-1與水平支撐機構(gòu)16的相對位置不變，因而根據(jù)距離檢測單元8檢測出的所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離，并結(jié)合輪軸3-1與水平支撐機構(gòu)16的位置關(guān)系，能直接得出所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離。
[0168]本實施例中，所述上下調(diào)整裝置17為Z軸方向調(diào)整裝置，其中Z軸方向為豎直方向。
[0169]并且，所述上下調(diào)整裝置17為伸縮液壓缸。
[0170]本實施例中，所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束的中心軸線呈豎直向布設(shè)。實際使用時，可根據(jù)具體需要，對所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角進行相應(yīng)調(diào)整。
[0171 ]本實施例中，所述送粉器2包括上部開有進料口的外殼和安裝在所述外殼內(nèi)的送粉輪，所述送粉輪由驅(qū)動電機19進行驅(qū)動;所述送粉口位于所述外殼下部。
[0172]如圖3所示，所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對送粉管6的送粉流量進行實時檢測的粉末流量檢測單元18和對驅(qū)動電機19進行控制的送粉流量控制器20，所述粉末流量檢測單元18與送粉流量控制器20連接。
[0173]本實施例中，所述驅(qū)動電機19為直流電機。實際使用過程中，通過改變所述直流電機的轉(zhuǎn)速，對送粉管6的送粉流量進行簡便、快速調(diào)整。
[0174]本實施例中，所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括分別對Y軸移動機構(gòu)24-2在Y軸方向上的水平位移、對X軸移動機構(gòu)24-1在X軸方向上的水平位移和對上下調(diào)整裝置17在Z軸方向上的位移進行實時檢測的第一位移檢測單元、第二位移檢測單元和第三位移檢測單元，所述第一位移檢測單元和第二位移檢測單元均與水平移動控制器24連接，所述第三位移檢測單元與打印距離調(diào)節(jié)控制器10連接。
[0175]本實施例中，所述等離子發(fā)生控制器7、氣體流量控制器12、旋轉(zhuǎn)控制器15、打印距離調(diào)節(jié)控制器10、送粉流量控制器20和水平移動控制器24均與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備相接，所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備為PC機23。所述供氣裝置I由PC機23進行啟?？刂?。
[0176]本實施例中，所述超聲波檢測裝置和機加工裝置27均與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接，所述超聲波檢測裝置將其檢測結(jié)果同步傳送至所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備，所述機加工裝置27和超聲波檢測裝置均由所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備進行控制。所述三軸移動機構(gòu)由所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備進行控制且其與數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接。
[0177]本實施例中，所述機加工裝置27包括打磨器具和去除工具，所述去除工具為鉆具或切割刀具。
[0178]實際安裝時，所述打磨器具和去除工具可以均安裝在一個多功能刀架盤上。
[0179]本實施例中，所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4包括左右兩個均固定安裝在水平支撐機構(gòu)16上的旋轉(zhuǎn)支撐座4-1和帶動輪軸3-1進行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)4-2，所述輪軸3-1的兩端分別安裝在兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1上且其兩端與兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1之間均通過軸承進行連接;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)4-2為電動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)且其與輪軸3-1進行傳動連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)4-2由旋轉(zhuǎn)控制器27進行控制且其與水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4連接。
[0180]并且，兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1均為軸承座且二者均呈豎直向布設(shè)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)4-2安裝在一個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1上且其與輪軸3-1的一端進行傳動連接。
[0181]實際使用時，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)4-2的數(shù)量也可以為兩個，兩個所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)4-2分別安裝在兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座4-1上且二者分別與輪軸3-1的兩端進行傳動連接。
[0182]如圖6所示的一種火車輪等離子3D打印再制造方法，包括以下步驟:
[0183]步驟一、火車輪缺陷檢測:對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測，并對檢測出各缺陷的位置分別進行記錄；
[0184]所述待修復(fù)火車輪為存在輪緣磨損缺陷和/或輪面缺陷的火車輪;所述輪緣磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪緣3-2存在磨損;所述輪面缺陷為輪面局部缺陷和/或輪面磨損缺陷，所述輪面局部缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在破損或開裂，所述輪面磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在磨損；
[0185]步驟二、火車輪修復(fù):采用所述火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，對步驟一中檢測出的所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷分別進行修復(fù)，過程如下:
[0186]步驟201、輪緣磨損缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪緣磨損缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪的輪緣上存在所述輪緣磨損缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪緣磨損缺陷修復(fù)，并進入步驟202;否則，進入步驟203;
[0187]步驟202、輪緣磨損缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對所述待修復(fù)火車輪的輪緣3-2的磨損區(qū)域進行修復(fù)，完成所述待修復(fù)火車輪的輪緣再制造過程;其中，對輪緣3-2的磨損區(qū)域進行修復(fù)時，采用所述等離子束流加工系統(tǒng)對輪緣3-2的磨損區(qū)域進行等離子3D打印。
[0188]步驟203、輪面局部缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪面局部缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在所述輪面局部缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪面局部缺陷修復(fù)，并進入步驟204;否則，進入步驟205;
[0189]步驟204、輪面局部缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，對所述待修復(fù)火車輪上存在的各輪面局部缺陷分別進行修復(fù)，直至完成所述待修復(fù)火車輪上存在的所有輪面局部缺陷的修復(fù)過程；
[0190]所述待修復(fù)火車輪上所有輪面局部缺陷的修復(fù)方法均相同；對所述待修復(fù)火車輪上存在的任一個所述輪面局部缺陷進行修復(fù)時，包括以下步驟:
[0191 ]步驟2041、缺陷部位去除:先通過旋轉(zhuǎn)控制器15對水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4進行控制，并帶動所述待修復(fù)火車輪繞其輪軸3-1的中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，直至將當前所修復(fù)輪面局部缺陷所處位置旋轉(zhuǎn)至輪軸3-1的中心軸線上方;再采用所述機加工裝置27對所述待修復(fù)火車輪上當前所修復(fù)輪面局部缺陷所處區(qū)域進行去除，獲得與當前所修復(fù)輪面局部缺陷對應(yīng)的待填充區(qū)域；
[0192]步驟2042、等離子3D打印:采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對步驟2041中所述待填充區(qū)域進行等離子3D打印，完成當前所修復(fù)輪面局部缺陷的修復(fù)過程；
[0193]步驟205、輪面磨損缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪面磨損缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪面磨損缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪面磨損缺陷修復(fù)，并進入步驟206;否則，完成所述待修復(fù)火車輪的再制造過程；
[0194]步驟206、輪面磨損缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對所述待修復(fù)火車輪的輪面的磨損區(qū)域進行修復(fù)，完成所述待修復(fù)火車輪的再制造過程。其中，對所述輪面的磨損區(qū)域進行修復(fù)時，采用所述等離子束流加工系統(tǒng)對所述輪面的磨損區(qū)域進行等離子3D打印。
[0195]本實施例中，所述輪軸3-1上所安裝的所述待修復(fù)火車輪的數(shù)量為兩個，兩個所述待修復(fù)火車輪組成一個火車輪對。實際使用時，所述輪軸3-1上所安裝待修復(fù)火車輪的數(shù)量也可以為一個。
[0196]本實施例中，按照步驟一至步驟二中所述的方法，對所述輪軸3-1上安裝的兩個所述待修復(fù)火車輪分別進行再制造。
[0197]本實施例中，步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸3-1旋轉(zhuǎn)過程中，采用水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4上方設(shè)置的超聲波檢測裝置或三維激光掃描儀對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測。
[0198]并且，步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，只需將輪軸3-1旋轉(zhuǎn)一周即可。采用超聲波檢測裝置對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測時，按照常規(guī)的超聲波檢測方法進行檢測。
[0199]本實施例中，步驟二中完成火車輪修復(fù)后，獲得修復(fù)后火車輪;之后，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置27對所述修復(fù)后火車輪進行精加工。
