CN105642895A - 一种模具等离子3d打印再制造设备及方法 - Google Patents

一种模具等离子3d打印再制造设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模具等离子3D打印再制造设备及方法，该设备由监控***、等离子束流加工***、对待修复模具进行机加工的机加工装置、供待修复模具放置的水平打印台和对待修复模具进行临时固定的临时固定件组成，等离子束流加工***由等离子体发生器、打印位置调整装置、供气装置和送粉器组成；监控***包括水平移动控制器、温度检测单元、距离检测单元、打印距离调节控制器和旋转控制器，温度检测单元与打印距离调节控制器组成温度调控装置；该再制造方法包括步骤：一、模具缺陷检测；二、模具修复。本发明设计合理、操作简便且效率高、使用效果好，无需密闭成型室，修复过程直接在大气环境下进行，修复后模具质量好。

Description

一种模具等离子3D打印再制造设备及方法
技术领域
本发明属于快速成型技术领域，尤其是涉及一种模具等离子3D打印再制造设备及方法。
背景技术
模具是指工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来成型产品的工具。模具的成型面是指用以成型制品(也称产品)的表面，成型面为直接与所成型制品接触的表面。其中，型腔的成型面是指用以成型制品的外表面，而型芯的成型面则是用以成型制品的内表面。模具成型面的加工质量、加工精度及使用性能均要求较高，直接决定所成型制品的加工质量和加工精度，在机械加工中，模具成型面需经机加工、清洗、打磨等多个工序才能加工完成。模具使用过程中，需对成型面进行有效保护，一旦成型面出现破损、开裂、磨损等缺陷，则直接影响模具的成型效果，甚至导致模具报废。
由于模具是产品成型加工中的重要工具，费用占产品成本的10％～30％。模具的失效形式有表面磨损、表面剥落、崩角、表面裂纹等，模具失效导致产品不合格与模具报废。产品不合格使直接生产成本提高；制造新模代替失效模具的费用巨大、生产周期长，模具失效部分仅占模具的很少一部分，模具报废导致巨大的资源浪费。为了降低产品成本，节约资源，对模具失效部位进行再制造是模具使用单位的常用方法。
目前，对模具进行再制造时，主要采用的是激光熔覆方法。如2007年10月11日公开的公开号为CN101054667A的中国发明专利“激光修复高硬度发动机制件报废模具的材料和制法及应用”中，公开了一种采用激光熔覆再制造的方法修复高硬度发动机制件报废模具。2011年5月4日公开的公开号为CN102041502A的中国发明专利“表面熔覆技术在模具修复中的应用”中，公开了一种采用激光熔覆再制造修复模具的方法。2011年9月14日公开的公开号为CN102248164A的中国发明专利“一种激光微区再制造梯度功能模具的方法”中，公开了一种采用同轴送粉激光熔覆再制造合成梯度功能层修复模具的方法。2012年1月25日公开的公开号为CN102330084A的中国发明专利申请文件中公开了一种采用激光熔覆修复模具的方法。2012年3月14日公开的公开号为CN102373468A的中国发明专利申请文件中，公开了一种采用宽带激光熔覆修复或进行表面强化模具的方法。2012年10月17日公开的公开号为CN102732831A的中国发明专利申请文件中公开了一种激光修复汽车模具的工艺，先对模具进行低温预热，然后对磨损部位型腔进行编程再制定工艺进行修复，同时也公开了一种修复用的Fe基合金粉末。2013年3月27日公开的公开号为CN102995001A的中国分明专利申请文件中公开了一种采用激光熔覆修复模具疲劳裂纹的方法，对小于0.5mm和大于等于0.5mm的裂纹采用不同的裂纹加工处理工艺和激光熔覆工艺。2013年12月25日公开的公开号为CN103469198A的中国发明专利申请文件中公开一种汽车变速箱齿轮热锻模具激光再制造修复工艺，采用合金粉末，对模具熔覆后进行探伤检验。2014年1月22日公开的公开号为CN103521923A的中国发明专利申请文件中公开了一种激光熔丝修复模具的方法，需要对模具进行预热。2014年12月24日公开的公开号为CN104233289A的中国发明专利申请文件中公开了一种采用高耐磨性激光熔覆材料修复模具的方法，需要对模具进行预热，熔覆后采用连续波CO2激光加工机进行激光辐照处理，在激光熔覆过程中对模具进行震动失效处理。
但目前，所采用的激光熔覆再制造模具的方法，主要存在以下三方面问题：
第一、激光熔覆设备价格昂贵，同时，由于设备核心器件激光器***的寿命短、价格高，更换、维护成本高，使得采用激光熔覆再制造模具的成本非常高；
第二、模具的力学性能要求很高，激光熔覆后为了达到良好的性能，要求金属粉末具有良好的流动性，一般应采用球形金属粉末，导致激光熔覆再制造模具的材料成本高；
第三、激光熔覆再制造模具过程中，需要对熔池进行惰性气氛保护或全部过程在保护气氛中进行。如果对熔池进行惰性气氛保护，熔池降温过快，使熔覆层应力较高，同时，也容易导致粉末材料飞散，使熔化不充分，导致再制造的模具性能差，甚至开裂报废，并且效率低。
另外，现如今对模具进行再制造时，还存在堆焊法。如2010年6月16日公开的公开号为CN101733512A的中国发明专利申请文件中公开了一种高合金冷作模具快速焊补修复再制造方法，其对模具进行300℃～370℃预热，然后采用焊丝钨极氩弧焊方法进行堆焊修复，堆焊后进行300℃～370℃的回火去应力热处理。2011年11月16日公开的公开号为CN102240872A的中国发明专利申请文件中公开了一种热锻模具堆焊修复及再制造用特种焊条，可以不进行模具预热和焊后热处理，修复后硬度为35～45HRC。2012年7月18日公开的公开号为CN102581543A的中国发明专利申请文件中公开了一种热锻模具的修复方法，首先将模具膛内的疲劳层去掉，然后用焊丝将模膛堆焊至将模膛填充满，最后加工成型。2012年12月26日公开的公开号为CN102837106A的中国发明专利申请文件中公开了一种冲压模具的修复工艺，首先对模具进行热处理，然后采用焊条堆焊，最后进行回火处理。2013年7月3日公开的公开号为CN103182618A的中国发明专利申请文件中公开了一种辊锻模具堆焊制造修复工艺，首先对模具进行热处理，然后逐层堆焊硬度逐渐升高的打底层、过渡层和工作层，最后进行回火处理，并随炉冷却至90℃～190℃出炉。
但目前，所采用的堆焊再制造模具的方法，主要存在以下两方面问题：
第一、堆焊再制造模具由于局部热输入量高、过程可控性差，一般需要预热和回火热处理，同时，难以堆焊力学性能超过模具材料本身的材料，导致堆焊再制造的模具工艺复杂、性能差；
第二、堆焊再制造模具表面粗糙度高，特别是有些模具需要将模膛堆焊至将模膛填充满、最后加工成型，堆焊材料消耗量过高、成本高，加工余量大。
2014年12月24日公开的公开号为CN104233159A的中国发明专利申请文件中公开了一种锻造模具的再制造工艺，通过对模具进行表面处理，然后采用等离子喷涂Ni60A-ZrO2涂层进行模具再制造。2015年3月25日公开的公开号为CN104451523A的中国发明专利申请文件中公开了一种轮胎模具的再制造工艺，通过对模具进行表面处理，然后采用超音速火焰喷涂W-Cr-Co涂层进行模具再制造。但上述采用喷涂方法对模具进行再制造时，喷涂涂层与模具本身是物理结合，界面结合强度一般不超过70MPa，界面结合强度低，在模具冷热循环过程中或承受较大冲击力时，再制造的涂层容易剥落。
2014年12月24日公开的公开号为CN104233238A的中国发明专利申请文件中公开了一种汽车用大型覆盖件拉延模具的修复方法，通过对模具进行表面处理，然后采用化学镀Ni-P进行模具再制造。模具的表面磨损失效，除了整体磨损还有局部凸起部位的更严重磨损，化学镀Ni-P镀层的厚度薄，难以满足模具整体磨损和局部磨损修复需求。
目前，国内外金属零件快速成型技术主要是选区激光熔化快速成型技术(Selectivelasermelting，SLM)。选区激光熔化快速成型设备的基本工作原理是：先在计算机上利用Pro/e、UG、CATIA等三维造型软件设计出零件的三维实体模型(即三维立体模型)，然后通过切片软件对该三维模型进行分层切片，得到各截面的轮廓数据，由轮廓数据生成填充扫描路径，在工作缸内平铺一定厚度的粉末，依照计算机的控制，激光束通过振镜扫描的方式按照三维零部件图形的切片处理结果选择性地熔化预置粉末层；随后，工作缸下降一定距离并再次铺粉，激光束在振镜的带动下再次按照零部件的三维图形完成零部件下一层的制造；如此重复铺粉、扫描和工作缸下降等工序，从而实现三维零部件的制造。现如今，选区激光熔化快速成型技术主要存在以下三方面问题：第一、选区激光熔化快速成型技术需要保护气氛或真空环境，以避免成型过程中金属零件的氧化。这使选区激光熔化快速成型设备结构复杂，成型零件尺寸受到限制，能量源激光器***价格高，成型设备价格昂贵；第二、选区激光熔化快速成型技术需要铺粉的成型缸***。这使选区激光熔化快速成型设备结构复杂，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率较低；第三、为了保障零件力学性能，选区激光熔化快速成型技术需要流动性好的球形金属粉末。这使选区激光熔化快速成型设备运行成本很高。
另外，金属零件快速成型技术中还有电子束快速成型技术。但目前，选区电子束快速成型技术主要存在以下三方面问题：第一、电子束快速成型技术需要真空环境，以形成能量源电子束和避免成型过程中金属零件的氧化。这使电子束快速成型设备结构复杂，成型零件尺寸受到限制，成型设备价格昂贵；第二、电子束快速成型技术需要铺粉***或成型材料供给***。这使电子束快速成型设备结构复杂，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率较低；第三、为了保障零件力学性能，电子束快速成型技术需要流动性好的球形金属粉末。这使选区激光熔化快速成型设备运行成本很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种模具等离子3D打印再制造设备，其结构简单、设计合理且使用操作简便、效率高、使用效果好，无需密闭成型室，修复过程直接在大气环境下进行，修复后模具质量好。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征在于：由监控***、等离子束流加工***、对待修复模具进行机加工的机加工装置、供待修复模具放置的水平打印台和对待修复模具进行临时固定的临时固定件组成；所述机加工装置位于水平打印台上方；所述临时固定件布设在水平打印台上；
