CN107283831A - 大型钢桁架智能增材制造装置及方法 - Google Patents

大型钢桁架智能增材制造装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大型钢桁架智能增材制造装置及方法，制造装置包括机构部分和主体部分，机构部分包括机器人悬臂、机器人激光喷头、机器人转体部分、机器人移动肢体和机器人触手，转体部分受主体部分控制，可将悬臂灵活进行转动，进而调整激光喷头的角度和高度，移动肢体连接主体部分和触手，移动肢体受主体部分控制，带动触手移动，进而调整机器人位置。本发明提供的大型钢桁架智能增材制造方法是利用已打印完成的物件，并不受有无支撑物的局限，可以实现空间任意范围内立体打印。此外，该智能激光光源系统定位精准，具有更强的灵活性，成型效率高，降低了大型物件的成型难度。

Description

大型钢桁架智能增材制造装置及方法
技术领域
本发明涉及大型钢桁架制造技术，尤其涉及一种大型钢桁架智能增材制造装置及方法。
背景技术
传统的大型钢桁架制作方法存在很多问题，例如采用人工放样无法得到真实的尺寸，不能有效控制空间节点的各角度和尺寸；实际拼接时钢桁架空间存储难以测量和控制；焊接方法落后，生产效率低，焊接质量难以保证等。
近年来，利用增材制造技术来打印钢桁架体现出越来越大的优势，采用机器人悬臂定位、数控机床支撑平台、计算机远程控制处理等技术实现大型物件的立体打印，使得材料选择和拼接技术方面不受限制。但是，传统的大型物件增材制造系统主要存在着激光光源定位灵活性低、打印材料类型和支撑平台尺寸受限等主要问题。由于激光光源依靠大型机器人悬臂进行定位，在一定程度上可以满足打印要求，但是对于大型物件不够灵活，可能会造成激光照射强度不均匀的情况，使打印效果大打折扣，成型效率低。由于打印材料类型受限，使得一些大型物件的打印还不能成为现实。由于支撑平台尺寸受限，打印出的物件需要进行拼接才能构成大型物件，造成大型物件成型难的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述问题，本发明提供一种在无支撑平台情况下采用智能追踪移动式激光光源对大型钢桁架等大型物件立体打印的智能增材制造装置及方法。
(二)技术方案
一种智能增材制造装置，包括移动单元和激光打印单元；所述移动单元，用于带动所述智能增材制造装置进行移动；所述激光打印单元，用于激光打印。
在本发明一些示例性实施例中，所述激光打印单元，用于打印出部分材料；所述移动单元，用于以打印出的部分材料作为支撑物，在所述部分材料上移动，支撑所述智能增材制造装置打印下一部分材料。
在本发明一些示例性实施例中，还包括主体部分，所述主体部分连接所述激光打印单元和移动单元，所述主体部分用于控制所述移动单元和激光打印单元的动作。
在本发明一些示例性实施例中，所述激光打印单元包括：激光喷头和调整单元；所述激光喷头，用于喷射激光和打印材料进行激光熔固；所述调整单元，用于调整激光喷头的位置。
在本发明一些示例性实施例中，所述调整单元包括：相互连接的悬臂和转体部分；所述悬臂连接激光喷头，所述转体部分连接主体部分；所述转体部分受主体部分控制，用于带动悬臂在任意方向转动，调整激光喷头的角度和高度。
在本发明一些示例性实施例中，所述移动单元包括：移动肢体和触手；所述移动肢体连接主体部分和触手，受主体部分控制，可相对主体部分转动并带动触手移动，进而带动所述智能增材制造装置进行移动；
在本发明一些示例性实施例中，所述触手用于抓住作为支撑物的部分材料，支撑所述智能增材制造装置打印下一部分材料。
在本发明一些示例性实施例中，所述主体部分用于控制移动单元调整智能增材制造装置位置、控制调整单元调整激光喷头的角度和高度、输送熔丝并同时控制激光喷头喷射激光进行激光熔固。
一种智能增材制造方法，应用于智能增材制造装置，包括以下步骤：利用智能增材制造装置打印出部分材料；以所述部分材料作为支撑物，在所述部分材料上移动智能增材制造装置并打印下一部分材料，从而实现在空间任意范围内的立体打印；