[0200]所述修復(fù)后火車輪的結(jié)構(gòu)和尺寸與待修復(fù)火車輪的火車輪成品的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同，所述待修復(fù)火車輪的火車輪成品為不存在任何缺陷的火車輪。因而，采用機加工裝置27對所述修復(fù)后火車輪進行精加工時，具體對所述修復(fù)后火車輪的尺寸進行精加工或?qū)λ鲂迯?fù)后火車輪的外表面進行打磨，通過對所述修復(fù)后火車輪的尺寸進行精加工使其尺寸能滿足火車輪成品的尺寸要求，通過對所述修復(fù)后火車輪的外表面進行打磨使其表面粗糙度能滿足火車輪成品的要求，從而使得所述修復(fù)后火車輪能直接應(yīng)用于乳鋼生產(chǎn)線上。
[0201]本實施例中，采用機加工裝置27對所述修復(fù)后火車輪進行精加工時，采用機加工裝置27僅對所述修復(fù)后火車輪的外表面進行打磨，使其表面粗糙度能滿足火車輪成品的要求。
[0202]本實施例中，步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，當檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪緣磨損缺陷時，還需對所述待修復(fù)火車輪的輪緣3-2的磨損程度進行判斷:當判斷出輪緣3-2的磨損程度為部分磨損時，步驟202中采用直接修復(fù)法或去除后再修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)；當判斷出輪緣3-2的磨損程度為全部磨損時，步驟202中進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0203]步驟202-1、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取輪緣3-2的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪緣3-2的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0204]多個所述分層截面圖像為對輪緣3-2的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0205]步驟202-2、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊，對步驟202-1中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0206]步驟202-3、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)步驟202-2中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑;每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同；
[0207]步驟202-4、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟202-3中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在輪轂3-4上由內(nèi)至外逐層對輪緣3-2進行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輪緣3-2;所述成型層的數(shù)量與步驟202-1中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟202-3中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑;對輪緣3-2進行打印時，過程如下:
[0208]步驟202-401、底層打印:根據(jù)步驟202-3中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸3-1旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輪轂3-4的外表面上;待輪軸3-1旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0209]本步驟中，當前所打印成型層為多個所述成型層中位于最內(nèi)側(cè)的成型層；
[0210]步驟202-402、下一層打印，包括以下步驟:
[0211]步驟202-4021、等離子體發(fā)生器上移:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器10控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進行一次向上移動且向上移動高度與所述成型層的層厚相同；
[0212]移動到位后，對所述等離子體發(fā)生器的高度進行記錄，此時所述等離子體發(fā)生器的高度為當前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0213]步驟202-4022、打印及同步溫控:根據(jù)步驟202-3中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸3-1旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待輪軸3-1旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0214]本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元9對當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器10，同時通過距離檢測單元8對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行實時檢測并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器10;所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)溫度檢測單元9所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度不高于所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.6倍；
[0215]步驟202-401和步驟202-4022中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸3-1的中心軸線進行移動;步驟202-401和步驟202-4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器2將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;并且，所述熔融液滴在所述工作氣體(等離子束內(nèi)含未電離的工作氣體)的作用下沿所述等離子束的中心軸線移動;所述打印材料為粉末狀材料；
[0216]步驟202-4023、等離子體發(fā)生器移動復(fù)位:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器10控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進行上下移動，直至將所述等離子體發(fā)生器的高度調(diào)整為步驟202-4021中當前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0217]步驟202-403、多次重復(fù)步驟202-402，直至完成輪緣3-2所有成型層的打印過程；
[0218]步驟202中采用所述直接修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0219]步驟20211、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊獲取輪緣3-2上磨損區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪緣3-2上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0220]多個所述分層截面圖像為對輪緣3-2上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0221 ]步驟20212、掃描路徑填充:按照步驟202-2中所述的方法，獲得步驟20211中多個所述分層截面的掃描路徑；
[0222]步驟20213、打印路徑獲取:按照步驟202-3中所述的方法，獲得步驟20211中多個所述分層截面的打印路徑；
[0223]步驟20214、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟20213中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，并按照步驟202-4中所述的方法，由內(nèi)至外逐層對輪緣3-2上的磨損區(qū)域進行打??；
[0224]步驟202中采用所述去除后再修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0225]步驟20221、輪緣去除:通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置27對所述待修復(fù)火車輪的輪緣3-2進行去除；
[0226]本步驟中，去除的輪緣3-2為所述待修復(fù)火車輪上存在磨損的輪緣3-2;
[0227]步驟20222、按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在步驟20221中所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4上打印輪緣3-2;
[0228]本步驟中，打印的輪緣3-2為不存在磨損的輪緣3-2。
[0229]本實施例中，所述輪軸3-1為圓柱形，所述輪緣3-2為圓筒形，步驟202-1中多個所述分層截面均為圓柱面。
[0230]本實施例中，步驟202-1中所述分層切片模塊為分層切片軟件。所述分層切片軟件為3D打印采用的常規(guī)分層切片軟件，如Cura、Xbui Ider、Makerbot等。
[0231]本實施例中，步驟202-401和步驟202-4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸3-1的中心軸線進行左右移動。并且，步驟202-401和步驟202-4022中，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)時，所述輪軸3-1由先至后分M次進行旋轉(zhuǎn)，每一次旋轉(zhuǎn)到位后所述輪軸3-1均停止旋轉(zhuǎn)，之后所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器沿輪軸3-1的中心軸線進行向左或向右進行一次移動。其中，M的數(shù)量與當前所打印成型層的打印路徑中所述等離子體發(fā)生器沿輪軸3-1的中心軸線進行向左與向右移動的總次數(shù)相同。
[0232]因而，M的數(shù)量根據(jù)當前所打印成型層的周長(即打印總寬度)、所述等離子束流的噴灑寬度(即掃描寬度)與前后相鄰兩個所述等離子束流之間的搭接寬度進行確定。
[0233]步驟202-401中所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液流的等離子束流連續(xù)噴至輪轂3-4的外表面上時，內(nèi)帶的熔融液流同步流至輪轂3-4的外表面上。步驟202-4022中所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液流的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上時，內(nèi)帶的熔融液流同步流至當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上。
[0234]本實施例中，步驟202-1中獲取輪緣3-2的三維立體模型時，根據(jù)所述待修復(fù)火車輪的火車輪成品(即合格品)的三維立體模型，獲取輪緣3-2的三維立體模型。
[0235]并且，步驟20211中獲取輪緣上磨損區(qū)域的三維立體模型時，根據(jù)所述待修復(fù)火車輪的三維立體模型和該待修復(fù)火車輪的火車輪成品(即合格品)的三維立體模型，獲取輪緣3-2上磨損區(qū)域的三維立體模型。