所述等离子束流加工***由安装有喷头且用于产生等离子束的等离子体发生器、对所述等离子体发生器的位置进行调整的打印位置调整装置、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置和用于连续向所述等离子体发生器内送入打印材料的送粉器组成，所述等离子体发生器位于水平打印台上方；所述供气装置通过供气管与所述等离子体发生器上所开的进气口连接；所述等离子体发生器内设置有供所述粉末流通的粉末流通通道，所述粉末流通通道与所述等离子体发生器内的放电室内部相通且其与所述进气口连通，所述粉末流通通道的外端口为进粉口，所述送粉器的送粉口通过送粉管与进粉口连接；所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动的水平移动装置和带动所述等离子体发生器与所述水平移动装置同步移动并相应对所述喷头的出口与水平打印台之间的距离进行调节的打印距离调节装置，所述等离子体发生器安装在所述水平移动装置上，且所述水平移动装置安装在所述打印距离调节装置上；
所述监控***包括对所述水平移动装置进行控制的水平移动控制器、对所述等离子束流加工***在待修复模具上的加工位置处温度进行实时检测的温度检测单元、对所述喷头的出口与水平打印台之间的距离进行实时检测的距离检测单元和对所述打印距离调节装置进行控制的打印距离调节控制器，所述水平移动控制器与所述水平移动装置连接，所述打印距离调节控制器与所述打印距离调节装置连接，所述温度检测单元和距离检测单元均与打印距离调节控制器连接；所述温度检测单元与打印距离调节控制器组成温度调控装置。
上述一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征是：所述待修复模具为存在局部缺陷和/或表面磨损缺陷的模具，所述局部缺陷为待修复模具的成型面上存在破损或开裂，所述表面磨损缺陷为待修复模具的成型面存在磨损；所述水平打印台的上方设置有对待修复模具上存在的缺陷进行检测的超声波检测装置或三维激光扫描仪。
上述一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征是：所述送粉器包括上部开有进料口的外壳和安装在所述外壳内的送粉轮，所述送粉轮由驱动电机进行驱动；所述送粉口位于所述外壳下部；
所述监控***还包括对所述等离子体发生器进行控制的等离子发生控制器、对供气管的气体流量进行实时检测的气体流量检测单元和对供气管上安装的流量调节阀进行控制的气体流量控制器，所述等离子发生控制器与所述等离子体发生器连接，所述气体流量检测单元与气体流量控制器连接。
上述一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征是：所述等离子体发生器包括等离子枪，所述喷头为等离子枪前端的阳极喷嘴；所述等离子枪包括开有所述进气口的枪体、位于枪体正前方的阳极喷嘴和插装于枪体内的阴极，所述阳极喷嘴位于阴极前侧，所述放电室位于阴极前侧且其位于阳极喷嘴的后部内侧，所述阳极喷嘴的前部内侧为喷口。
上述一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征是：所述阳极喷嘴、阴极和放电室均与枪体呈同轴布设；所述粉末流通通道与枪体呈倾斜布设且其前端伸入至喷口内，所述粉末流通通道为直线式通道且其包括布设在枪体内的后侧通道和布设在阳极喷嘴内的前侧通道。
上述一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征是：所述等离子体发生器产生的等离子束的中心轴线与竖直面之间的夹角不大于45°；所述打印距离调节装置为沿所述等离子束的中心轴线对所述喷头进行上下调整的上下调整装置，所述距离检测单元为对沿所述等离子束的中心轴线从所述喷头的出口到水平打印台之间的距离进行实时检测的距离检测装置；
所述水平打印台为安装在打印台位置调整装置上且能上下移动的移动平台；
所述监控***还包括对所述打印台位置调整装置进行控制的位置调整控制器，所述位置调整控制器与所述打印台位置调整装置连接。
同时，本发明公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的模具等离子3D打印再制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、模具缺陷检测：先将待修复模具放置于水平打印台上，并使待修复模具的成型面朝上；再对待修复模具上存在的缺陷进行检测，并对检测出各缺陷的位置分别进行记录；
所述待修复模具上存在的缺陷为局部缺陷和/或表面磨损缺陷，所述局部缺陷为待修复模具的成型面上存在破损或开裂，所述表面磨损缺陷为待修复模具的成型面存在磨损；
步骤二、模具修复：采用所述模具等离子3D打印再制造设备，对步骤一中检测出的待修复模具上存在的缺陷分别进行修复，过程如下：
步骤201、局部缺陷修复判断：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，判断是否需进行局部缺陷修复：当步骤一中检测出待修复模具上存在所述局部缺陷时，需对待修复模具进行局部缺陷修复，并进入步骤202；否则，进入步骤203；
步骤202、局部缺陷修复：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，对待修复模具上存在的各局部缺陷分别进行修复，直至完成待修复模具上存在的所有局部缺陷的修复过程；
所述待修复模具上所有局部缺陷的修复方法均相同；对待修复模具上存在的任一个所述局部缺陷进行修复时，包括以下步骤：
步骤2021、缺陷部位去除：采用所述机加工装置对待修复模具上当前所修复局部缺陷所处区域进行去除，获得与当前所修复局部缺陷对应的待填充区域；
步骤2022、等离子3D打印：采用所述等离子束流加工***，对步骤2021中所述待填充区域进行等离子3D打印，完成当前所修复局部缺陷的修复过程；
步骤203、表面磨损缺陷修复判断：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，判断是否需进行表面磨损缺陷修复：当步骤一中检测出待修复模具上存在表面磨损缺陷时，需对待修复模具进行表面磨损缺陷修复，并进入步骤204；否则，完成待修复模具的再制造过程；
步骤204、表面磨损缺陷修复：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，采用所述等离子束流加工***，对待修复模具的成型面上的磨损区域进行修复，完成待修复模具的再制造过程。
上述对模具进行等离子3D打印再制造的方法，其特征是：步骤一中进行模具缺陷检测时，采用水平打印台上方设置的超声波检测装置或三维激光扫描仪对待修复模具上存在的缺陷进行检测；
步骤二中完成模具修复后，获得修复后模具；之后，采用机加工装置对所述修复后模具进行精加工。
上述对模具进行等离子3D打印再制造的方法，其特征是：步骤204中进行表面磨损缺陷修复时，过程如下：
步骤2041、三维立体模型获取及分层切片处理：采用所述数据处理设备且调用所述图像处理模块获取待修复模具的成型面上磨损区域的三维立体模型，再调用分层切片模块对所述磨损区域的三维立体模型进行分层切片，并获得多个分层截面图像；
多个所述分层截面图像为对所述磨损区域的三维立体模型进行分层切片后获得多个分层截面的图像，多个所述分层截面由内至外均匀布设；
步骤2042、扫描路径填充：采用数据处理设备且调用所述图像处理模块，对步骤2041中多个所述分层截面图像分别进行处理，并完成多个所述分层截面的扫描路径填充过程，获得多个所述分层截面的扫描路径；
步骤2043、打印路径获取：所述数据处理设备根据步骤2042中获得的多个所述分层截面的扫描路径，获得多个所述分层截面的打印路径；每个所述分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同；
步骤2044、由下至上逐层打印：根据步骤2043中获得的多个所述分层截面的打印路径，由下至上逐层对所述磨损区域进行打印，使所述磨损区域被多个由下至上堆叠而成的成型层进行填充；所述成型层的数量与步骤一中所述分层截面的数量相同，多个所述成型层的布设位置分别与多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同，所述成型层的层厚与相邻两个所述分层截面之间的距离相同，步骤三中多个所述分层截面的打印路径分别为多个所述成型层的打印路径；对所述磨损区域进行打印时，过程如下：
步骤401、底层打印：所述水平移动控制器根据步骤2043中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至待修复模具上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，当前所打印成型层为多个所述成型层中位于最底部的成型层；
步骤402、上一层打印，包括以下步骤：
步骤4021、打印距离调节：将水平打印台在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同，或者通过打印距离调节控制器控制所述打印距离调节装置带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行一次向上移动且向上移动高度与所述成型层的层厚相同；
步骤4022、打印及同步温控：所述水平移动控制器根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至当前已打印好的下一个所述成型层的上表面上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，所述等离子体发生器移动过程中，通过温度检测单元对当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度进行实时检测并将所检测温度信息同步传送至打印距离调节控制器，同时通过距离检测单元对所述喷头的出口与水平打印台之间的距离进行实时检测并将所检测的距离信息同步传送至打印距离调节控制器；所述打印距离调节控制器根据温度检测单元所检测的温度信息且通过控制所述打印距离调节装置对所述喷头的出口与水平打印台之间的距离进行调节，使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度不高于所述打印材料的材质熔点的0.6倍；
步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器移动过程中，所述送粉器将所述打印材料连续送至所述等离子体发生器内，且在所述工作气体的作用下送入所述等离子体发生器内的打印材料被送至所述等离子体发生器内产生的等离子束内并熔化为熔融液滴，所述熔融液滴均匀分布于所述等离子束内，并形成内带熔融液滴的等离子束流；所述打印材料为粉末状材料；
步骤403、多次重复步骤402，直至完成所述磨损区域所有成型层的打印过程。
上述对模具进行等离子3D打印再制造的方法，其特征是：步骤2022中采用所述等离子束流加工***，对步骤2021中所述待填充区域进行等离子3D打印时，过程如下：
