CN106217835B - 一种多点卷曲快速成型装置及应用该装置成型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多点卷曲快速成型装置及应用该装置成型的方法。本发明的装置包括：送料夹持机构、导向机构、进给机构、热弯机构、挤压机构和挤压成形夹持机构。本发明利用数控系统对矫形器加工曲面参数转化为挤压角度及热弯变形量，以实现不同弯曲曲率的板材成形，利用夹持机构将矫形器板材夹紧在导向机构上，与进给机构配合进料，待板材至热弯机构加工区域，采用红外加热仪将板材沿宽度方向加热软化，弯曲压辊和弯曲挡板配合按照数控指令偏转相应的角度，以实现板材的弯曲，随着进给的进行及弯曲角度的变化，实现不同弯曲曲率的板材曲面，最终获得符合要求的脊柱侧弯矫形器。本发明具有快速成型，节省材料降低成本，提高制作质量等优点。

Description

一种多点卷曲快速成型装置及应用该装置成型的方法

技术领域

本发明涉及曲面板成型领域，尤其涉及一种多点卷曲快速成型装置及应用该装置成型PE薄壁曲面板的方法，应用于脊柱侧弯矫形器。

背景技术

脊柱侧弯矫形器是康复医学中非常重要的内容之一，且患有脊柱侧弯的青少年数量逐年增加，以2013年全国人口普查结果为例，0-15岁的亲少年占总人口的16.46％，达2.2288亿，按照4％的发病率，共有891.52万患者，平均下来每年有近59.43万人新增患者，若有20％的新增患者进行矫形器治疗，且每个病人至少需要3个矫形器用于治疗，每年全国的市场需求应在35.658万个矫形器。则全国至少需要配置66台矫形器的快速制造系统才能满足需求。若按照每件矫形器500块钱的价格，年产值也可达1.78亿元。因而该研究成果具有良好的市场和经济效益。

在矫形器的成形工艺上，传统的成形方法为：将低温热塑板在肢体或人体石膏模型上成型。该过程一般经过制造人体阴型石膏模型并在该模型上进行修形，对裁剪的板材进行加热在人体模型上进行塑形，待矫形器基本成形时进行冷却成形。待患者试穿过矫形器检验矫形效果，若不符合矫形要求则需要再次修形并进行打孔、抛光等处理。传统制造方法加工工序繁杂，修整次数多，且成型较困难，影响矫形器的穿戴效果同时造成材料的浪费。

发明内容

根据上述提出的矫形器制造过程中存在的加工工序复杂、成型困难，矫形器质量差等技术问题，而提供一种多点卷曲快速成型装置及应用该装置成型的方法。本发明主要采用塑料薄板多点渐进卷曲成形的成型技术来实现脊柱侧弯矫形器的快速成型，从而克服了以往加工方法中对矫形器加工困难的缺陷，达到节省材料降低成本，缩短其制造周期，提高制作质量，提高矫形器表面精度的效果。

本发明采用的技术手段如下：

一种多点卷曲快速成型装置，其特征在于，包括：

送料夹持机构，用于与导向机构配合将矫形器板材夹持限位，通过导向机构与进给机构对所夹持的矫形器板材进行驱动，进行间歇式进给；送料夹持机构的目的是保证矫形器板材与进给机构有效贴合，实现精确的进给。

热弯机构，设置在热恒温区内，包括对矫形器板材加热的红外加热仪、弯曲压辊、与所述弯曲压辊配合的将所述矫形器板材压住的弯曲挡板以及按照数控程序实时调整角度的弯曲角度调节机构；两弯曲挡板按照数控程序实时调整相应的角度，实现不同曲率曲面的热弯加工。所述热恒温区为密闭环境，始终保持热弯机构的加工区域和挤压机构的成形区域的温度，使材料始终处于软化的临界状态。

挤压机构，设置在所述热弯机构后用于对已加热弯曲的矫形器板材挤压成形；矫形器板材的弯曲及挤压角度的变化均由CNC数控系统进行控制。

挤压成形夹持机构，包括热态夹持部和冷态夹持部，所述热态夹持部设置在所述热弯机构前端将所述矫形器板材推进到所述热弯机构的加工区域，所述冷态夹持部设置在所述挤压机构后，对挤压成形的矫形器板材夹持进行硬化处理。冷态夹持部可支撑挤压成形后的矫形器板材并抵抗一定的挤压力。