[0236]本實施例中，步驟20214中由內(nèi)至外逐層打印時，過程如下:根據(jù)步驟20213中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在所述待修復(fù)火車輪的輪緣3-2上由內(nèi)至外逐層對輪緣3-2的磨損區(qū)域進行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輪緣3-2的磨損區(qū)域修復(fù)結(jié)構(gòu);此處所述的成型層為所述磨損區(qū)域修復(fù)結(jié)構(gòu)中的成型層，所述成型層的數(shù)量與步驟20211中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與步驟20211中多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與步驟20211中相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟20213中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑；對輪緣3-2的磨損區(qū)域進行打印時，按照步驟202-401至步驟202-403中所述的方法進行打印。
[0237]本實施例中，步驟202中進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，所述等離子束流加工系統(tǒng)所用的打印材料(即送粉器2送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料)均為所述待修復(fù)火車輪的輪緣3-2所用的材料。
[0238]本實施例中，步驟202-4中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟202-1中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合通過參數(shù)輸入單元預(yù)先輸入的所述打印材料的材質(zhì)名稱，對所述打印材料的基礎(chǔ)打印距離進行確定;所述參數(shù)輸入單元與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備相接；
[0239]所述材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫中存儲有多種材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息，每種所述材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息均包括該種材質(zhì)的名稱、熔點和基礎(chǔ)打印距離D ；所述基礎(chǔ)打印距離D為5mm?1000mm，且材質(zhì)熔點越高，基礎(chǔ)打印距離D越近；
[0240]步驟202-401中進行底層打印之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)距離檢測單元8所檢測的距離信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離調(diào)節(jié)為D+r，其中r為輪轂3-4的半徑(具體為輪轂3-4上輪緣3-2的布設(shè)位置處的半徑)，所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離為所述噴頭的出口與輪軸3-1的中心軸線之間的距離;步驟202-401中底層打印過程中，所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離為D+r;
[0241]步驟202-4022中進行打印及同步溫控之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)距離檢測單元8所檢測的距離信息并結(jié)合當前已打印完成所述成型層的層數(shù)N，且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離調(diào)節(jié)為D+r+NXd，其中d為所述成型層的層厚;步驟4022中對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)時，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)溫度檢測單元9所檢測的溫度信息并結(jié)合距離檢測單元8所檢測的距離信息對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度控制在所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.1倍?0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)幅度為5mm?60mm，且材質(zhì)恪點越高，調(diào)節(jié)幅度越小。
[0242]本實施例中，步驟202-4中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟202-1中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的所述成型層的層厚，對供氣管5的基礎(chǔ)氣體流量和送粉管6的送粉流量進行確定；
[0243]所述氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲有多種不同層厚的成型層所需的送粉流量和基礎(chǔ)氣體流量;所述基礎(chǔ)氣體流量為50ml/min?15000ml/min，且送粉管6的送粉流量越大，所述基礎(chǔ)氣體流量越大；
[0244]步驟202-401和步驟202-4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述粉末流量檢測單元18對送粉管6的送粉流量進行實時檢測并將所檢測信息同步傳送至送粉流量控制器20，所述送粉流量控制器20根據(jù)預(yù)先確定的送粉管6的送粉流量并結(jié)合粉末流量檢測單元18所檢測信息對驅(qū)動電機19進行控制，使送粉管6的送粉流量均與預(yù)先確定的送粉流量相同；
[0245]步驟202-401中進行底層打印之前，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25將供氣管5的氣體流量調(diào)整為所述基礎(chǔ)氣體流量;步驟202-401中底層打印過程中，所述供氣管5的氣體流量為所述基礎(chǔ)氣體流量；
[0246]步驟202-4022中進行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息并結(jié)合距離檢測單元8所檢測距離信息，且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25對供氣管5的氣體流量進行增減調(diào)整;并且，所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離越大，所述供氣管5的氣體流量越大。
[0247]本實施例中，獲取三維立體模型時，利用pro/e、UG、CATIA等三維制圖軟件設(shè)計出三維立體模型(即三維實體模型)，或者利用反求工程求解出三維立體模型；再通過所述分層切片模塊對該三維立體模型進行分層切片，并得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，相應(yīng)獲得所述等離子束流加工系統(tǒng)的打印路徑(即各分層截面的打印路徑)。因而，步驟202-1和步驟202-2中所采用的方法，與常規(guī)激光選區(qū)熔化成型或電子束選區(qū)熔化成型采用的方法相同。之后，根據(jù)所獲得的打印路徑在水平面上進行X軸方向運動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輪轂3-4上或當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待所噴熔融液滴均凝固后，完成一個成型層的打印過程;然后，進行下一個成型層的打印，這樣逐層打印，從而完成輪緣3-2的打印過程。
[0248]由于水平支撐機構(gòu)16可以為三軸數(shù)控機床，因而步驟202-3中所獲取的每個所述分層截面的打印路徑中所述等離子體發(fā)生器在水平面上的移動路徑也可以均為三軸數(shù)控機床16的加工路徑，此時所述等離子束流加工系統(tǒng)在水平面上不發(fā)生移動，而是由水平支撐機構(gòu)16在水平面上發(fā)生移動，從而完成各成型層的打印過程。
[0249]本實施例中，步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，當檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪面磨損缺陷時，還需對所述待修復(fù)火車輪的輪面面層3-3的磨損程度進行判斷:當判斷出輪面面層3-3的磨損程度為部分磨損時，步驟206中采用直接修復(fù)法或去除后再修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)；當判斷出輪面面層3-3的磨損程度為全部磨損時，步驟206中進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4上打印輪面面層3-3;
[0250]步驟206中采用直接修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0251]步驟20611、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊獲取輪面面層3-3上磨損區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪面面層3-3上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0252]多個所述分層截面圖像為對輪面面層3-3上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0253]步驟20612、掃描路徑填充:按照步驟202-2中所述的方法，獲得步驟20611中多個所述分層截面的掃描路徑；
[0254]步驟20613、打印路徑獲取:按照步驟202-3中所述的方法，獲得步驟20611中多個所述分層截面的打印路徑；
[0255]步驟20614、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟20613中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，并按照步驟202-4中所述的方法，由內(nèi)至外逐層對輪面面層3-3上的磨損區(qū)域進行打印；
[0256]步驟206中采用去除后再修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，過程如下:
[0257]步驟20621、輪面面層去除:通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置27對所述待修復(fù)火車輪的輪面面層3-3進行去除；
[0258]本步驟中，去除的輪面面層3-3為所述待修復(fù)火車輪上存在磨損的輪面面層3-3;
[0259]步驟20622、按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在步驟20621中所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4上打印輪面面層3-3;
[0260]本步驟中，打印的輪面面層3-3為不存在磨損的輪面面層3-3。
[0261]實際操作過程中，步驟206中進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4上打印輪面面層3-3時，過程如下:
[0262]步驟2060-1、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取輪面面層3-3的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪面面層3-3的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0263]多個所述分層截面圖像為對輪面面層3-3的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)；