步骤A、三维立体模型获取及分层切片处理：根据待修复模具(3)的模具成品的三维立体模型，采用数据处理设备且调用图像处理模块获取所述待填充区域的三维立体模型，再调用分层切片模块对所述待填充区域的三维立体模型进行分层切片，并获得多个分层截面图像；
本步骤中，多个所述分层截面图像为对所述待填充区域的三维立体模型进行分层切片后获得多个分层截面的图像，多个所述分层截面由下至上均匀布设；
步骤B、扫描路径填充：采用数据处理设备且调用所述图像处理模块，对步骤A中多个所述分层截面图像分别进行处理，并完成多个所述分层截面的扫描路径填充过程，获得多个所述分层截面的扫描路径；
步骤C、打印路径获取：所述数据处理设备根据步骤B中获得的多个所述分层截面的扫描路径，获得多个所述分层截面的打印路径；每个所述分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同；
步骤D、由下至上逐层打印：根据步骤C中获得的多个所述分层截面的打印路径，由下至上逐层对所述待填充区域进行打印，使所述待填充区域被多个由下至上堆叠而成的成型层进行填充；所述成型层的数量与步骤A中所述分层截面的数量相同，多个所述成型层的布设位置分别与多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同，所述成型层的层厚与步骤A中相邻两个所述分层截面之间的距离相同，步骤C中多个所述分层截面的打印路径分别为所述待填充区域中多个所述成型层的打印路径；所述待填充区域中多个所述成型层的打印方法均相同；对所述待填充区域进行打印时，过程如下：
步骤D1、底层打印：所述水平移动控制器根据步骤C中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至所述待填充区域内；待所喷熔融液滴均凝固后，完成所述待填充区域内当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，当前所打印成型层为所述待填充区域内多个所述成型层中位于最底部的成型层；
步骤D2、上一层打印，包括以下步骤：
步骤D21、打印距离调节：将水平打印台在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同，或者通过打印距离调节控制器控制所述打印距离调节装置带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行一次向上移动且向上移动高度与所述成型层的层厚相同；
步骤D22、打印及同步温控：所述水平移动控制器根据步骤C中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至当前已打印好的下一个所述成型层的上表面上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，所述等离子体发生器移动过程中，通过温度检测单元对所述待填充区域内当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度进行实时检测并将所检测温度信息同步传送至打印距离调节控制器，同时通过距离检测单元对所述喷头的出口与水平打印台之间的距离进行实时检测并将所检测的距离信息同步传送至打印距离调节控制器；所述打印距离调节控制器根据温度检测单元所检测的温度信息且通过控制所述打印距离调节装置对所述喷头的出口与水平打印台之间的距离进行调节，使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度不高于所述打印材料的材质熔点的0.6倍；
步骤D1和步骤D22中所述等离子体发生器移动过程中，所述送粉器将所述打印材料连续送至所述等离子体发生器内，且在所述工作气体的作用下送入所述等离子体发生器内的打印材料被送至所述等离子体发生器内产生的等离子束内并熔化为熔融液滴，所述熔融液滴均匀分布于所述等离子束内，并形成内带熔融液滴的等离子束流；
步骤D3、多次重复步骤D2，直至完成所述待填充区域内所有成型层的打印过程。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的模具等离子3D打印再制造设备结构简单、设计合理且投入成本较低、加工制作及安装布设方便。
2、所采用的模具等离子3D打印再制造设备无需密闭成型室，并且不需要保护气氛或真空环境，修复过程(即再制造过程)直接在大气环境下进行。因而，结构非常简单，并且再制造零件尺寸不受限制，设备价格较低。
3、模具等离子3D打印再制造设备的打印材料供给在能量源等离子束中(材料的液滴等离子束流)，不需要铺粉的成型缸***不需要铺粉***，仅需一个送粉器即可，结构大幅度简化。
4、所采用的模具等离子3D打印再制造设备使用操作简便、智能化程度且效率高、使用效果好，所成型模具质量好。所采用的监控***包括对水平移动装置进行控制的水平移动控制器、对打印位置处温度进行实时检测的温度检测单元、对喷头的出口与水平打印台之间的距离进行实时检测的距离检测单元和对打印距离调节装置进行控制的打印距离调节控制器，打印距离调节控制器与打印距离调节装置连接，温度检测单元和距离检测单元均与打印距离调节控制器连接；温度检测单元与打印距离调节控制器组成温度调控装置。
实际使用过程中，温度调控装置中的打印距离调节控制器根据温度检测单元所检测信息对打印距离调节装置进行控制，使得打印距离能自适应调节，这样既能防止因打印距离过近造成已打印完成的成型层再出现熔化的问题，并且也能防止因打印距离过远造成的成型精度较低、熔融液滴在喷至上一个打印层外表面之前发生凝固等问题，使得成型过程易于控制，且实现方便，同时能有效防止模具成型面的表面发生氧化，因而无需设置密闭的真空环境。另外，所采用的监控***还包括气体流量自适应调节和粉末流量自适应调节功能，智能化程度高。
5、模具等离子3D打印再制造设备采用的能量源为等离子束，等离子束功率可达数十千瓦，能熔化陶瓷材料，实现金属、金属陶瓷和陶瓷零件的等离子浇铸快速成型。产生等离子束的等离子发生器(具体是等离子枪)结构简单，运行维护成本低，等离子浇铸快速成型设备成本低。
6、模具等离子3D打印再制造设备所打印材料的液滴在等离子束流中，等离子束本身具有保护作用，再加上工作气体的作用，能有效防止打印材料的氧化，该设备不需要保护气氛或真空环境，直接在大气环境下使用，具有设备结构简单、运行成本低、再制造零件尺寸不受限制等优点。
7、模具等离子3D打印再制造设备采用直流电机带动粉轮旋转并通过工作气体辅助将粉末送至等离子束中，可使用一次粉末或造粒粉末，不需要球形粉末。该设备打印材料成本低。
8、模具等离子3D打印再制造设备打印时材料状态由液态凝固成固态，工艺过程简化，降低了3D打印的工艺难度和成本。同时，在工作气体(等离子束内含未电离的工作气体)的作用下粉末进入等离子束内，并在所述等离子束内加速、加热并熔化成熔融状态形成微小的液滴，该液滴随等离子束一并喷出，形成内带熔融液滴的等离子束流；粉末经熔化后形成的熔融液滴随等离子束喷出后，形成由均匀分布有打印材料的熔融液滴的微液流，形成浇铸式成型，避免了熔滴冷却凝固成型时产生的圆形收缩现象，零件力学性能高，表面光滑，降低了快速成型的工艺难度。
9、所采用模具等离子3D打印再制造设备功能全面且使用操作简便、使用方式灵活，并且具有缺陷检测和机加工功能。该设备的成本较低，所采用等离子束流加工***中等离子枪价格低，更换、维护成本低，并且使用成本低。采用本发明能对待修复模具的局部缺陷进行打印再制造，也能够对模具表面磨损缺陷进行打印再制造，还能够对打印再制造的模具进行精加工，使打印再制造的模具直接用于生产中。
10、所采用的模具等离子3D打印再制造方法简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能对模具存在的局部缺陷和表面磨损缺陷进行简便、快速且高质量修复。
11、所采用等离子束流加工***的等离子3D打印方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，通过对等离子枪结构进行改进将粉末直接送入等离子束中使粉末熔化，形成所打印材料的液滴等离子束流。等离子束具有保护作用，不需要保护气氛或真空环境，直接在大气环境下进行打印。并且，打印材料供给在能量源等离子束中(材料的液滴等离子束流)，不需要铺粉的成型缸***。另外，采用直流电机带动粉轮旋转并通过工作气体辅助将粉末送至等离子束中，可使用一次粉末或造粒粉末，不需要球形粉末。打印时，材料状态由液态凝固成固态，工艺过程简化，降低了3D打印的工艺难度和成本，并且打印零件不再受尺寸限制。由上述内容可知，本发明对传统的等离子堆焊方法进行本质上改进，现有的等离子堆焊方法一般均设置有等离子弧压调高器，等离子枪与工件表面的距离不大于15mm，适用范围受限。而本发明中，打印距离能在大范围内进行调节，适应不同材质打印需求，并且能有效保证工件(即模具)成型质量。
采用本发明能有效解决选区激光熔化快速成型技术和电子束快速成型技术存在的上述问题，并且为模具提供了一种全新的模具再制造方法，能有效解决现有激光熔覆方法存在的多种问题，具有效率高、成型质量好、打印成型层与待修复模具间连接强度高、修复后模具质量好等优点。
12、打印材料(即与模具所用材料相同或性能相近的材料)在等离子束中熔化形成液滴，等离子束具有保护和提纯作用，避免了材料污染，模具性能稳定；并且，打印材料在等离子束中且等离子束功率高，熔化充分，打印材料分层打印过程中，液滴凝固速度快，材料晶粒细小，也不会造成元素偏析，再制造模具的性能好，不会出现开裂甚至报废现象；采用本发明打印模具时，下一层打印材料打印过程中，等离子束流能够对上一层打印材料进行同步热处理，热应力小，不会出现微裂纹或开裂，成品率可以达到百分之百，因而再制造模具的性能优良；采用本发明再制造模具时，工艺过程简单，工艺流程短，设备成本低，与现有模具再制造方法相比，降低了工艺难度和成本。由于等离子束功率高，打印再制造过程可控，可以针对不同模具选择不同的金属、金属陶瓷或陶瓷粉末进行打印再制造，所选择打印再制造材料不受限，再制造材料与模具材料性能相近；同时，也可以针对易磨损部位进行高性能材料的打印再制造，进一步提高使用寿命，等离子3D打印再制造的模具可设计性强、工艺简单、性能稳定可靠。另外，本发明所公开的等离子束流加工***能直接在大气环境下使用，成型时可将打印材料熔化成液流，实现连续微浇铸快速成型，工艺过程简化，降低了传统模具制造的工艺难度和成本，提高了模具的性能。
13、打印再制造过程可在大气环境下进行，对待修复模具的装卸简便，修复效率高。采用本发明能有效降低传统模具再制造的工艺难度和成本，提高了再制造模具的效率和性能，并且能对打印再制造模具进行精加工，使之能够直接应用于生产中。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明模具等离子3D打印再制造设备的结构示意图。
图2为本发明实施例1中等离子***构示意图。