在本发明一些示例性实施例中，所述利用智能增材制造装置打印出部分材料包括：利用智能增材制造装置在指定位置打印出基础钢段；所述以所述部分材料作为支撑物，在所述部分材料上移动智能增材制造装置并打印下一部分材料包括：智能增材制造装置以所述基础钢段作为支撑物，利用触手抓住基础钢段，并在基础钢段上移动，并同时根据预先制定的路线继续进行打印。
(三)有益效果
本发明提供的智能增材制造装置及方法能够使打印装置抓住已打印完成的物件，并不受有无支撑物的局限，可以实现空间任意范围内立体打印。此外，该智能增材制造装置及方法定位精准，具有更强的灵活性，成型效率高，降低了大型物件的成型难度。
附图说明
图1为本发明实施例的一种智能增材制造装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的利用智能增材制造装置打印基础钢段的局部视图；
图3为本发明实施例的智能增材制造装置利用基础钢段打印钢桁架局部视图；
图4为本发明实施例的智能增材制造方法流程图；
图5为本发明实施例的利用智能增材制造装置及方法打印大型钢桁架的基本原理俯视示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。本发明要解决的技术问题是提供一种在无支撑平台情况下采用智能追踪移动式激光光源对大型钢桁架等大型物件立体打印的智能增材制造装置及方法。采用一种能够在无支撑平台情况下按照计算机数字模型及输入的打印信息进行智能跟踪的打印激光光源系统。此智能增材制造系统装置根据计算机打印指令，能够做到同时输送熔丝和激光熔固等动作，实现不同形状大型钢桁架等物件的成型。
图1为本发明实施例的一种智能增材制造装置的结构示意图，如图1所示，智能增材制造装置为一个智能激光光源机器人，由机构部分和主体部分3组成。机构部分包括激光喷头1、悬臂2、转体部分6、移动肢体4和触手5，其中悬臂2连接激光喷头1和转体部分6，激光喷头1用于喷射激光进行激光熔固动作，转体部分可以带动悬臂在任意方向灵活转动，进而调整激光喷头的角度和高度进行作业；主体部分3两侧各连接有两个移动肢体4，移动肢体4末端连接触手5，移动肢体可相对主体部分进行转动，进而带动触手5进行移动，移动肢体和触手均接受主体部分控制器发出的指令，触手可以抓住已经熔固好的材料或已有的支撑物向前移动，并支撑固定机器人进行作业。主体部分3中装载了智能激光光源机器人的激光器、传感器、控制器、信息处理器等功能器件，主体部分还包括有原料盒，原料盒通过管道连通激光喷头，用于放置打印材料，例如熔丝。主体部分的控制器可发送指令控制移动肢体和触手的动作以调整机器人的位置，控制转体部分和悬臂的动作以调整激光喷头的角度和高度、从原料盒中抽送熔丝经管道输送到激光喷头，控制激光器发出激光并由激光喷头喷射激光进行激光熔固。
装置可采用选择性激光熔化技术(SLM)、选择性激光烧结技术(SLS)、熔融快速沉积成型技术(FDM)、光固化成型技术(SLA)、熔丝制造技术(FFF)等，使用金属或合金粉末、PLA、ABS等作为粘合剂，一步直接形成多孔性低的成品。
图2为本发明实施例的利用智能增材制造装置打印基础钢段的局部视图，如图2所示，调整机器人转体部分6的角度及悬臂2和激光喷头1的高度，按照上述方式在指定位置打印出熔丝熔固而成的基础钢段7。基础钢段用于支撑机器人，机器人可以利用触手5抓住基础钢段继续进行作业。
图3为本发明实施例的智能增材制造装置利用基础钢段打印钢桁架局部视图，如图3所示，控制机器人移动肢体部分4和触手5，使机器人抓住基础钢段。主体部分的传感器用于获取智能激光光源机器人以及基础钢段的位置，移动肢体部分可以进行前进、后退、转向等各种动作，触手可以进行抓、放等动作。在本实施例中，传感器获取智能激光光源机器人以及基础钢段的位置，控制器根据二者的位置控制移动肢体部分的动作，控制智能激光光源机器人移动至基础钢段，并控制触手的动作使其抓住基础钢段。触手抓住基础钢段后，控制器根据传感器的反馈信息，调整机器人转体部分6的角度及悬臂2和激光喷头1高度，继续打印钢桁架8。
本发明第二实施例提供一种智能增材制造方法，应用于本发明的智能增材制造装置，或其他任何可以移动的激光打印装置，图4为本发明实施例的智能增材制造方法流程图，如图4所示，包括以下步骤：
S1：利用激光打印装置打印出部分材料；