[0264]步驟2060-2、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊，對步驟2060-1中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0265]步驟2060-3、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)步驟2060-2中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑;每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同；
[0266]步驟2060-4、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟2060-3中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在輪轂3-4上由內(nèi)至外逐層對輪面面層3-3進行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輪面面層3-3;所述成型層的數(shù)量與步驟2060-1中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟2060-3中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑;對輪面面層3-3進行打印時，過程如下:
[0267]步驟2060-401、底層打印:根據(jù)步驟2060-3中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸3-1旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輪轂3-4的外表面上;待輪軸3-1旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0268]本步驟中，當前所打印成型層為多個所述成型層中位于最內(nèi)側(cè)的成型層；
[0269]步驟2060-402、下一層打印，包括以下步驟:
[0270]步驟2060-4021、等離子體發(fā)生器上移:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器10控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進行一次向上移動且向上移動高度與所述成型層的層厚相同；
[0271]移動到位后，對所述等離子體發(fā)生器的高度進行記錄，此時所述等離子體發(fā)生器的高度為當前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0272]步驟2060-4022、打印及同步溫控:根據(jù)步驟2060-3中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸3-1旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待輪軸3-1旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0273]本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元9對當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器10，同時通過距離檢測單元8對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行實時檢測并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器10;所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)溫度檢測單元9所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度不高于所述打印材料(即輪面面層3-3所用材料)的材質(zhì)熔點的0.6倍；
[0274]步驟2060-401和步驟2060-4022中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸3-1的中心軸線進行移動;步驟2060-401和步驟2060-4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器2將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;并且，所述熔融液滴在所述工作氣體(等離子束內(nèi)含未電離的工作氣體)的作用下沿所述等離子束的中心軸線移動;所述打印材料為粉末狀材料；
[0275]步驟2060-4023、等離子體發(fā)生器移動復(fù)位:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器10控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進行上下移動，直至將所述等離子體發(fā)生器的高度調(diào)整為步驟2060-4021中當前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度；
[0276]步驟2060-403、多次重復(fù)步驟2060-402，直至完成輪面面層3-3所有成型層的打印過程。
[0277]本實施例中，所述輪面面層3-3為圓筒形，步驟2060-1中多個所述分層截面均為圓柱面。
[0278]本實施例中，步驟2060-1中所述分層切片模塊為分層切片軟件。所述分層切片軟件為3D打印采用的常規(guī)分層切片軟件，如Cura、Xbui Ider、Makerbot等。
[0279]本實施例中，步驟2060-401和步驟2060-4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸3-1的中心軸線進行左右移動。并且，步驟2060-401和步驟2060-4022中，通過旋轉(zhuǎn)控制器15控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4帶動輪軸3-1繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)時，所述輪軸3-1由先至后分m次進行旋轉(zhuǎn)，每一次旋轉(zhuǎn)到位后所述輪軸3-1均停止旋轉(zhuǎn)，之后所述水平移動控制器24對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器沿輪軸3-1的中心軸線進行向左或向右進行一次移動。其中，m的數(shù)量與當前所打印成型層的打印路徑中所述等離子體發(fā)生器沿輪軸3-1的中心軸線進行向左與向右移動的總次數(shù)相同。
[0280]因而，m的數(shù)量根據(jù)當前所打印成型層的周長(即打印總寬度)、所述等離子束流的噴灑寬度(即掃描寬度)與前后相鄰兩個所述等離子束流之間的搭接寬度進行確定。
[0281]步驟2060-401中所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液流的等離子束流連續(xù)噴至輪轂3-4的外表面上時，內(nèi)帶的熔融液流同步流至輪轂3-4的外表面上。步驟2060-4022中所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液流的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上時，內(nèi)帶的熔融液流同步流至當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上。
[0282]本實施例中，步驟2060-1中獲取輪面面層3-3的三維立體模型時，根據(jù)所述待修復(fù)火車輪的火車輪成品(即合格品)的三維立體模型，獲取輪面面層3-3的三維立體模型。
[0283]并且，步驟20611中獲取輪面面層3-3上磨損區(qū)域的三維立體模型時，根據(jù)所述待修復(fù)火車輪的三維立體模型和該待修復(fù)火車輪的火車輪成品(即合格品)的三維立體模型，獲取輪面面層3-3上磨損區(qū)域的三維立體模型。
[0284]本實施例中，步驟20614中由內(nèi)至外逐層打印時，過程如下:根據(jù)步驟20613中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4上由內(nèi)至外逐層對輪面面層3-3的磨損區(qū)域進行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輪面面層3-3的磨損區(qū)域修復(fù)結(jié)構(gòu);此處所述的成型層為所述磨損區(qū)域修復(fù)結(jié)構(gòu)中的成型層，所述成型層的數(shù)量與步驟20611中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與步驟20611中多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與步驟20611中相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟20613中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑;對輪面面層3-3的磨損區(qū)域進行打印時，按照步驟2060-401至步驟2060-403中所述的方法進行打印。
[0285]本實施例中，步驟206中進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，所述等離子束流加工系統(tǒng)所用的打印材料(即送粉器2送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料)均為所述待修復(fù)火車輪的輪面面層3-3所用的材料。
[0286]本實施例中，步驟2060-4中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟2060-1中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合通過參數(shù)輸入單元預(yù)先輸入的輪面面層3-3的材質(zhì)名稱，對輪面面層3-3的基礎(chǔ)打印距離進行確定;所述參數(shù)輸入單元與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備相接；
[0287]所述材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫中存儲有多種材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息，每種所述材質(zhì)的材質(zhì)熔點及打印距離信息均包括該種材質(zhì)的名稱、熔點和基礎(chǔ)打印距離D ；所述基礎(chǔ)打印距離D為5mm?1000mm，且材質(zhì)熔點越高，基礎(chǔ)打印距離D越近；
[0288]步驟2060-401中進行底層打印之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)距離檢測單元8所檢測的距離信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離調(diào)節(jié)為D+r，其中r為輪轂3-4的半徑，所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離為所述噴頭的出口與輪軸3-1的中心軸線之間的距離;步驟2060-401中底層打印過程中，所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離為D+r;