图3为本发明监控***的电路原理框图。
图4为本发明进气环的结构示意图。
图5为本发明进气环本体的结构示意图。
图6为本发明模具等离子3D打印再制造方法的流程框图。
图7为本发明实施例2中等离子***构示意图。
附图标记说明:
1—供气装置；2—送粉器；3—待修复模具；
4—水平打印台；5—供气管；6—送粉管；
7—等离子发生控制器；8—距离检测单元；9—温度检测单元；
10—打印距离调节控制器；11—气体流量检测单元；
12—气体流量控制器；13—等离子枪；13-1—枪体；
13-2—阳极喷嘴；13-3—阴极；13-4—放电室；
13-5—喷口；13-6—绝缘层；14—粉末流通通道；
15—位置调整控制器；16—三轴数控机床；17—上下调整装置；
18—粉末流量检测单元；19—驱动电机；20—送粉流量控制器；
21—进气环；21-1—进气环本体；21-2—环形密封盖；
21-3—环形进气槽；21-4—外侧进气孔；21-5—内侧进气孔；
22—进粉口；23—PC机；24—水平移动控制器；
24-1—X轴移动机构；24-2—Y轴移动机构；
25—流量调节阀；27—机加工装置；28—超声波检测装置；
29—三轴移动机构。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种模具等离子3D打印再制造设备，由监控***、等离子束流加工***、对待修复模具3进行机加工的机加工装置27、供待修复模具3放置的水平打印台4和对待修复模具3进行临时固定的临时固定件组成；所述机加工装置27位于水平打印台4上方；所述临时固定件布设在水平打印台4上。
所述等离子束流加工***由安装有喷头且用于产生等离子束的等离子体发生器、对所述等离子体发生器的位置进行调整的打印位置调整装置、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置1和用于连续向所述等离子体发生器内送入打印材料的送粉器2组成，所述等离子体发生器位于水平打印台4上方。所述供气装置1通过供气管5与所述等离子体发生器上所开的进气口连接。所述等离子体发生器内设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与所述等离子体发生器内的放电室13-4内部相通且其与所述进气口连通，所述粉末流通通道的外端口为进粉口22，所述送粉器2的送粉口通过送粉管6与进粉口22连接；所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动的水平移动装置和带动所述等离子体发生器与所述水平移动装置同步移动并相应对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节的打印距离调节装置，所述等离子体发生器安装在所述水平移动装置上，且所述水平移动装置安装在所述打印距离调节装置上。所述打印材料为粉末状材料(即粉末)。
如图3所示，所述监控***包括对所述水平移动装置进行控制的水平移动控制器24、对所述等离子束流加工***在待修复模具3上的加工位置处温度进行实时检测的温度检测单元9、对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行实时检测的距离检测单元8和对所述打印距离调节装置进行控制的打印距离调节控制器10，所述水平移动控制器24与所述水平移动装置连接，所述打印距离调节控制器10与所述打印距离调节装置连接，所述温度检测单元9和距离检测单元8均与打印距离调节控制器10连接；所述温度检测单元9与打印距离调节控制器10组成温度调控装置。
本实施例中，所述临时固定件为夹持机构(图1中未画出)。实际使用时，所述临时固定件也可以采用卡具等其它临时固定机构。
本实施例中，所述温度检测单元9为对所述等离子束流加工***在待修复模具3上的加工位置处(即打印位置处或修复位置处)温度进行实时检测的红外温度传感器。所述距离检测单元8为激光测距传感器。
实际布设安装时，所述温度检测单元9位于待修复模具3上方。本实施例中，所述温度检测单元9位于待修复模具3的正上方。
本实施例中，所述待修复模具3为存在局部缺陷和/或表面磨损缺陷的模具，所述局部缺陷为待修复模具3的成型面上存在破损或开裂，所述表面磨损缺陷为待修复模具3的成型面存在磨损。
实际使用时，所述水平打印台4的上方设置有对待修复模具3上存在的缺陷进行检测的超声波检测装置28或三维激光扫描仪。
实际安装时，所述机加工装置27均安装在同一个三轴移动机构29上，所述三轴移动机构29为能带动超声波检测装置28和机加工装置27同步在X轴、Y轴和Z轴方向上进行移动的移动机构，如三轴移动平台、三维机械手、三轴调节支架、万向架等。本实施例中，所述三轴移动机构29位于水平打印台4上方。
本实施例中，所述三轴移动机构29为三轴调节支架，所述三轴调节支架包括底座、安装在所述底座上的Z轴调节臂、安装在所述Z轴调节臂上的X轴调节臂和安装在所述X轴调节臂上的Y轴调节臂，所述Y轴调节臂安装有一个竖向安装杆，所述机加工装置27安装在所述竖向安装杆上。
实际安装时，所述超声波检测装置28或三维激光扫描仪也可以安装在三轴移动机构29上，并且安装在所述竖向安装杆上。
本实施例中，所述水平移动装置包括带动所述等离子体发生器在X轴方向上进行水平移动的X轴移动机构24-1和带动所述等离子体发生器在Y轴方向上进行水平移动的Y轴移动机构24-2，因而所述水平移动装置为X-Y轴移动装置。
并且，所述等离子体发生器安装在Y轴移动机构24-2上，所述Y轴移动机构24-2安装在X轴移动机构24-1上，所述X轴移动机构24-1安装在所述打印距离调节装置上。实际使用过程中，通过Y轴移动机构24-2带动所述等离子体发生器在Y轴方向上进行水平移动，通过X轴移动机构24-1带动Y轴移动机构24-2与所述等离子体发生器同步在X轴方向上进行水平移动，并且通过所述打印距离调节装置带动所述水平移动装置与所述等离子体发生器同步在所述等离子束的中心轴线上进行移动。
本实施例中，所述Y轴移动机构24-2、X轴移动机构24-1和所述打印距离调节装置组成带动所述等离子体发生器(具体是等离子枪13进行三维运动的机械手。
本实施例中，所述监控***还包括对所述等离子体发生器进行控制的等离子发生控制器7、对供气管5的气体流量进行实时检测的气体流量检测单元11和对供气管5上安装的流量调节阀25进行控制的气体流量控制器12，所述等离子发生控制器7与所述等离子体发生器连接，所述气体流量检测单元11与气体流量控制器12连接。
本实施例中，如图2所示，所述等离子体发生器包括等离子枪13，所述喷头为等离子枪13前端的阳极喷嘴13-2；所述等离子枪13包括开有所述进气口的枪体13-1、位于枪体13-1正前方的阳极喷嘴13-2和插装于枪体13-1内的阴极13-3，所述阳极喷嘴13-2位于阴极13-3前侧，所述放电室13-4位于阴极13-3前侧且其位于阳极喷嘴13-2的后部内侧，所述阳极喷嘴13-2的前部内侧为喷口13-5。
实际使用时，所述等离子枪13安装在Y轴移动机构24-2上。
实际使用时，所述水平移动装置也可以仅为带动所述等离子体发生器在X轴方向上进行水平移动的X轴移动机构24-1。此时，所述等离子枪13安装在X轴移动机构24-1上。
本实施例中，所述阳极喷嘴13-2、阴极13-3和放电室13-4均与枪体13-1呈同轴布设；所述粉末流通通道14与枪体13-1呈倾斜布设且其前端伸入至喷口13-5内，所述粉末流通通道14为直线式通道且其包括布设在枪体13-1内的后侧通道和布设在阳极喷嘴13-2内的前侧通道。
并且，所述进气口位于枪体13-1后侧，所述喷口13-5与枪体13-1呈同轴布设或与粉末流通通道14呈同轴布设。
本实施例中，所述阳极喷嘴13-2和枪体13-1之间设置有绝缘层13-6。
本实施例中，如图2所示，所述喷口13-5与枪体13-1呈同轴布设。
本实施例中，所述供气管5通过进气环21与所述等离子体发生器上所开的进气口连接。并且，通过进气环21向所述等离子体发生器内均匀供气。
如图4、图5所示，所述进气环21为圆环形且其包括进气环本体21-1和盖装在进气环本体21-1上的环形密封盖21-2，所述进气环本体21-1为圆环形且其内侧壁上开有一个环形进气槽21-3，所述进气环本体21-1上开有一个与供气管5相接的外侧进气孔21-4且其内侧开有多个内侧进气孔21-5，多个所述内侧进气孔21-5沿圆周方向均匀布设且其均位于环形进气槽21-3内侧，所述外侧进气孔21-4位于环形进气槽21-3外侧，所述外侧进气孔21-4和多个所述内侧进气孔21-5均与环形进气槽21-3内部相通。
并且，所述枪体13-1上沿圆周方向开有多个分别与多个所述内侧进气孔21-5相通的枪体进气孔。
实际使用时，所述粉末流通通道14也可以与所述工作气体的进气通道采用同一通道。
本实施例中，所述粉末流通通道14的出粉口位于放电室13-4前侧且其位于喷口13-5的内部后侧。
如图2所示的等离子枪13使用过程中，所述放电室13-4内产生等离子体，所产生的等离子体形成等离子束并经喷口13-5喷出；与此同时，所述粉末通过粉末流通通道14倾斜向进入喷口13-5，并且在所述工作气体的作用下所述粉末进入所述等离子束内，并在所述等离子束内加速、加热并熔化成熔融状态形成微小的液滴，该液滴随等离子束一并喷出，形成内带熔融液滴的等离子束流；粉末经熔化后形成的熔融液滴随等离子束喷出后，形成由均匀分布有打印材料的熔融液滴的微液流。因而，所述打印材料为粉末，对粉末的形状无特殊要求。
本实施例中，所述工作气体为惰性气体或H2气。
其中，惰性气体为Ar气、He气和N2气。
本实施例中，所述水平打印台4为安装在打印台位置调整装置上且能上下移动的移动平台。
所述监控***还包括对所述打印台位置调整装置进行控制的位置调整控制器15，所述位置调整控制器15与所述打印台位置调整装置连接。
本实施例中，所述打印台位置调整装置为三轴数控机床16。
并且，所述位置调整控制器15为三轴数控机床16的控制器。
实际使用时，所述打印台位置调整装置也可以采用其它能完成X、Y和Z轴三个方向运动的装置或能在竖直方向上进行上下移动的竖向移动装置。
实际使用过程中，所述水平打印台4也可以采用位置固定不动的固定平台。
实际使用过程中，所述等离子体发生器产生的等离子束的中心轴线与竖直面之间的夹角不大于45°；所述打印距离调节装置为沿所述等离子束的中心轴线对所述喷头进行上下调整的上下调整装置17，所述距离检测单元8为对沿所述等离子束的中心轴线从所述喷头的出口到水平打印台4之间的距离进行实时检测的距离检测装置。
本实施例中，所述上下调整装置17为Z轴方向调整装置。
并且，所述上下调整装置17为伸缩液压缸。
本实施例中，所述等离子体发生器产生的等离子束的中心轴线呈竖直向布设。实际使用时，可根据具体需要，对所述等离子体发生器产生的等离子束的中心轴线与竖直面之间的夹角进行相应调整。
本实施例中，所述送粉器2包括上部开有进料口的外壳和安装在所述外壳内的送粉轮，所述送粉轮由驱动电机19进行驱动；所述送粉口位于所述外壳下部。
