CN105128344A - 大型3d打印与五轴联动一体机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型3D打印与五轴联动一体机，包括工作台（1）和设置于工作台上的3D打印龙门架（2）、五轴加工龙门架（3），还包括数控系统（11）；所述3D打印龙门架（2）和五轴加工龙门架（3）分别延x轴导轨（4-1、4-2）水平移动，3D打印龙门架（2）和五轴加工龙门架（3）上分别设置有y轴方向移动组件（5-1、5-2），y轴方向移动组件（5-1、5-2）上分别设置有z轴升降机构（6-1、6-2）；所述z轴升降机构（6-1）上连接有3D打印挤出头（7），z轴升降机构（6-2）上连接有五轴加工头（8）。本发明在模具制造方面性能尤为突出，3D打印加工精度高，缩短了加工周期；采用数控CNC轴联动加工模具表面，使模具达到高标准的曲面，精度和复杂的造型。

Description

大型3D打印与五轴联动一体机

技术领域

本发明涉及一种大型3D打印与五轴联动一体机，适用于3D打印与数控加工树脂、型砂、油泥、碳纤维、铝蜂窝、铝型材、石蜡、玻璃钢等各类材料，应用领域包括建筑、航空、轻轨、动车、汽车、船舶、游艇、家具等。

背景技术

3D打印是一种新兴的快速成型技术，能通过打印设备将特殊打印材料按照设计的3D模型逐层打印增加材料来制造三维产品，因此也被称作增材制造。3D打印技术综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，在生产上具有结构易优化、制作效率和精密程度高、节约材料和节省能源等优势。

GRC（纤维增强混凝土）板具有外形复杂多变、造型各异的特点，其制造是在模具面上喷射GRC浆料固化而成。模具的制作是GRC板制备过程的关键环节，传统GRC模具是利用木板、石膏、水泥、硅胶等材料拼接制作而成，工序繁长，对模具工人的要求很高，费时费工。3D打印技术的兴起给了GRC模具制作另一个好的选择，利用3D打印自动化、效率高、节约材料和人工等优势，将价廉、可循环利用的材料一步打印成GRC所需的模具，进而制作GRC板，可以极大节约模具制作过程的材料和能源、缩短制作工期、提高制作效率，并极大提高GRC行业的自动化生产水平。但在实际应用中，由于GRC建筑模具尺寸较大，造型复杂，完全采用3D打印，存在模具加工精度不够，打印时间太长的问题。中国专利CN201520192813.5、CN201520105488.4中都分别提出一种3D打印与数控一体机，打印挤出头与数控加工头在同一龙门架上的，应用在大型建筑模具加工上，同步性差、加工精确度低、加工周期长。

发明内容

本发明针对上述不足之处提供一种大型3D打印与五轴联动一体机，通过双工位龙门架设计，在打印大体积的建筑构件模具的同时，加装精细切削加工模块，实现3D打印与数控加工一体成型。

大型3D打印与五轴联动一体机，通过以下技术方案实现：

所述大型3D打印与五轴联动一体机，包括工作台和设置于工作台上的3D打印龙门架、五轴加工龙门架；所述3D打印龙门架和五轴加工龙门架分别延x轴导轨水平移动，3D打印龙门架和五轴加工龙门架上分别设置有y轴方向移动组件，y轴方向移动组件上分别设置有z轴升降机构，z轴升降机构配置有自动抱闸系统，在突然掉电的情况下，能锁住z坐标运动；所述3D打印龙门架和五轴加工龙门架处的z轴升降机构上分别连接有3D打印挤出头和五轴加工头；所述五轴加工头配置有两个数控连续回转轴A轴、C轴，可实现任意空间方向的五轴加工。

所述大型3D打印与五轴联动一体机配置有数控系统，可控制x轴、y轴及z轴的运动；可控制3D打印挤出头中打印材料的挤出，实现模具的打印；可对3D打印挤出头和五轴加工头的运转进行选择性控制或同步控制。

所述大型3D打印与五轴联动一体机设备配置有市售粉碎装置，进行模具材料回收再利用。

所述大型3D打印与五轴联动一体机的工作原理如下：生产时，首先根据模具的3D模型，由计算机生成3D打印和数控加工路线指令，并将生成的指令代码导入至数控系统；通过3D打印挤出头将模型材料熔容后挤出，打印出模具雏形；同步通过五轴加工头对模具进行数控加工，形成可回收使用的模具；在模具上通过喷涂预埋生产工艺进行产品生产；脱模后将模具材料粉碎后再利用。