[0289]步驟2060-4022中進行打印及同步溫控之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)距離檢測單元8所檢測的距離信息并結(jié)合當前已打印完成所述成型層的層數(shù)n，且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離調(diào)節(jié)為D+r+nXd，其中d為所述成型層的層厚;步驟4022中對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)時，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)溫度檢測單元9所檢測的溫度信息并結(jié)合距離檢測單元8所檢測的距離信息對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度控制在所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.1倍?0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離進行調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)幅度為5mm?60mm，且材質(zhì)恪點越高，調(diào)節(jié)幅度越小。
[0290]本實施例中，步驟2060-4中由內(nèi)至外逐層打印之前，步驟2060-1中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的所述成型層的層厚，對供氣管5的基礎(chǔ)氣體流量和送粉管6的送粉流量進行確定；
[0291]所述氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲有多種不同層厚的成型層所需的送粉流量和基礎(chǔ)氣體流量;所述基礎(chǔ)氣體流量為50ml/min?15000ml/min，且送粉管6的送粉流量越大，所述基礎(chǔ)氣體流量越大；
[0292]步驟2060-401和步驟2060-4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述粉末流量檢測單元18對送粉管6的送粉流量進行實時檢測并將所檢測信息同步傳送至送粉流量控制器20，所述送粉流量控制器20根據(jù)預(yù)先確定的送粉管6的送粉流量并結(jié)合粉末流量檢測單元18所檢測信息對驅(qū)動電機19進行控制，使送粉管6的送粉流量均與預(yù)先確定的送粉流量相同；
[0293]步驟2060-401中進行底層打印之前，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25將供氣管5的氣體流量調(diào)整為所述基礎(chǔ)氣體流量;步驟204-401中底層打印過程中，所述供氣管5的氣體流量為所述基礎(chǔ)氣體流量；
[0294]步驟2060-4022中進行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息并結(jié)合距離檢測單元8所檢測距離信息，且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25對供氣管5的氣體流量進行增減調(diào)整;并且，所述噴頭的出口與輪軸3-1之間的距離越大，所述供氣管5的氣體流量越大。
[0295]本實施例中，獲取三維立體模型時，利用pro/e、UG、CATIA等三維制圖軟件設(shè)計出三維立體模型(即三維實體模型)，或者利用反求工程求解出三維立體模型；再通過所述分層切片模塊對該三維立體模型進行分層切片，并得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，相應(yīng)獲得所述等離子束流加工系統(tǒng)的打印路徑(即各分層截面的打印路徑)。因而，步驟2060-1和步驟2060-2中所采用的方法，與常規(guī)激光選區(qū)熔化成型或電子束選區(qū)熔化成型采用的方法相同。之后，根據(jù)所獲得的打印路徑在水平面上進行X軸方向運動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輪轂3-4上或當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待所噴熔融液滴均凝固后，完成一個成型層的打印過程;然后，進行下一個成型層的打印，這樣逐層打印，從而完成輪面面層3-3的打印過程。
[0296]本實施例中，步驟2022中采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對步驟2021中所述待填充區(qū)域進行等離子3D打印時，過程如下:
[0297]步驟A、三維立體模型獲取及分層切片處理:根據(jù)所述待修復(fù)火車輪的火車輪成品的三維立體模型，采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取所述待填充區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對所述待填充區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像；
[0298]本步驟中，多個所述分層截面圖像為對所述待填充區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由下至上均勻布設(shè)；
[0299]步驟B、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊，對步驟A中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑；
[0300]步驟C、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)步驟B中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑;每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同；
[0301]步驟D、由下至上逐層打印:根據(jù)步驟C中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，由下至上逐層對所述待填充區(qū)域進行打印，使所述待填充區(qū)域被多個由下至上堆疊而成的成型層進行填充;所述成型層的數(shù)量與步驟A中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與步驟A中相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟C中多個所述分層截面的打印路徑分別為所述待填充區(qū)域中多個所述成型層的打印路徑;所述待填充區(qū)域中多個所述成型層的打印方法均相同；對所述待填充區(qū)域進行打印時，過程如下:
[0302]步驟D1、底層打印:所述水平移動控制器24根據(jù)步驟C中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至所述待填充區(qū)域內(nèi)；待所噴熔融液滴均凝固后，完成所述待填充區(qū)域內(nèi)當前所打印成型層的打印過程；
[0303]本步驟中，當前所打印成型層為所述待填充區(qū)域內(nèi)多個所述成型層中位于最底部的成型層；
[0304]步驟D2、上一層打印，包括以下步驟:
[0305]步驟D21、水平支撐機構(gòu)下移:將水平支撐機構(gòu)16在豎直方向上進行一次向下移動且向下移動高度與所述待填充區(qū)域內(nèi)所述成型層的層厚相同；
[0306]步驟D22、打印及同步溫控:所述水平移動控制器24根據(jù)步驟C中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上;待所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程；
[0307]本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元9對所述待填充區(qū)域內(nèi)當前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器10，同時通過距離檢測單元8對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離進行實時檢測并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器10;所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)溫度檢測單元9所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度不高于所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.6倍；
[0308]步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸3-1的中心軸線進行移動；步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器2將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流；
[0309]步驟D3、多次重復(fù)步驟D2，直至完成所述待填充區(qū)域內(nèi)所有成型層的打印過程。
[0310]本實施例中，步驟D中進行由下至上逐層打印之前，先對所述待填充區(qū)域的深度進行判斷，判斷所述待填充區(qū)域底部是否進入所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4，當所述待填充區(qū)域底部進入所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4時，步驟D中由下至上逐層打印過程中，對所述待填充區(qū)域中位于所述輪轂3-4內(nèi)的區(qū)域進行打印時，所述等離子束流加工系統(tǒng)所用的打印材料(即送粉器2送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料)為所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4所用的材料;對所述待填充區(qū)域中位于所述輪面面層3-3內(nèi)的區(qū)域進行打印時，所述等離子束流加工系統(tǒng)所用的打印材料(即送粉器2送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料)為所述待修復(fù)火車輪的輪面面層3-3所用的材料。因而，需對所述等離子束流加工系統(tǒng)所用的打印材料進行更換。
[0311]步驟D中進行由下至上逐層打印過程中，分兩次進行打印，其中第一次對所述待填充區(qū)域中位于輪轂3-4內(nèi)的區(qū)域進行打印，第二次對所述待填充區(qū)域中位于輪面面層3-3內(nèi)的區(qū)域進行打印。并且，第一次和第二次中進行打印時，均由下至上逐層打印。
[0312]本實施例中，步驟D中由下至上逐層打印之前，步驟A中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的材質(zhì)熔點及打印距離數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合通過參數(shù)輸入單元預(yù)先輸入的所述打印材料(所述待修復(fù)火車輪的輪轂3-4或輪面面層3-3所用的材料)的材質(zhì)名稱，對該打印材料的基礎(chǔ)打印距離進行確定;所述參數(shù)輸入單元與所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備相接；
[0313]步驟Dl中進行底層打印之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離調(diào)節(jié)為所述基礎(chǔ)打印距離;步驟Dl中底層打印過程中，所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離為所述基礎(chǔ)打印距離；
[0314]步驟D22中進行打印及同步溫控之前，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置將所述噴頭的出口與所述待填充區(qū)域中當前已打印好的下一個所述成型層的上表面之間的距離調(diào)節(jié)為所述基礎(chǔ)打印距離;步驟D22中對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離進行調(diào)節(jié)時，還需通過溫度檢測裝置對當前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度進行實時檢測，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器10根據(jù)所述溫度檢測裝置所檢測的溫度信息對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離進行調(diào)節(jié)，使所述待填充區(qū)域中當前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度控制在所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.1倍?0.6倍之間；并且，對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離進行調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)幅度為5mm?60mm，且所述打印材料的材質(zhì)恪點越高，調(diào)節(jié)幅度越小。