如图3所示，所述监控***还包括对送粉管6的送粉流量进行实时检测的粉末流量检测单元18和对驱动电机19进行控制的送粉流量控制器20，所述粉末流量检测单元18与送粉流量控制器20连接。
本实施例中，所述驱动电机19为直流电机。实际使用过程中，通过改变所述直流电机的转速，对送粉管6的送粉流量进行简便、快速调整。
本实施例中，所述监控***还包括分别对水平打印台4在X轴、Y轴和Z轴方向上的位移进行实时检测的第一位移检测单元、第二位移检测单元和第三位移检测单元，所述第一位移检测单元、第二位移检测单元和第三位移检测单元均与位置调整控制器15连接。
本实施例中，所述监控***还包括分别对Y轴移动机构24-2在Y轴方向上的水平位移、对X轴移动机构24-1在X轴方向上的水平位移和对上下调整装置17在Z轴方向上的位移进行实时检测的第四位移检测单元、第五位移检测单元和第六位移检测单元，所述第四位移检测单元和第五位移检测单元均与水平移动控制器24连接，所述第六位移检测单元与打印距离调节控制器10连接。
本实施例中，所述等离子发生控制器7、气体流量控制器12、位置调整控制器15、打印距离调节控制器10、送粉流量控制器20和水平移动控制器24均与所述数据处理设备相接，所述数据处理设备为PC机23。所述供气装置1由PC机23进行启停控制。
本实施例中，所述超声波检测装置28、三维激光扫描仪和机加工装置27均与所述数据处理设备连接，所述超声波检测装置28和三维激光扫描仪将其检测结果同步传送至所述数据处理设备，所述机加工装置27、超声波检测装置28和三维激光扫描仪均由所述数据处理设备进行控制。所述三轴移动机构29由所述数据处理设备进行控制且其与数据处理设备连接。
本实施例中，所述机加工装置27包括打磨器具和去除工具，所述去除工具为钻具或切割刀具。
实际安装时，所述打磨器具和去除工具可以均安装在一个多功能刀架盘上。
如图6所示的一种模具等离子3D打印再制造方法，包括以下步骤：
步骤一、模具缺陷检测：先将待修复模具3放置于水平打印台4上，并使待修复模具3的成型面朝上；再对待修复模具3上存在的缺陷进行检测，并对检测出各缺陷的位置分别进行记录；
所述待修复模具3上存在的缺陷为局部缺陷和/或表面磨损缺陷，所述局部缺陷为待修复模具3的成型面上存在破损或开裂，所述表面磨损缺陷为待修复模具3的成型面存在磨损；
步骤二、模具修复：采用所述模具等离子3D打印再制造设备，对步骤一中检测出的待修复模具3上存在的缺陷分别进行修复，过程如下：
步骤201、局部缺陷修复判断：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，判断是否需进行局部缺陷修复：当步骤一中检测出待修复模具3上存在所述局部缺陷时，需对待修复模具3进行局部缺陷修复，并进入步骤202；否则，进入步骤203；
步骤202、局部缺陷修复：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，对待修复模具3上存在的各局部缺陷分别进行修复，直至完成待修复模具3上存在的所有局部缺陷的修复过程；
所述待修复模具3上所有局部缺陷的修复方法均相同；对待修复模具3上存在的任一个所述局部缺陷进行修复时，包括以下步骤：
步骤2021、缺陷部位去除：采用所述机加工装置27对待修复模具3上当前所修复局部缺陷所处区域进行去除，获得与当前所修复局部缺陷对应的待填充区域；
步骤2022、等离子3D打印：采用所述等离子束流加工***，对步骤2021中所述待填充区域进行等离子3D打印，完成当前所修复局部缺陷的修复过程；
步骤203、表面磨损缺陷修复判断：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，判断是否需进行表面磨损缺陷修复：当步骤一中检测出待修复模具3上存在表面磨损缺陷时，需对待修复模具3进行表面磨损缺陷修复，并进入步骤204；否则，完成待修复模具3的再制造过程；
步骤204、表面磨损缺陷修复：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，采用所述等离子束流加工***，对待修复模具3的成型面上的磨损区域进行修复，完成待修复模具3的再制造过程。其中，对所述成型面上的磨损区域进行修复时，采用所述等离子束流加工***对所述成型面上的磨损区域进行等离子3D打印。
本实施例中，步骤一中进行模具缺陷检测时，采用水平打印台4上方设置的超声波检测装置28或三维激光扫描仪对待修复模具3上存在的缺陷进行检测。
并且，步骤一中进行模具缺陷检测过程中，采用超声波检测装置28对待修复模具3上存在的缺陷进行检测时，按照常规的超声波检测方法进行检测。相应地，采用所述三维激光扫描仪对待修复模具3上存在的缺陷进行检测时，按照常规的激光扫描方法进行检测。
本实施例中，步骤二中完成模具修复后，获得修复后模具；之后，采用机加工装置27对所述修复后模具进行精加工。
所述修复后模具的结构和尺寸与待修复模具3的模具成品的结构和尺寸均相同，待修复模具3的模具成品为不存在任何缺陷的模具。因而，采用机加工装置27对所述修复后模具进行精加工时，具体对所述修复后模具的尺寸进行精加工或对所述修复后模具的外表面(具体是所述成型面)进行打磨，通过对所述修复后模具的尺寸进行精加工使其尺寸能满足模具成品的尺寸要求，通过对所述修复后模具的外表面进行打磨使其表面粗糙度能满足模具成品的要求，从而使得所述修复后模具能直接应用于生产中。
本实施例中，采用机加工装置27对所述修复后模具进行精加工时，采用机加工装置27仅对所述修复后模具的外表面进行打磨，使其表面粗糙度能满足模具成品的要求。
本实施例中，步骤204中进行表面磨损缺陷修复时，过程如下：
步骤2041、三维立体模型获取及分层切片处理：采用所述数据处理设备且调用所述图像处理模块获取待修复模具3的成型面上磨损区域的三维立体模型，再调用分层切片模块对所述磨损区域的三维立体模型进行分层切片，并获得多个分层截面图像；
多个所述分层截面图像为对所述磨损区域的三维立体模型进行分层切片后获得多个分层截面的图像，多个所述分层截面由内至外均匀布设；
步骤2042、扫描路径填充：采用数据处理设备且调用所述图像处理模块，对步骤2041中多个所述分层截面图像分别进行处理，并完成多个所述分层截面的扫描路径填充过程，获得多个所述分层截面的扫描路径；
步骤2043、打印路径获取：所述数据处理设备根据步骤2042中获得的多个所述分层截面的扫描路径，获得多个所述分层截面的打印路径；每个所述分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同；
步骤2044、由下至上逐层打印：根据步骤2043中获得的多个所述分层截面的打印路径，由下至上逐层对所述磨损区域进行打印，使所述磨损区域被多个由下至上堆叠而成的成型层进行填充；所述成型层的数量与步骤一中所述分层截面的数量相同，多个所述成型层的布设位置分别与多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同，所述成型层的层厚与相邻两个所述分层截面之间的距离相同，步骤三中多个所述分层截面的打印路径分别为多个所述成型层的打印路径；对所述磨损区域进行打印时，过程如下：
步骤401、底层打印：所述水平移动控制器24根据步骤2043中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至待修复模具3上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，当前所打印成型层为多个所述成型层中位于最底部的成型层；
步骤402、上一层打印，包括以下步骤：
步骤4021、打印距离调节：将水平打印台4在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同，或者通过打印距离调节控制器10控制所述打印距离调节装置带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行一次向上移动且向上移动高度与所述成型层的层厚相同；
步骤4022、打印及同步温控：所述水平移动控制器24根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至当前已打印好的下一个所述成型层的上表面上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，所述等离子体发生器移动过程中，通过温度检测单元9对当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度进行实时检测并将所检测温度信息同步传送至打印距离调节控制器10，同时通过距离检测单元8对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行实时检测并将所检测的距离信息同步传送至打印距离调节控制器10；所述打印距离调节控制器10根据温度检测单元9所检测的温度信息且通过控制所述打印距离调节装置对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节，使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度不高于所述打印材料的材质熔点的0.6倍；
步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器移动过程中，所述送粉器2将所述打印材料连续送至所述等离子体发生器内，且在所述工作气体的作用下送入所述等离子体发生器内的打印材料被送至所述等离子体发生器内产生的等离子束内并熔化为熔融液滴，所述熔融液滴均匀分布于所述等离子束内，并形成内带熔融液滴的等离子束流；并且，所述熔融液滴在所述工作气体(等离子束内含未电离的工作气体)的作用下沿所述等离子束的中心轴线移动；所述打印材料为粉末状材料；
步骤403、多次重复步骤402，直至完成所述磨损区域所有成型层的打印过程。
实际使用过程中，步骤4021中进行打印距离调节时，通过打印距离调节控制器10控制所述打印距离调节装置带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行一次向上移动，所述等离子体发生器移动到位后，对所述等离子体发生器的高度进行记录，此时所述等离子体发生器的高度为当前所打印成型层的基础打印高度；步骤402中进行下一层打印时，待步骤4022中完成打印及同步温控后，还需通过打印距离调节控制器10控制所述打印距离调节装置，带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行上下移动，直至将所述等离子体发生器的高度调整为步骤4021中当前所打印成型层的基础打印高度。
本实施例中，步骤一中将待修复模具3放置于水平打印台4上时，还需通过所述临时固定件对待修复模具3进行临时固定。