进一步地，所述挤压机构是一系列协同运动的挤压辊轮，可沿曲面法线方向作直线运动，通过在曲面法线方向位移的不同实现复杂曲面的挤压成形。

进一步地，所述热态夹持部设置在所述热弯机构前端的两侧与所述矫形器板材宽度一致。热态夹持部作用在挤压成形加工区域矫形器板材的宽度方向的两侧，以抵御挤压压头对矫形器板材的挤压力，在此部分的矫形器板材由于加热处于软化状态。

本发明还公开了一种应用上述的多点卷曲快速成型装置的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、利用CNC系统将矫形器设计曲面参数转化为材料的局部热弯角度与挤压变形量；

S2、将矫形器板材利用送料夹持机构进行夹持，导向机构及进给机构对所夹持的矫形器板材进行驱动，实进行间歇式进给；

S3、矫形器板材通过挤压成形夹持机构的热态夹持部夹持进入热弯机构，热弯机构在热恒温区对矫形器板材加热软化后进行弯曲，将矫形器板材弯曲成适宜穿戴的曲面形状；

S4、挤压机构根据步骤S1设定的参数对已加热弯曲的矫形器板材挤压成形；所述挤压机构是一系列协同运动的挤压辊轮，挤压辊轮通过检测装置自动判断曲面弯曲角度，并调整挤压辊轮挤压面方向，使其始终与曲面法线方向垂直，挤压辊轮在数控系统的控制下按照曲面参数作纵向及垂向进给，最终实现复杂曲面的挤压成形。

S5、挤压成形夹持机构冷热态夹持部对挤压成形的矫形器板材夹持进行硬化处理，最终获得矫形器。硬化处理后还可对矫形器板材进行抛光打磨，直至达到技术要求。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

本发明公开了一种对薄壁板材多点卷曲快速成型的装置及其快速成型的方法，可实现矫形器板材(即薄壁曲面板)的快速成型，并且不易受设备操作者、板材薄厚程度等的限制。主要利用多点渐进卷曲成形的成形技术来实现脊柱侧弯矫形器板材的快速成型，克服了以往加工方法中对薄壁曲面板加工困难的缺陷；针对薄壁曲面板弯曲精度要求高的特定，提出采用CNC数控系统将薄壁曲面板设计曲面参数化转为材料的热弯角度及挤压变形量，既节省了材料也保证了薄壁曲面板的表面精度。本发明的制造方法可达到15-20分钟一套，为青少年脊柱侧弯的矫正节省了宝贵的时间。

基于上述理由本发明可在脊柱侧弯矫形器的制造领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明矫形器板材的加工示意图。

图中：1、送料夹持机构；2、矫形器板材；3、红外加热仪；4、弯曲压辊；5、挤压机构；6、热恒温区；7、弯曲挡板；8、导向机构；9、冷态夹持部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种多点卷曲快速成型装置，送料夹持机构1与导向机构8配合将矫形器板材2夹持限位，通过导向机构8与进给机构对所夹持的矫形器板材2进行驱动，进行间歇式进给；

热弯机构，设置在热恒温区6内，包括对矫形器板材2加热的红外加热仪3、弯曲压辊4、与所述弯曲压辊4配合的将所述矫形器板材2压住的弯曲挡板7以及按照数控程序实时调整角度的弯曲角度调节机构；

挤压机构5，设置在所述热弯机构后，是一系列协同运动的挤压辊轮，挤压辊轮通过检测装置自动判断曲面弯曲角度，并调整挤压辊轮挤压面方向，使其始终与曲面法线方向垂直，挤压辊轮在数控系统的控制下按照曲面参数作纵向及垂向进给，最终实现复杂曲面的挤压成形。

挤压成形夹持机构，包括热态夹持部和冷态夹持部9，所述热态夹持部设置在所述热弯机构前端将所述矫形器板材2推进到所述热弯机构的加工区域，在所述热弯机构前端的两侧与所述矫形器板材2宽度一致。所述冷态夹持部9设置在所述挤压机构5后，对挤压成形的矫形器板材2夹持进行硬化处理。