如图2所示，利用智能增材制造装置在指定位置打印出基础钢段7，基础钢段用于支撑机器人。
S2：以所述部分材料作为支撑物，在所述部分材料上移动激光打印装置并打印下一部分材料，从而实现在空间任意范围内的立体打印；
如图3所示，智能增材制造装置利用触手5抓住基础钢段，在基础钢段上移动，并同时继续进行打印作业，打印出钢桁架8。
图5为利用本发明实施例的智能增材制造装置及方法打印大型钢桁架的基本原理示意图，如图5所示，以平行式钢桁架为例，由平行主桁架10、竖直主桁架11和次桁架12组成。左上角和右下角的矩形结构为智能激光光源机器人9示意图，其中左上角为机器人打印作业初始位置，右下角为机器人打印作业完成位置。机器人可以根据命令中制定好的路线先打印出部分钢段，然后在打印出的部分钢段上继续进行立体打印作业。这里需要说明的是，打印路线并不局限为一种，机器人可以按照主桁架、次桁架的顺序打印，也可以按照主桁架和次桁架穿插的顺序打印；由于智能激光光源机器人能够抓住打印物件，所以该技术方案并不受有无支撑物的局限，可以实现空间任意范围内立体打印。此外，由于该智能增材制造装置可以根据安装在主体和喷头位置处的探测器(红外探测或激光测距仪)感应距离、尺寸、温度等环境信息，使得该智能增材制造装置定位更加精准，打印作业具有更强的灵活性，成型效率高，降低了大型物件的成型难度。
应当说明的是，上述实施例只是本发明的一种具体实施方式，本领域技术人员可以对智能激光光源机器人的器件结构及数量进行修改、替换或减小，或采用不同方式实现不同打印路线，但均为本发明技术方案所涉及采用智能追踪移动式激光光源打印大型钢桁架的方式。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能增材制造装置，包括移动单元和激光打印单元；
所述移动单元，用于带动所述智能增材制造装置进行移动；
所述激光打印单元，用于激光打印。
2.如权利要求1所述的智能增材制造装置，其中，
所述激光打印单元，用于打印出部分材料；
所述移动单元，用于以打印出的部分材料作为支撑物，在所述部分材料上移动，支撑所述智能增材制造装置打印下一部分材料。
3.如权利要求1所述的智能增材制造装置，其中，还包括主体部分，所述主体部分连接所述激光打印单元和移动单元，所述主体部分用于控制所述移动单元和激光打印单元的动作。
4.如权利要求1至3任一项所述的智能增材制造装置，其中，所述激光打印单元包括：激光喷头和调整单元；
所述激光喷头，用于喷射激光和打印材料进行激光熔同；
所述调整单元，用于调整激光喷头的位置。
5.如权利要求4所述的智能增材制造装置，其中，
所述调整单元包括：相互连接的悬臂和转体部分；
所述悬臂连接激光喷头，所述转体部分连接主体部分；
所述转体部分受主体部分控制，用于带动悬臂在任意方向转动，调整激光喷头的角度和高度。
6.如权利要求1至3任一项所述的智能增材制造装置，其中，所述移动单元包括：移动肢体和触手；
所述移动肢体连接主体部分和触手，受主体部分控制，可相对主体部分转动并带动触手移动，进而带动所述智能增材制造装置进行移动。
7.如权利要求6所述的智能增材制造装置，其中，所述触手用于抓住作为支撑物的部分材料，支撑所述智能增材制造装置打印下一部分材料。
8.如权利要求4所述的智能增材制造装置，其中，所述主体部分用于控制移动单元调整智能增材制造装置位置、控制调整单元调整激光喷头的角度和高度、输送熔丝并同时控制激光喷头喷射激光进行激光熔固。
9.一种智能增材制造方法，应用于智能增材制造装置，包括以下步骤：
利用智能增材制造装置打印出部分材料；
以所述部分材料作为支撑物，在所述部分材料上移动智能增材制造装置并打印下一部分材料，从而实现在空间任意范围内的立体打印。
10.如权利要求9所述的智能增材制造方法，其中，
所述利用智能增材制造装置打印出部分材料包括：利用智能增材制造装置在指定位置打印出基础钢段；
所述以所述部分材料作为支撑物，在所述部分材料上移动智能增材制造装置并打印下一部分材料包括：智能增材制造装置以所述基础钢段作为支撑物，利用触手抓住基础钢段，并在基础钢段上移动，并同时根据预先制定的路线继续进行打印。
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