实际加工时，所述打印材料为待修复模具3材料相同或性能相近的材料，如铝合金、铜合金、铸铁、钢、钛合金、硬质合金或增强的复合材料，所述增强的复合材料为颗粒增强或者晶须增强的铝基复合材料、铜基复合材料、铁基复合材料、钢基复合材料或钛基复合材料。
因而，所述打印材料为铝合金、铜合金、铸铁、钢、钛合金或硬质合金。并且，所述打印材料也可以为颗粒增强或晶须增强(即晶须弥散强化)的铝基复合材料、铜基复合材料、铁基复合材料、钢基复合材料或钛基复合材料。
步骤401中所述等离子束流加工***将内带熔融液流的等离子束流连续喷至待修复模具3上时，内带的熔融液流同步流至待修复模具3的外表面上。步骤4022中所述等离子束流加工***将内带熔融液流的等离子束流连续喷至当前已打印好的上一个所述成型层的外表面上时，内带的熔融液流同步流至当前已打印好的上一个所述成型层的外表面上。
本实施例中，步骤2041中获取所述磨损区域的三维立体模型时，根据待修复模具3的三维立体模型和待修复模具3的模具成品(即合格品)的三维立体模型，获取所述磨损区域的三维立体模型。
本实施例中，步骤2044中由下至上逐层打印时，过程如下：根据步骤2041中获得的多个所述分层截面的打印路径，在待修复模具3上由下至上逐层对所述磨损区域进行打印，获得由多个成型层由内至外堆叠而成的磨损区域修复结构；此处所述的成型层为所述磨损区域修复结构中的成型层，所述成型层的数量与步骤2041中所述分层截面的数量相同，多个所述成型层的布设位置分别与步骤2041中多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同，所述成型层的层厚与步骤2041中相邻两个所述分层截面之间的距离相同，步骤2043中多个所述分层截面的打印路径分别为多个所述成型层的打印路径。
本实施例中，步骤2044中由下至上逐层打印之前，步骤2041中所述数据处理设备先根据预先建立的材质熔点及打印距离数据库，并结合通过参数输入单元预先输入的所述打印材料的材质名称，对所述打印材料的基础打印距离进行确定；所述参数输入单元与所述数据处理设备相接；
所述材质熔点及打印距离数据库中存储有多种材质的材质熔点及打印距离信息，每种所述材质的材质熔点及打印距离信息均包括该种材质的名称、熔点和基础打印距离；所述基础打印距离为5mm～1000mm，且材质熔点越高，基础打印距离越近；
步骤401中进行底层打印之前，所述打印距离调节控制器10根据距离检测单元8所检测的距离信息且通过控制所述打印距离调节装置将所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离调节为所述基础打印距离；步骤401中底层打印过程中，所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离为所述基础打印距离；
步骤4021中进行打印距离调节时，将水平打印台4在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同；步骤4022中进行打印及同步温控之前，所述打印距离调节控制器10根据距离检测单元8所检测的距离信息并结合水平打印台4的向下移动次数与每次向下移动高度，且通过控制所述打印距离调节装置将所述喷头的出口与当前已打印好的下一个所述成型层的上表面之间的距离调节为所述基础打印距离；步骤4022中对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节时，所述打印距离调节控制器10根据温度检测单元9所检测的温度信息并结合距离检测单元8所检测的距离信息对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节，使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度控制在所述打印材料的材质熔点的0.1倍～0.6倍之间；并且，对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节时，调节幅度为5mm～60mm，且材质熔点越高，调节幅度越小。
本实施例中，步骤2044中由下至上逐层打印之前，步骤2041中所述数据处理设备先根据预先建立的气体及粉末流量数据库，并结合预先设定的所述成型层的层厚，对供气管5的基础气体流量和送粉管6的送粉流量进行确定；
所述气体及粉末流量数据库内存储有多种不同层厚的成型层所需的送粉流量和基础气体流量；所述基础气体流量为50ml/min～15000ml/min，且送粉管6的送粉流量越大，所述基础气体流量越大；
步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器移动过程中，所述粉末流量检测单元18对送粉管6的送粉流量进行实时检测并将所检测信息同步传送至送粉流量控制器20，所述送粉流量控制器20根据预先确定的送粉管6的送粉流量并结合粉末流量检测单元18所检测信息对驱动电机19进行控制，使送粉管6的送粉流量均与预先确定的送粉流量相同；
步骤401中进行底层打印之前，所述气体流量控制器12根据气体流量检测单元11所检测信息且通过控制流量调节阀25将供气管5的气体流量调整为所述基础气体流量；步骤401中底层打印过程中，所述供气管5的气体流量为所述基础气体流量；
步骤4022中进行打印及同步温控过程中，所述气体流量控制器12根据气体流量检测单元11所检测信息并结合距离检测单元8所检测距离信息，且通过控制流量调节阀25对供气管5的气体流量进行增减调整；并且，所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离越大，所述供气管5的气体流量越大。
本实施例中，步骤2041中所述分层切片模块为分层切片软件。所述分层切片软件为3D打印采用的常规分层切片软件，如Cura、Xbuilder、Makerbot等。
本实施例中，获取所述磨损区域的三维立体模型时，利用pro/e、UG、CATIA等三维制图软件设计出所述磨损区域的三维立体模型(即三维实体模型)，或者利用反求工程求解出所述磨损区域的三维立体模型；再通过所述分层切片模块对该三维立体模型进行分层切片，并得到各截面的轮廓数据，由轮廓数据生成填充扫描路径，相应获得所述等离子束流加工***的打印路径(即各分层截面的打印路径)。因而，步骤2041和步骤2042中所采用的方法，与常规激光选区熔化成型或电子束选区熔化成型采用的方法相同。之后，根据所获得的打印路径在水平面上进行X和Y轴方向运动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至待修复模具3上或当前已打印好的下一个所述成型层的上表面上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成一个成型层的打印过程；然后，所述三轴数控机床16在Z轴方向上下降，逐层打印，从而完成三维零件的打印过程。
由于水平打印台4为安装在打印台位置调整装置上的移动平台，因而步骤2043中所获取的每个所述分层截面的打印路径也可以均为三轴数控机床16的加工路径，此时所述等离子束流加工***在水平面上不发生移动，而是由水平打印台4在水平方面上发生移动，从而完成各成型层的打印过程。
本实施例中，步骤2022中采用所述等离子束流加工***，对步骤2021中所述待填充区域进行等离子3D打印时，过程如下：
步骤A、三维立体模型获取及分层切片处理：根据待修复模具3的模具成品的三维立体模型，采用数据处理设备且调用图像处理模块获取所述待填充区域的三维立体模型，再调用分层切片模块对所述待填充区域的三维立体模型进行分层切片，并获得多个分层截面图像；
本步骤中，多个所述分层截面图像为对所述待填充区域的三维立体模型进行分层切片后获得多个分层截面的图像，多个所述分层截面由下至上均匀布设；
步骤B、扫描路径填充：采用数据处理设备且调用所述图像处理模块，对步骤A中多个所述分层截面图像分别进行处理，并完成多个所述分层截面的扫描路径填充过程，获得多个所述分层截面的扫描路径；
步骤C、打印路径获取：所述数据处理设备根据步骤B中获得的多个所述分层截面的扫描路径，获得多个所述分层截面的打印路径；每个所述分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同；
步骤D、由下至上逐层打印：根据步骤C中获得的多个所述分层截面的打印路径，由下至上逐层对所述待填充区域进行打印，使所述待填充区域被多个由下至上堆叠而成的成型层进行填充；所述成型层的数量与步骤A中所述分层截面的数量相同，多个所述成型层的布设位置分别与多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同，所述成型层的层厚与步骤A中相邻两个所述分层截面之间的距离相同，步骤C中多个所述分层截面的打印路径分别为所述待填充区域中多个所述成型层的打印路径；所述待填充区域中多个所述成型层的打印方法均相同；对所述待填充区域进行打印时，过程如下：
步骤D1、底层打印：所述水平移动控制器24根据步骤C中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至所述待填充区域内；待所喷熔融液滴均凝固后，完成所述待填充区域内当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，当前所打印成型层为所述待填充区域内多个所述成型层中位于最底部的成型层；
步骤D2、上一层打印，包括以下步骤：
步骤D21、打印距离调节：将水平打印台4在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同，或者通过打印距离调节控制器10控制所述打印距离调节装置带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行一次向上移动且向上移动高度与所述成型层的层厚相同；
步骤D22、打印及同步温控：所述水平移动控制器24根据步骤C中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至当前已打印好的下一个所述成型层的上表面上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，所述等离子体发生器移动过程中，通过温度检测单元9对所述待填充区域内当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度进行实时检测并将所检测温度信息同步传送至打印距离调节控制器10，同时通过距离检测单元8对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行实时检测并将所检测的距离信息同步传送至打印距离调节控制器10；所述打印距离调节控制器10根据温度检测单元9所检测的温度信息且通过控制所述打印距离调节装置对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节，使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度不高于所述打印材料的材质熔点的0.6倍；