[0315]本實施例中，步驟D中由下至上逐層打印之前，步驟A中所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備先根據(jù)預(yù)先建立的氣體及粉末流量數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合預(yù)先設(shè)定的所述待填充區(qū)域中所述成型層的層厚，對供氣管5的基礎(chǔ)氣體流量和送粉管6的送粉流量進行確定；
[0316]步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述粉末流量檢測單元18對送粉管6的送粉流量進行實時檢測并將所檢測信息同步傳送至送粉流量控制器20，所述送粉流量控制器20根據(jù)預(yù)先確定的送粉管6的送粉流量并結(jié)合粉末流量檢測單元18所檢測信息對驅(qū)動電機19進行控制，使送粉管6的送粉流量均與預(yù)先確定的送粉流量相同；
[0317]步驟Dl中進行底層打印之前，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25將供氣管5的氣體流量調(diào)整為所述基礎(chǔ)氣體流量;步驟Dl中底層打印過程中，所述供氣管5的氣體流量為所述基礎(chǔ)氣體流量；
[0318]步驟D22中進行打印及同步溫控過程中，所述氣體流量控制器12根據(jù)氣體流量檢測單元11所檢測信息并結(jié)合距離檢測單元8所檢測距離信息，且通過控制流量調(diào)節(jié)閥25對供氣管5的氣體流量進行增減調(diào)整;并且，所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)16之間的距離越大，所述供氣管5的氣體流量越大。
[0319]實施例2
[0320]本實施例中，如圖7所示，所采用的火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備與實施例1不同的是:所述噴口 13-5與粉末流通通道14呈同軸布設(shè)。
[0321]這樣，通過噴口13-5對所述等離子束的方向進行改變后，能有效減少等離子射流對陽極噴嘴13-2產(chǎn)生的熱負荷沖擊，改善了陽極燒蝕狀況。同時，由于噴口 13-5與粉末流通通道14呈同軸布設(shè)，因而不會影響粉末的加速、加熱與熔化過程，使用效果非常好。
[0322]本實施例中，所采用火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備的其余部分結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。
[0323]本實施例中，所采用的火車輪等離子3D打印再制造方法與實施例1相同。
[0324]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征在于:由監(jiān)控系統(tǒng)、等離子束流加工系統(tǒng)、對待修復(fù)火車輪進行機加工的機加工裝置(27)、帶動機加工裝置(27)進行移動的三軸移動機構(gòu)(28)和供待修復(fù)火車輪放置的水平打印臺組成;所述水平打印臺包括水平支撐機構(gòu)(16)和固定安裝在水平支撐機構(gòu)(16)上且?guī)铀龃迯?fù)火車輪繞其輪軸(3-1)的中心軸線進行旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)，所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)位于水平支撐機構(gòu)(I6)上方，所述輪軸(3-1)呈水平布設(shè)且其安裝于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)上;所述機加工裝置(27)安裝在三軸移動機構(gòu)(28)上且其位于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)上方； 所述等離子束流加工系統(tǒng)由安裝有噴頭且用于產(chǎn)生等離子束的等離子體發(fā)生器、對所述等離子體發(fā)生器的位置進行調(diào)整的打印位置調(diào)整裝置、為所述等離子體發(fā)生器提供工作氣體的供氣裝置(I)和用于連續(xù)向所述等離子體發(fā)生器內(nèi)送入打印材料的送粉器(2)組成，所述等離子體發(fā)生器位于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)上方;所述供氣裝置(I)通過供氣管(5)與所述等離子體發(fā)生器上所開的進氣口連接;所述等離子體發(fā)生器內(nèi)設(shè)置有供所述粉末流通的粉末流通通道(14)，所述粉末流通通道(14)與所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的放電室(13-4)內(nèi)部相通且其與所述進氣口連通，所述粉末流通通道的外端口為進粉口(22)，所述送粉器(2)的送粉口通過送粉管(6)與進粉口(22)連接;所述打印位置調(diào)整裝置包括帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動的水平移動裝置和帶動所述等離子體發(fā)生器與所述水平移動裝置同步移動并相應(yīng)對所述噴頭的出口與輪軸(3-1)之間的距離進行調(diào)節(jié)的打印距離調(diào)節(jié)裝置，所述等離子體發(fā)生器安裝在所述水平移動裝置上，且所述水平移動裝置安裝在所述打印距離調(diào)節(jié)裝置上； 所述監(jiān)控系統(tǒng)包括對所述水平移動裝置進行控制的水平移動控制器(24)、對所述等離子束流加工系統(tǒng)在所述待修復(fù)火車輪上的加工位置處溫度進行實時檢測的溫度檢測單元(9)、對所述噴頭的出口與輪軸(3-1)或水平支撐機構(gòu)(16)之間的距離進行實時檢測的距離檢測單元(8)、對所述打印距離調(diào)節(jié)裝置進行控制的打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)、對所述待修復(fù)火車輪的輪軸(3-1)的旋轉(zhuǎn)角度進行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(26)和對水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)進行控制的旋轉(zhuǎn)控制器(15)，所述水平移動控制器(24)與所述水平移動裝置連接，所述打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)與所述打印距離調(diào)節(jié)裝置連接，所述距離檢測單元(8)和溫度檢測單元(9)均與打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)連接，所述溫度檢測單元(9)與打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)組成溫度調(diào)控裝置;所述旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(26)與旋轉(zhuǎn)控制器(15)連接。2.按照權(quán)利要求1所述的一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征在于:所述待修復(fù)火車輪為存在輪緣磨損缺陷和/或輪面缺陷的火車輪;所述輪緣磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪緣(3-2)存在磨損;所述輪面缺陷為輪面局部缺陷和/或輪面磨損缺陷，所述輪面局部缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在破損或開裂，所述輪面磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在磨損;所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)的上方設(shè)置有對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測的超聲波檢測裝置或三維激光掃描儀。3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征在于:所述送粉器(2)包括上部開有進料口的外殼和安裝在所述外殼內(nèi)的送粉輪，所述送粉輪由驅(qū)動電機(19)進行驅(qū)動;所述送粉口位于所述外殼下部； 所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括對所述等離子體發(fā)生器進行控制的等離子發(fā)生控制器(7)、對供氣管(5)的氣體流量進行實時檢測的氣體流量檢測單元(11)和對供氣管(5)上安裝的流量調(diào)節(jié)閥(25)進行控制的氣體流量控制器(12)，所述等離子發(fā)生控制器(7)與所述等離子體發(fā)生器連接，所述氣體流量檢測單元(11)與氣體流量控制器(12)連接。4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征在于:所述等離子體發(fā)生器包括等離子槍(13)，所述噴頭為等離子槍(13)前端的陽極噴嘴(13-2);所述等離子槍(13)包括開有所述進氣口的槍體(13-1)、位于槍體(13-1)正前方的陽極噴嘴(13-2)和插裝于槍體(13-1)內(nèi)的陰極(13-3)，所述陽極噴嘴(13-2)位于陰極(13-3)前側(cè)，所述放電室(13-4)位于陰極(13-3)前側(cè)且其位于陽極噴嘴(13-2)的后部內(nèi)側(cè)，所述陽極噴嘴(13-2)的前部內(nèi)側(cè)為噴口(13-5); 所述等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子束的中心軸線與豎直面之間的夾角不大于45°;所述打印距離調(diào)節(jié)裝置為沿所述等離子束的中心軸線對所述噴頭進行上下調(diào)整的上下調(diào)整裝置(17)。5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，其特征在于:所述水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)包括左右兩個均固定安裝在水平支撐機構(gòu)(16)上的旋轉(zhuǎn)支撐座(4-1)和帶動輪軸(3-1)進行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)(4-2)，所述輪軸(3-1)的兩端分別安裝在兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座(4-1)上且其兩端與兩個所述旋轉(zhuǎn)支撐座(4-1)之間均通過軸承進行連接;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)(4-2)為電動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)且其與輪軸(3-1)進行傳動連接，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)(4-2)由旋轉(zhuǎn)控制器(27)進行控制且其與水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)連接； 所述水平支撐機構(gòu)(16)為固定式支撐結(jié)構(gòu)或能上下移動的移動平臺。6.