本发明的有益效果为：

1、通过双工位龙门架设计，在打印大体积的建筑构件模具的同时，加装精细切削加工模块，实现3D打印与数控加工一体成型。

2、模具材料运用可回收材料替代原有不可回收材料，进行循环打印作业，节约资源。

3、数控系统根据3D路径代码加工GRC模具，采用数控CNC轴联动加工模具表面，大幅度减少3D打印加工精度要求和缩短加工周期，使模具达到高标准的曲面，精度和复杂的造型，比数控加工减材作业，余量少，效率提高10倍以上。

附图说明

图1是本发明大型3D打印与五轴联动一体机的结构示意图；

图2是五轴加工龙门架上y轴方向移动组件的局部示意图；

图3是3D打印龙门架上3D打印挤出头的局部示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

图中：1-工作台，2-3D打印龙门架，3-五轴加工龙门架，4-1和4-2-X轴导轨，5-1和5-2-y轴方向移动组件，6-1和6-2-z轴升降机构，7-3D打印挤出头，8-五轴加工头，9-数控连续回转轴A轴，10-数控连续回转轴C轴，11-数控系统。

如图1所示，大型3D打印与五轴联动一体机大型包括：工作台1和设置于工作台上的3D打印龙门架2、五轴加工龙门架3；3D打印龙门架2和五轴加工龙门架3分别延x轴导轨4-1、4-2水平移动，3D打印龙门架2和五轴加工龙门架3上分别设置有y轴方向移动组件5-1、5-2，y轴方向移动组件5-1、5-2上分别设置有Z轴升降机构6-1、6-2，z轴升降机构配置有自动抱闸系统，在突然掉电的情况下，能锁住z坐标运动；z轴升降机构6-1上连接有3D打印挤出头7，z轴升降机构6-2上连接有五轴加工头8；五轴加工头8配置有两个数控连续回转轴A轴9、C轴10，可实现任意空间方向的五轴加工。

上述大型3D打印与五轴联动一体机还配置有数控系统11，用于控制x轴、y轴及z轴的运动；控制3D打印挤出头7中打印材料的挤出，实现模具的打印；对3D打印挤出头7和五轴加工头8的运转进行选择性控制或同步控制。

上述大型3D打印与五轴联动一体机设备还配置有市售粉碎装置，进行模具材料回收再利用。

上述大型3D打印与五轴联动一体机在进行生产时，首先根据模具的3D模型，由计算机生成3D打印和数控加工路线指令，并将生成的指令代码导入至数控系统11；通过3D挤出头7将模型材料熔容后挤出，打印出模具雏形；同步通过五轴加工头8对模具进行数控加工，形成可回收使用的模具；在模具上通过喷涂预埋生产工艺进行产品生产；脱模后将模具材料粉碎后再利用。

Claims (5)

1.一种大型3D打印和五轴联动一体机，其特征在于，包括工作台（1）和设置于工作台上的3D打印龙门架（2）、五轴加工龙门架（3），还包括数控系统（11）；所述3D打印龙门架（2）和五轴加工龙门架（3）分别延x轴导轨（4-1、4-2）水平移动，3D打印龙门架（2）和五轴加工龙门架（3）上分别设置有y轴方向移动组件（5-1、5-2），y轴方向移动组件（5-1、5-2）上分别设置有z轴升降机构（6-1、6-2）；所述z轴升降机构（6-1）上连接有3D打印挤出头（7），z轴升降机构（6-2）上连接有五轴加工头（8）。

2.根据权利要求1所述一种大型3D打印和五轴联动一体机，其特征在于，所述五轴加工头（8）配置有两个数控连续回转轴A轴（9）、C轴（10），可实现任意空间方向的五轴加工。

3.根据权利要求1所述一种大型3D打印和五轴联动一体机，其特征在于，所述z轴升降机构配置有自动抱闸系统，在突然掉电的情况下，能锁住z坐标运动。

4.根据权利要求1所述一种大型3D打印和五轴联动一体机，其特征在于，所述大型3D打印和五轴联动一体机配有市售粉碎装置。

5.一种权利要求1-4任一项所述的大型3D打印和五轴联动一体机的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先根据模具的3D模型，由计算机生成3D打印和数控加工路线指令，并将生成的指令代码导入至数控系统；

通过3D打印挤出头将模型材料熔容后挤出，打印出模具雏形；同步通过五轴加工头对模具进行数控加工，形成可回收使用的模具；

在模具上通过喷涂预埋生产工艺进行产品生产；脱模后将模具材料粉碎后再利用。