步骤D1和步骤D22中所述等离子体发生器移动过程中，所述送粉器2将所述打印材料连续送至所述等离子体发生器内，且在所述工作气体的作用下送入所述等离子体发生器内的打印材料被送至所述等离子体发生器内产生的等离子束内并熔化为熔融液滴，所述熔融液滴均匀分布于所述等离子束内，并形成内带熔融液滴的等离子束流；
步骤D3、多次重复步骤D2，直至完成所述待填充区域内所有成型层的打印过程。
本实施例中，步骤D中由下至上逐层打印之前，步骤A中所述数据处理设备先根据预先建立的材质熔点及打印距离数据库，并结合通过参数输入单元预先输入的所述打印材料的材质名称，对所述打印材料的基础打印距离进行确定；所述参数输入单元与所述数据处理设备相接；
步骤D1中进行底层打印之前，所述打印距离调节控制器10通过控制所述打印距离调节装置将所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离调节为所述基础打印距离；步骤D1中底层打印过程中，所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离为所述基础打印距离；
步骤D22中进行打印及同步温控之前，所述打印距离调节控制器10通过控制所述打印距离调节装置将所述喷头的出口与模具基体3-1中当前已打印好的下一个所述成型层的上表面之间的距离调节为所述基础打印距离；步骤D22中对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节时，还需通过温度检测装置对所述待填充区域中当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度进行实时检测，所述打印距离调节控制器10根据所述温度检测装置所检测的温度信息对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节，使待填充区域中当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度控制在所述打印材料的材质熔点的0.1倍～0.6倍之间；并且，对所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离进行调节时，调节幅度为5mm～60mm，且所述打印材料的材质熔点越高，调节幅度越小。
本实施例中，步骤D中由下至上逐层打印之前，步骤A中所述数据处理设备先根据预先建立的气体及粉末流量数据库，并结合预先设定的待填充区域中所述成型层的层厚，对供气管5的基础气体流量和送粉管6的送粉流量进行确定；
步骤D1和步骤D22中所述等离子体发生器移动过程中，所述粉末流量检测单元18对送粉管6的送粉流量进行实时检测并将所检测信息同步传送至送粉流量控制器20，所述送粉流量控制器20根据预先确定的送粉管6的送粉流量并结合粉末流量检测单元18所检测信息对驱动电机19进行控制，使送粉管6的送粉流量均与预先确定的送粉流量相同；
步骤D1中进行底层打印之前，所述气体流量控制器12根据气体流量检测单元11所检测信息且通过控制流量调节阀25将供气管5的气体流量调整为所述基础气体流量；步骤D1中底层打印过程中，所述供气管5的气体流量为所述基础气体流量；
步骤D22中进行打印及同步温控过程中，所述气体流量控制器12根据气体流量检测单元11所检测信息并结合距离检测单元8所检测距离信息，且通过控制流量调节阀25对供气管5的气体流量进行增减调整；并且，所述喷头的出口与水平打印台4之间的距离越大，所述供气管5的气体流量越大。
实施例2
本实施例中，如图7所示，所采用的模具等离子3D打印再制造设备与实施例1不同的是：所述喷口13-5与粉末流通通道14呈同轴布设。
这样，通过喷口13-5对所述等离子束的方向进行改变后，能有效减少等离子射流对阳极喷嘴13-2产生的热负荷冲击，改善了阳极烧蚀状况。同时，由于喷口13-5与粉末流通通道14呈同轴布设，因而不会影响粉末的加速、加热与熔化过程，使用效果非常好。
本实施例中，所采用模具等离子3D打印再制造设备的其余部分结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
本实施例中，所采用的模具等离子3D打印再制造方法与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征在于：由监控***、等离子束流加工***、对待修复模具(3)进行机加工的机加工装置(27)、供待修复模具(3)放置的水平打印台(4)和对待修复模具(3)进行临时固定的临时固定件组成；所述机加工装置(27)位于水平打印台(4)上方；所述临时固定件布设在水平打印台(4)上；
所述等离子束流加工***由安装有喷头且用于产生等离子束的等离子体发生器、对所述等离子体发生器的位置进行调整的打印位置调整装置、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置(1)和用于连续向所述等离子体发生器内送入打印材料的送粉器(2)组成，所述等离子体发生器位于水平打印台(4)上方；所述供气装置(1)通过供气管(5)与所述等离子体发生器上所开的进气口连接；所述等离子体发生器内设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)与所述等离子体发生器内的放电室(13-4)内部相通且其与所述进气口连通，所述粉末流通通道的外端口为进粉口(22)，所述送粉器(2)的送粉口通过送粉管(6)与进粉口(22)连接；所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动的水平移动装置和带动所述等离子体发生器与所述水平移动装置同步移动并相应对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节的打印距离调节装置，所述等离子体发生器安装在所述水平移动装置上，且所述水平移动装置安装在所述打印距离调节装置上；
所述监控***包括对所述水平移动装置进行控制的水平移动控制器(24)、对所述等离子束流加工***在待修复模具(3)上的加工位置处温度进行实时检测的温度检测单元(9)、对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行实时检测的距离检测单元(8)和对所述打印距离调节装置进行控制的打印距离调节控制器(10)，所述水平移动控制器(24)与所述水平移动装置连接，所述打印距离调节控制器(10)与所述打印距离调节装置连接，所述温度检测单元(9)和距离检测单元(8)均与打印距离调节控制器(10)连接；所述温度检测单元(9)与打印距离调节控制器(10)组成温度调控装置。
2.按照权利要求1所述的一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征在于：所述待修复模具(3)为存在局部缺陷和/或表面磨损缺陷的模具，所述局部缺陷为待修复模具(3)的成型面上存在破损或开裂，所述表面磨损缺陷为待修复模具(3)的成型面存在磨损；所述水平打印台(4)的上方设置有对待修复模具(3)上存在的缺陷进行检测的超声波检测装置(28)或三维激光扫描仪。
3.按照权利要求1或2所述的一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征在于：所述送粉器(2)包括上部开有进料口的外壳和安装在所述外壳内的送粉轮，所述送粉轮由驱动电机(19)进行驱动；所述送粉口位于所述外壳下部；
所述监控***还包括对所述等离子体发生器进行控制的等离子发生控制器(7)、对供气管(5)的气体流量进行实时检测的气体流量检测单元(11)和对供气管(5)上安装的流量调节阀(25)进行控制的气体流量控制器(12)，所述等离子发生控制器(7)与所述等离子体发生器连接，所述气体流量检测单元(11)与气体流量控制器(12)连接。
4.按照权利要求1或2所述的一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征在于：所述等离子体发生器包括等离子枪(13)，所述喷头为等离子枪(13)前端的阳极喷嘴(13-2)；所述等离子枪(13)包括开有所述进气口的枪体(13-1)、位于枪体(13-1)正前方的阳极喷嘴(13-2)和插装于枪体(13-1)内的阴极(13-3)，所述阳极喷嘴(13-2)位于阴极(13-3)前侧，所述放电室(13-4)位于阴极(13-3)前侧且其位于阳极喷嘴(13-2)的后部内侧，所述阳极喷嘴(13-2)的前部内侧为喷口(13-5)。
5.按照权利要求4所述的一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征在于：所述阳极喷嘴(13-2)、阴极(13-3)和放电室(13-4)均与枪体(13-1)呈同轴布设；所述粉末流通通道(14)与枪体(13-1)呈倾斜布设且其前端伸入至喷口(13-5)内，所述粉末流通通道(14)为直线式通道且其包括布设在枪体(13-1)内的后侧通道和布设在阳极喷嘴(13-2)内的前侧通道。
6.按照权利要求1或2所述的一种模具等离子3D打印再制造设备，其特征在于：所述等离子体发生器产生的等离子束的中心轴线与竖直面之间的夹角不大于45°；所述打印距离调节装置为沿所述等离子束的中心轴线对所述喷头进行上下调整的上下调整装置(17)，所述距离检测单元(8)为对沿所述等离子束的中心轴线从所述喷头的出口到水平打印台(4)之间的距离进行实时检测的距离检测装置；
所述水平打印台(4)为安装在打印台位置调整装置上且能上下移动的移动平台；
所述监控***还包括对所述打印台位置调整装置进行控制的位置调整控制器(15)，所述位置调整控制器(15)与所述打印台位置调整装置连接。
7.一种利用如权利要求1所述再制造设备对模具进行等离子3D打印再制造的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、模具缺陷检测：先将待修复模具(3)放置于水平打印台(4)上，并使待修复模具(3)的成型面朝上；再对待修复模具(3)上存在的缺陷进行检测，并对检测出各缺陷的位置分别进行记录；
所述待修复模具(3)上存在的缺陷为局部缺陷和/或表面磨损缺陷，所述局部缺陷为待修复模具(3)的成型面上存在破损或开裂，所述表面磨损缺陷为待修复模具(3)的成型面存在磨损；
步骤二、模具修复：采用所述模具等离子3D打印再制造设备，对步骤一中检测出的待修复模具(3)上存在的缺陷分别进行修复，过程如下：