—種利用如權(quán)利要求1所述再制造設(shè)備對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟一、火車輪缺陷檢測:對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測，并對檢測出各缺陷的位置分別進行記錄； 所述待修復(fù)火車輪為存在輪緣磨損缺陷和/或輪面缺陷的火車輪;所述輪緣磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪緣(3-2)存在磨損;所述輪面缺陷為輪面局部缺陷和/或輪面磨損缺陷，所述輪面局部缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在破損或開裂，所述輪面磨損缺陷為所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在磨損； 步驟二、火車輪修復(fù):采用所述火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備，對步驟一中檢測出的所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷分別進行修復(fù)，過程如下: 步驟201、輪緣磨損缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪緣磨損缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪的輪緣上存在所述輪緣磨損缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪緣磨損缺陷修復(fù)，并進入步驟202;否則，進入步驟203； 步驟202、輪緣磨損缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對所述待修復(fù)火車輪的輪緣(3-2)的磨損區(qū)域進行修復(fù)，完成所述待修復(fù)火車輪的輪緣再制造過程； 步驟203、輪面局部缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪面局部缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪的輪面上存在所述輪面局部缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪面局部缺陷修復(fù)，并進入步驟204;否則，進入步驟205； 步驟204、輪面局部缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，對所述待修復(fù)火車輪上存在的各輪面局部缺陷分別進行修復(fù)，直至完成所述待修復(fù)火車輪上存在的所有輪面局部缺陷的修復(fù)過程； 所述待修復(fù)火車輪上所有輪面局部缺陷的修復(fù)方法均相同；對所述待修復(fù)火車輪上存在的任一個所述輪面局部缺陷進行修復(fù)時，包括以下步驟: 步驟2041、缺陷部位去除:先通過旋轉(zhuǎn)控制器(15)對水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)進行控制，并帶動所述待修復(fù)火車輪繞其輪軸(3-1)的中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，直至將當前所修復(fù)輪面局部缺陷所處位置旋轉(zhuǎn)至輪軸(3-1)的中心軸線上方;再采用所述機加工裝置(27)對所述待修復(fù)火車輪上當前所修復(fù)輪面局部缺陷所處區(qū)域進行去除，獲得與當前所修復(fù)輪面局部缺陷對應(yīng)的待填充區(qū)域； 步驟2042、等離子3D打印:采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對步驟2041中所述待填充區(qū)域進行等離子3D打印，完成當前所修復(fù)輪面局部缺陷的修復(fù)過程； 步驟205、輪面磨損缺陷修復(fù)判斷:根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，判斷是否需進行輪面磨損缺陷修復(fù):當步驟一中檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪面磨損缺陷時，需對所述待修復(fù)火車輪進行輪面磨損缺陷修復(fù)，并進入步驟206;否則，完成所述待修復(fù)火車輪的再制造過程； 步驟206、輪面磨損缺陷修復(fù):根據(jù)步驟一中的火車輪缺陷檢測結(jié)果，采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對所述待修復(fù)火車輪的輪面的磨損區(qū)域進行修復(fù)，完成所述待修復(fù)火車輪的再制造過程。7.按照權(quán)利要求6所述的對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征在于:步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，通過旋轉(zhuǎn)控制器(15)控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)帶動輪軸(3-1)繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸(3-1)旋轉(zhuǎn)過程中，采用水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)上方設(shè)置的超聲波檢測裝置或三維激光掃描儀對所述待修復(fù)火車輪上存在的缺陷進行檢測； 步驟二中完成火車輪修復(fù)后，獲得修復(fù)后火車輪;之后，通過旋轉(zhuǎn)控制器(15)控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)帶動輪軸(3-1)繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置(27)對所述修復(fù)后火車輪進行精加工。8.按照權(quán)利要求6或7所述的對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征在于:步驟2022中采用所述等離子束流加工系統(tǒng)，對步驟2021中所述待填充區(qū)域進行等離子3D打印時，過程如下: 步驟A、三維立體模型獲取及分層切片處理:根據(jù)所述待修復(fù)火車輪的火車輪成品的三維立體模型，采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取所述待填充區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對所述待填充區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像； 本步驟中，多個所述分層截面圖像為對所述待填充區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由下至上均勻布設(shè)； 步驟B、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊，對步驟A中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑； 步驟C、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)步驟B中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑;每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同； 步驟D、由下至上逐層打印:根據(jù)步驟C中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，由下至上逐層對所述待填充區(qū)域進行打印，使所述待填充區(qū)域被多個由下至上堆疊而成的成型層進行填充;所述成型層的數(shù)量與步驟A中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與步驟A中相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟C中多個所述分層截面的打印路徑分別為所述待填充區(qū)域中多個所述成型層的打印路徑;所述待填充區(qū)域中多個所述成型層的打印方法均相同；對所述待填充區(qū)域進行打印時，過程如下: 步驟D1、底層打印:所述水平移動控制器(24)根據(jù)步驟C中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至所述待填充區(qū)域內(nèi)；待所噴熔融液滴均凝固后，完成所述待填充區(qū)域內(nèi)當前所打印成型層的打印過程； 本步驟中，當前所打印成型層為所述待填充區(qū)域內(nèi)多個所述成型層中位于最底部的成型層； 步驟D2、上一層打印，包括以下步驟: 步驟D21、水平支撐機構(gòu)下移:將水平支撐機構(gòu)(16)在豎直方向上進行一次向下移動且向下移動高度與所述待填充區(qū)域內(nèi)所述成型層的層厚相同； 步驟D22、打印及同步溫控:所述水平移動控制器(24)根據(jù)步驟C中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的下一個所述成型層的上表面上;待所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程； 本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元(9)對所述待填充區(qū)域內(nèi)當前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)，同時通過距離檢測單元(8)對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)(16)之間的距離進行實時檢測并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器(10);所述打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)根據(jù)溫度檢測單元(9)所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與水平支撐機構(gòu)(16)之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的下一個所述成型層的上表面溫度不高于所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.6 倍； 步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸(3-1)的中心軸線進行移動；步驟Dl和步驟D22中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器(2)將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流； 步驟D3、多次重復(fù)步驟D2，直至完成所述待填充區(qū)域內(nèi)所有成型層的打印過程。9.