一种应用上述多点卷曲快速成型装置的成型方法，包括如下步骤：

S1、利用CNC系统将矫形器设计曲面参数转化为材料的局部热弯角度与挤压变形量；

S2、将矫形器板材2利用送料夹持机构1进行夹持，导向机构8及进给机构对所夹持的矫形器板材2进行驱动，实进行间歇式进给；送料夹持机构1的目的是保证矫形器板材与进给机构有效贴合，实现精确的进给。

S3、矫形器板材2通过挤压成形夹持机构的热态夹持部夹持进入热弯机构，热态夹持部作用在挤压成形加工区域矫形器板材的宽度方向的两侧，以抵御挤压压头对矫形器板材的挤压力，通过红外加热仪3的加热在此部分的矫形器板材由于加热处于软化状态，热弯机构在热恒温区6开始工作，在数控系统的控制下，两弯曲挡板7按照数控程序实时调整相应的角度，与所述弯曲压辊4配合以一定的压力f作用在所述矫形器板材2上进行弯曲，随着进给的进行及弯曲角度的变化，可以实现不同弯曲曲率的板材曲面；

S4、挤压机构5根据步骤S1设定的参数对已加热弯曲的矫形器板材2挤压成形，所述挤压机构5是一系列协同运动的挤压辊轮，挤压辊轮通过检测装置自动判断曲面弯曲角度，并调整挤压辊轮挤压面方向，使其始终与曲面法线方向垂直，挤压辊轮在数控系统的控制下按照曲面参数作纵向及垂向进给，最终实现复杂曲面的挤压成形。

所述热恒温区6为密闭环境，始终保持热弯机构的加工区域和挤压机构5的成形区域的温度，使材料始终处于软化的临界状态。

S5、挤压成形夹持机构冷热态夹持部9对挤压成形的矫形器板材夹持进行硬化处理，硬化处理后还可对矫形器板材2进行抛光打磨，直至达到技术要求，最终获得矫形器。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种多点卷曲快速成型装置，其特征在于，包括：

送料夹持机构，用于与导向机构配合将矫形器板材夹持限位，通过导向机构与进给机构对所夹持的矫形器板材进行驱动，并进行间歇式进给；

热弯机构，设置在热恒温区内，包括对矫形器板材加热的红外加热仪、弯曲压辊、与所述弯曲压辊配合的将所述矫形器板材压住的弯曲挡板以及按照数控程序实时调整角度的弯曲角度调节机构；

挤压机构，设置在所述热弯机构后用于对已加热弯曲的矫形器板材挤压成形；

挤压成形夹持机构，包括热态夹持部和冷态夹持部，所述热态夹持部设置在所述热弯机构前端将所述矫形器板材推进到所述热弯机构的加工区域，所述冷态夹持部设置在所述挤压机构后，对挤压成形的矫形器板材夹持进行硬化处理。

2.根据权利要求1所述的多点卷曲快速成型装置，其特征在于，所述挤压机构可沿曲面法线方向作直线运动，通过在曲面法线方向位移的不同实现复杂曲面的挤压成形。

3.根据权利要求1所述的多点卷曲快速成型装置，其特征在于，所述热态夹持部设置在所述热弯机构前端的两侧，与所述矫形器板材宽度一致。

4.一种应用如权利要求1-3任意一项权利要求所述的多点卷曲快速成型装置的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、利用CNC系统将矫形器设计曲面参数转化为材料的局部热弯角度与挤压变形量；

S2、将矫形器板材利用送料夹持机构进行夹持，导向机构及进给机构对所夹持的矫形器板材进行驱动，并进行间歇式进给；

S3、矫形器板材通过挤压成形夹持机构的热态夹持部夹持进入热弯机构，热弯机构在热恒温区对矫形器板材加热软化后进行弯曲，将矫形器板材弯曲成适宜穿戴的曲面形状；

S4、挤压机构根据步骤S1设定的参数对已加热弯曲的矫形器板材挤压成形；

S5、挤压成形夹持机构冷态夹持部对挤压成形的矫形器板材夹持进行硬化处理，最终获得矫形器。