步骤201、局部缺陷修复判断：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，判断是否需进行局部缺陷修复：当步骤一中检测出待修复模具(3)上存在所述局部缺陷时，需对待修复模具(3)进行局部缺陷修复，并进入步骤202；否则，进入步骤203；
步骤202、局部缺陷修复：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，对待修复模具(3)上存在的各局部缺陷分别进行修复，直至完成待修复模具(3)上存在的所有局部缺陷的修复过程；
所述待修复模具(3)上所有局部缺陷的修复方法均相同；对待修复模具(3)上存在的任一个所述局部缺陷进行修复时，包括以下步骤：
步骤2021、缺陷部位去除：采用所述机加工装置(27)对待修复模具(3)上当前所修复局部缺陷所处区域进行去除，获得与当前所修复局部缺陷对应的待填充区域；
步骤2022、等离子3D打印：采用所述等离子束流加工***，对步骤2021中所述待填充区域进行等离子3D打印，完成当前所修复局部缺陷的修复过程；
步骤203、表面磨损缺陷修复判断：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，判断是否需进行表面磨损缺陷修复：当步骤一中检测出待修复模具(3)上存在表面磨损缺陷时，需对待修复模具(3)进行表面磨损缺陷修复，并进入步骤204；否则，完成待修复模具(3)的再制造过程；
步骤204、表面磨损缺陷修复：根据步骤一中的模具缺陷检测结果，采用所述等离子束流加工***，对待修复模具(3)的成型面上的磨损区域进行修复，完成待修复模具(3)的再制造过程。
8.按照权利要求7所述的对模具进行等离子3D打印再制造的方法，其特征在于：步骤一中进行模具缺陷检测时，采用水平打印台(4)上方设置的超声波检测装置(28)或三维激光扫描仪对待修复模具(3)上存在的缺陷进行检测；
步骤二中完成模具修复后，获得修复后模具；之后，采用机加工装置(27)对所述修复后模具进行精加工。
9.按照权利要求7或8所述的对模具进行等离子3D打印再制造的方法，其特征在于：步骤204中进行表面磨损缺陷修复时，过程如下：
步骤2041、三维立体模型获取及分层切片处理：采用所述数据处理设备且调用所述图像处理模块获取待修复模具(3)的成型面上磨损区域的三维立体模型，再调用分层切片模块对所述磨损区域的三维立体模型进行分层切片，并获得多个分层截面图像；
多个所述分层截面图像为对所述磨损区域的三维立体模型进行分层切片后获得多个分层截面的图像，多个所述分层截面由内至外均匀布设；
步骤2042、扫描路径填充：采用数据处理设备且调用所述图像处理模块，对步骤2041中多个所述分层截面图像分别进行处理，并完成多个所述分层截面的扫描路径填充过程，获得多个所述分层截面的扫描路径；
步骤2043、打印路径获取：所述数据处理设备根据步骤2042中获得的多个所述分层截面的扫描路径，获得多个所述分层截面的打印路径；每个所述分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同；
步骤2044、由下至上逐层打印：根据步骤2043中获得的多个所述分层截面的打印路径，由下至上逐层对所述磨损区域进行打印，使所述磨损区域被多个由下至上堆叠而成的成型层进行填充；所述成型层的数量与步骤一中所述分层截面的数量相同，多个所述成型层的布设位置分别与多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同，所述成型层的层厚与相邻两个所述分层截面之间的距离相同，步骤三中多个所述分层截面的打印路径分别为多个所述成型层的打印路径；对所述磨损区域进行打印时，过程如下：
步骤401、底层打印：所述水平移动控制器(24)根据步骤2043中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至待修复模具(3)上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，当前所打印成型层为多个所述成型层中位于最底部的成型层；
步骤402、上一层打印，包括以下步骤：
步骤4021、打印距离调节：将水平打印台(4)在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同，或者通过打印距离调节控制器(10)控制所述打印距离调节装置带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行一次向上移动且向上移动高度与所述成型层的层厚相同；
步骤4022、打印及同步温控：所述水平移动控制器(24)根据步骤三中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至当前已打印好的下一个所述成型层的上表面上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，所述等离子体发生器移动过程中，通过温度检测单元(9)对当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度进行实时检测并将所检测温度信息同步传送至打印距离调节控制器(10)，同时通过距离检测单元(8)对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行实时检测并将所检测的距离信息同步传送至打印距离调节控制器(10)；所述打印距离调节控制器(10)根据温度检测单元(9)所检测的温度信息且通过控制所述打印距离调节装置对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节，使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度不高于所述打印材料的材质熔点的0.6倍；
步骤401和步骤4022中所述等离子体发生器移动过程中，所述送粉器(2)将所述打印材料连续送至所述等离子体发生器内，且在所述工作气体的作用下送入所述等离子体发生器内的打印材料被送至所述等离子体发生器内产生的等离子束内并熔化为熔融液滴，所述熔融液滴均匀分布于所述等离子束内，并形成内带熔融液滴的等离子束流；所述打印材料为粉末状材料；
步骤403、多次重复步骤402，直至完成所述磨损区域所有成型层的打印过程。
10.按照权利要求7或8所述的对模具进行等离子3D打印再制造的方法，其特征在于：步骤2022中采用所述等离子束流加工***，对步骤2021中所述待填充区域进行等离子3D打印时，过程如下：
步骤A、三维立体模型获取及分层切片处理：根据待修复模具(3)的模具成品的三维立体模型，采用数据处理设备且调用图像处理模块获取所述待填充区域的三维立体模型，再调用分层切片模块对所述待填充区域的三维立体模型进行分层切片，并获得多个分层截面图像；
本步骤中，多个所述分层截面图像为对所述待填充区域的三维立体模型进行分层切片后获得多个分层截面的图像，多个所述分层截面由下至上均匀布设；
步骤B、扫描路径填充：采用数据处理设备且调用所述图像处理模块，对步骤A中多个所述分层截面图像分别进行处理，并完成多个所述分层截面的扫描路径填充过程，获得多个所述分层截面的扫描路径；
步骤C、打印路径获取：所述数据处理设备根据步骤B中获得的多个所述分层截面的扫描路径，获得多个所述分层截面的打印路径；每个所述分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同；
步骤D、由下至上逐层打印：根据步骤C中获得的多个所述分层截面的打印路径，由下至上逐层对所述待填充区域进行打印，使所述待填充区域被多个由下至上堆叠而成的成型层进行填充；所述成型层的数量与步骤A中所述分层截面的数量相同，多个所述成型层的布设位置分别与多个所述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同，所述成型层的层厚与步骤A中相邻两个所述分层截面之间的距离相同，步骤C中多个所述分层截面的打印路径分别为所述待填充区域中多个所述成型层的打印路径；所述待填充区域中多个所述成型层的打印方法均相同；对所述待填充区域进行打印时，过程如下：
步骤D1、底层打印：所述水平移动控制器(24)根据步骤C中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至所述待填充区域内；待所喷熔融液滴均凝固后，完成所述待填充区域内当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，当前所打印成型层为所述待填充区域内多个所述成型层中位于最底部的成型层；
步骤D2、上一层打印，包括以下步骤：
步骤D21、打印距离调节：将水平打印台(4)在竖直方向上进行一次向下移动且向下移动高度与所述成型层的层厚相同，或者通过打印距离调节控制器(10)控制所述打印距离调节装置带动所述等离子体发生器在竖直方向上进行一次向上移动且向上移动高度与所述成型层的层厚相同；
步骤D22、打印及同步温控：所述水平移动控制器(24)根据步骤C中所获取的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所述等离子体发生器在水平面上进行移动；所述等离子体发生器移动过程中，所述等离子束流加工***将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至当前已打印好的下一个所述成型层的上表面上；待所喷熔融液滴均凝固后，完成当前所打印成型层的打印过程；
本步骤中，所述等离子体发生器移动过程中，通过温度检测单元(9)对所述待填充区域内当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度进行实时检测并将所检测温度信息同步传送至打印距离调节控制器(10)，同时通过距离检测单元(8)对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行实时检测并将所检测的距离信息同步传送至打印距离调节控制器(10)；所述打印距离调节控制器(10)根据温度检测单元(9)所检测的温度信息且通过控制所述打印距离调节装置对所述喷头的出口与水平打印台(4)之间的距离进行调节，使当前已打印好的下一个所述成型层的上表面温度不高于所述打印材料的材质熔点的0.6倍；
步骤D1和步骤D22中所述等离子体发生器移动过程中，所述送粉器(2)将所述打印材料连续送至所述等离子体发生器内，且在所述工作气体的作用下送入所述等离子体发生器内的打印材料被送至所述等离子体发生器内产生的等离子束内并熔化为熔融液滴，所述熔融液滴均匀分布于所述等离子束内，并形成内带熔融液滴的等离子束流；
步骤D3、多次重复步骤D2，直至完成所述待填充区域内所有成型层的打印过程。
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