按照權(quán)利要求6或7所述的對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征在于:所述待修復(fù)火車輪包括中部開有軸孔且安裝在輪軸(3-1)上的輪轂(3-4)，所述輪緣(3-2)布設(shè)在輪轂(3-2)且其位于輪轂(3-2)內(nèi)側(cè)； 步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，當檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪緣磨損缺陷時，還需對所述待修復(fù)火車輪的輪緣(3-2)的磨損程度進行判斷:當判斷出輪緣(3-2)的磨損程度為部分磨損時，步驟202中采用直接修復(fù)法或去除后再修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)；當判斷出輪緣(3-2)的磨損程度為全部磨損時，步驟202中進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下: 步驟202-1、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用圖像處理模塊獲取輪緣(3-2)的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪緣(3-2)的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像； 多個所述分層截面圖像為對輪緣(3-2)的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)； 步驟202-2、掃描路徑填充:采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊，對步驟202-1中多個所述分層截面圖像分別進行處理，并完成多個所述分層截面的掃描路徑填充過程，獲得多個所述分層截面的掃描路徑； 步驟202-3、打印路徑獲取:所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備根據(jù)步驟202-2中獲得的多個所述分層截面的掃描路徑，獲得多個所述分層截面的打印路徑;每個所述分層截面的打印路徑均與該分層截面的掃描路徑相同； 步驟202-4、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟202-3中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，在輪轂(3-4)上由內(nèi)至外逐層對輪緣(3-2)進行打印，獲得由多個成型層由內(nèi)至外堆疊而成的輪緣(3-2);所述成型層的數(shù)量與步驟202-1中所述分層截面的數(shù)量相同，多個所述成型層的布設(shè)位置分別與多個所述分層截面的布設(shè)位置一一對應(yīng)且其層厚均相同，所述成型層的層厚與相鄰兩個所述分層截面之間的距離相同，步驟202-3中多個所述分層截面的打印路徑分別為多個所述成型層的打印路徑;對輪緣(3-2)進行打印時，過程如下: 步驟202-401、底層打印:根據(jù)步驟202-3中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器(15)控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)帶動輪軸(3-1)繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸(3-1)旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器(24)對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至輪轂(3-4)的外表面上;待輪軸(3-1)旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程； 本步驟中，當前所打印成型層為多個所述成型層中位于最內(nèi)側(cè)的成型層； 步驟202-402、下一層打印，包括以下步驟: 步驟202-4021、等離子體發(fā)生器上移:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進行一次向上移動且向上移動高度與所述成型層的層厚相同； 移動到位后，對所述等離子體發(fā)生器的高度進行記錄，此時所述等離子體發(fā)生器的高度為當前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度； 步驟202-4022、打印及同步溫控:根據(jù)步驟202-3中所獲取的當前所打印成型層的打印路徑，通過旋轉(zhuǎn)控制器(15)控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)帶動輪軸(3-1)繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且輪軸(3-1)旋轉(zhuǎn)過程中，所述水平移動控制器(24)對所述水平移動裝置進行控制并帶動所述等離子體發(fā)生器在水平面上進行移動;所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述等離子束流加工系統(tǒng)將內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流連續(xù)噴至當前已打印好的上一個所述成型層的外表面上;待輪軸(3-1)旋轉(zhuǎn)一周且所述等離子束流加工系統(tǒng)所噴熔融液滴均凝固后，完成當前所打印成型層的打印過程； 本步驟中，所述等離子體發(fā)生器移動過程中，通過溫度檢測單元(9)對當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度進行實時檢測并將所檢測溫度信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)，同時通過距離檢測單元(8)對所述噴頭的出口與輪軸(3-1)之間的距離進行實時檢測并將所檢測的距離信息同步傳送至打印距離調(diào)節(jié)控制器(10);所述打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)根據(jù)溫度檢測單元(9)所檢測的溫度信息且通過控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置對所述噴頭的出口與輪軸(3-1)之間的距離進行調(diào)節(jié)，使當前已打印好的上一個所述成型層的外表面溫度不高于所述打印材料的材質(zhì)熔點的0.6倍； 步驟202-401和步驟202-4022中所述等離子體發(fā)生器在水平面上移動時，所述等離子體發(fā)生器均沿輪軸(3-1)的中心軸線進行移動;步驟202-401和步驟202-4022中所述等離子體發(fā)生器移動過程中，所述送粉器(2)將所述打印材料連續(xù)送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)，且在所述工作氣體的作用下送入所述等離子體發(fā)生器內(nèi)的打印材料被送至所述等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子束內(nèi)并熔化為熔融液滴，所述熔融液滴均勻分布于所述等離子束內(nèi)，并形成內(nèi)帶熔融液滴的等離子束流;所述打印材料為粉末狀材料； 步驟202-4023、等離子體發(fā)生器移動復(fù)位:通過打印距離調(diào)節(jié)控制器(10)控制所述打印距離調(diào)節(jié)裝置，帶動所述等離子體發(fā)生器在豎直方向上進行上下移動，直至將所述等離子體發(fā)生器的高度調(diào)整為步驟202-4021中當前所打印成型層的基礎(chǔ)打印高度； 步驟202-403、多次重復(fù)步驟202-402，直至完成輪緣(3-2)所有成型層的打印過程； 步驟202中采用所述直接修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下: 步驟20211、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊獲取輪緣(3-2)上磨損區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪緣(3-2)上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像； 多個所述分層截面圖像為對輪緣(3-2)上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)； 步驟20212、掃描路徑填充:按照步驟202-2中所述的方法，獲得步驟20211中多個所述分層截面的掃描路徑； 步驟20213、打印路徑獲取:按照步驟202-3中所述的方法，獲得步驟20211中多個所述分層截面的打印路徑； 步驟20214、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟20213中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，并按照步驟202-4中所述的方法，由內(nèi)至外逐層對輪緣(3-2)上的磨損區(qū)域進行打印；步驟202中采用所述去除后再修復(fù)法進行輪緣磨損缺陷修復(fù)時，過程如下: 步驟20221、輪緣去除:通過旋轉(zhuǎn)控制器(15)控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)帶動輪軸(3-1)繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置(27)對所述待修復(fù)火車輪的輪緣(3-2)進行去除； 步驟20222、按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在步驟20221中所述待修復(fù)火車輪的輪轂(3-4)上打印輪緣(3-2)。10.按照權(quán)利要求9所述的對待修復(fù)火車輪進行等離子3D打印再制造的方法，其特征在于:所述輪轂(3-4)的外側(cè)沿圓周方向布設(shè)有一層輪面面層(3-3)，所述待修復(fù)火車輪的輪面為輪面面層(3-3)的外表面;步驟一中進行火車輪缺陷檢測時，當檢測出所述待修復(fù)火車輪上存在輪面磨損缺陷時，還需對所述待修復(fù)火車輪的輪面面層(3-3)的磨損程度進行判斷:當判斷出輪面面層(3-3)的磨損程度為部分磨損時，步驟206中采用直接修復(fù)法或去除后再修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)；當判斷出輪面面層(3-3)的磨損程度為全部磨損時，步驟206中進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在所述待修復(fù)火車輪的輪轂(3-4)上打印輪面面層(3-3); 步驟206中采用直接修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，過程如下: 步驟20611、三維立體模型獲取及分層切片處理:采用所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備且調(diào)用所述圖像處理模塊獲取輪面面層(3-3)上磨損區(qū)域的三維立體模型，再調(diào)用分層切片模塊對輪面面層(3-3)上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片，并獲得多個分層截面圖像； 多個所述分層截面圖像為對輪面面層(3-3)上磨損區(qū)域的三維立體模型進行分層切片后獲得多個分層截面的圖像，多個所述分層截面由內(nèi)至外均勻布設(shè)； 步驟20612、掃描路徑填充:按照步驟202-2中所述的方法，獲得步驟20611中多個所述分層截面的掃描路徑； 步驟20613、打印路徑獲取:按照步驟202-3中所述的方法，獲得步驟20611中多個所述分層截面的打印路徑； 步驟20614、由內(nèi)至外逐層打印:根據(jù)步驟20613中獲得的多個所述分層截面的打印路徑，并按照步驟202-4中所述的方法，由內(nèi)至外逐層對輪面面層(3-3)上的磨損區(qū)域進行打?。? 步驟206中采用去除后再修復(fù)法進行輪面磨損缺陷修復(fù)時，過程如下: 步驟20621、輪面面層去除:通過旋轉(zhuǎn)控制器(15)控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(4)帶動輪軸(3-1)繞其中心軸線進行旋轉(zhuǎn)，且所述待修復(fù)火車輪旋轉(zhuǎn)過程中，采用機加工裝置(27)對所述待修復(fù)火車輪的輪面面層(3-3)進行去除； 步驟20622、按照步驟202-1至步驟202-4中所述的方法，在步驟20621中所述待修復(fù)火車輪的輪轂(3-4)上打印輪面面層(3-3)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火車輪等離子3D打印再制造設(shè)備及方法，該設(shè)備由監(jiān)控系統(tǒng)、等離子束流加工系統(tǒng)、對待修復(fù)火車輪進行機加工的機加工裝置、帶動機加工裝置移動的三軸移動機構(gòu)和供待修復(fù)火車輪放置的水平打印臺組成，等離子束流加工系統(tǒng)由等離子體發(fā)生器、打印位置調(diào)整裝置、供氣裝置和送粉器組成；監(jiān)控系統(tǒng)包括水平移動控制器、溫度檢測單元、距離檢測單元、打印距離調(diào)節(jié)控制器和旋轉(zhuǎn)控制器，溫度檢測單元與打印距離調(diào)節(jié)控制器組成溫度調(diào)控裝置；該再制造方法包括步驟：一、火車輪缺陷檢測；二、火車輪修復(fù)。本發(fā)明設(shè)計合理、操作簡便且效率高、使用效果好，無需密閉成型室，修復(fù)過程直接在大氣環(huán)境下進行，修復(fù)后火車輪質(zhì)量好，修復(fù)效率高。
【IPC分類】B33Y10/00, B22F7/06, B22F3/105, B33Y30/00, B33Y50/02
【公開號】CN105710371
【申請?zhí)枴緾N201610121657
【發(fā)明人】華云峰, 何偉, 程國君, 郝勇, 魏志宇
【申請人】中研智能裝備有限公司