CN107470621B - 一种适于自动化生产线3d打印成形模块化系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于3D打印设备领域，特别涉及一种适用于自动化生产线3D打印设备模块化成形系统及其使用方法。包含工作舱框架、成形缸模块、供料缸模块、集料缸模块、下底座模块。集料缸内部结构包含工作台面基板、升降电机、平行导杆、电源接头等组成部件；下底座主要包含底板，升降电机、水平推出电机、电源接头等部件，底板可承载上面成形缸、供料缸、集料缸模块，升降电机时将缸体模块升起，水平推出电机是在取出缸体模块，下底座下降，然后缸体模块被推出，从而可实现更换等功能。本发明实现3D打印准备工作、打印过程、完成后的清理等工作模块化，实现使作业流水化、功能组合化、便捷化，实现生产线模式制造。

Description

一种适于自动化生产线3D打印成形模块化系统及其使用方法

技术领域

本发明属于3D打印设备领域，特别涉及一种适用于自动化生产线3D打印设备模块化成形系统及其使用方法。

背景技术

3D打印技术是一种基于离散-堆积原理，综合计算机图形处理、数字化信息和控制、机电控制技术和材料技术，采用材料逐层累加的方法实现零件快速自由成形制造的技术。3D打印技术能够很大程度上降低产品制造的复杂程度，扩大了生产制造的范围，缩短生产制造的时间，提高效率，减少产品制造的流程，因此3D打印技术在制造业领域得到了广泛应用，并朝着产业化方向发展。

3D打印技术的发展很大程度的依赖设备的发展，装备的许多方面又影响成形工艺及成形件的精度、机械性能。目前国内外不同机构研制的装备不同之处主要体现在激光器、聚焦面光斑尺寸、铺料方式、活塞缸铺料层厚等方面，尤其是在成形尺寸方面，几乎所有研究机构都在不断深入研究，以提高成形尺寸。但是目前3D打印设备尺寸普遍较小，并且设备处于独立工作模式，处于手工作业，无法适应生产线模式批量化生产。随着技术的发展，智能制造，控制技术，材料技术，信息技术等不断发展和提升，3D打印技术也将会被推向一个更加广阔的发展平台，以适应自动化生产线模式。因此摆脱传统3D打印设备设计思路，采用模块化设计思路，对制造装备平台进行重新搭建，针对成形工作仓进行模块化设计，使作业流水化、功能组合化、便捷化，解决设备的连续规模化生产问题。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于克服现有设备技术的缺点和不足，提供一种适于自动化生产线3D打印设备模块化成形系统。

本发明通过以下技术方案实现：

一种适于自动化生产线3D打印设备模块化成形系统，包含工作舱框架、成形缸模块、供料缸模块、集料缸模块、下底座模块。工作舱框架与设备骨架支撑固定，保证工作台面稳定同时，框架与下方每个缸体之间安装压力传感器，对下方成形缸、供料缸、集料缸起限位固定作用；成形缸、供料缸、集料缸内部结构包含工作台面基板、升降电机、平行导杆、电源接头等组成部件；下底座主要包含底板，升降电机、水平推出电机、电源接头等部件，底板可承载上面成形缸、供料缸、集料缸模块，升降电机时将缸体模块升起，使之与工作舱框架紧密接触，水平推出电机是在取出缸体模块，下底座下降，然后缸体模块被推出，从而可实现更换等功能。

所述的自动化生产线3D打印设备模块化成形系统的使用方法，包括下列步骤：

1)安装前准备工作，首先将成形基板工装预先固定在成形缸模块成形台面基板上，将料末等原材料预先装填在供料缸内；

2)初始安装工作，将成形缸、供料缸、集料缸模块分别放入下底座上；分别将成形缸、供料缸、集料缸模块升起，并保持与成形舱框架保持恒定压力值，安装完成；

3)工作过程，首先成形缸下降一个层厚，供料缸上升一定厚度，可2～3倍层厚，刮刀系统将材料刮至成形缸，多余材料刮至集料缸中；由控制系统将控制指令传输至成形系统，控制振镜进行扫描加工。当一层加工完成后，重复上述过程，直至整个零件加工完成。

4)成形缸、供料缸、集料缸模块取出或更换，打印完成或者供料缸材料不足，或者集料缸满时，可将三个模块独立取出。若打印完成，将成形缸模块下底座降低，然后通过水平推出电机，将成形缸推出，供料缸、集料缸模块取出更换同样操作。

有益效果

本发明是采用采用模块化设计思路，对制造装备平台进行重新搭建，尤其针对成形工作仓进行模块化设计，实现成形工作舱在线拆卸与安装，实现3D打印准备工作、打印过程、完成后的清理等工作模块化，实现使作业流水化、功能组合化、便捷化，实现生产线模式制造，解决设备的连续规模化生产的关键性问题。该种适用于自动化生产线成形系统模块化3D打印设备适用于粉末床激光选区烧结成形技术(SLS)，粉末床激光选区熔化成形技术(SLM)，三维印刷成形技术(3DP)，应用范围广泛，生产效率高，尤其在金属选区熔化成形技术方面，面向未来自动化生产线模式，具有较高的工业生产价值。

(1)本发明提供了一套适于自动化生产线3D打印成形模块系统及方法。

(2)本发明提供的适于自动化生产线3D打印成形模块系统及方法基于模块化设计思想，实现成形工作舱在线拆卸与安装。

(3)本发明提供的适于自动化生产线3D打印成形模块系统及方法实现3D打印准备工作、打印过程、完成后的清理等工作模块化。

(4)本发明提供的适于自动化生产线3D打印成形模块系统及方法实现使作业流水化、功能组合化、便捷化，实现生产线模式制造，解决设备的连续规模化生产的关键性问题。

(5)本发明提供的适于自动化生产线3D打印成形模块系统及方法尤其适用于粉末床激光选区烧结成形技术(SLS)，粉末床激光选区熔化成形技术(SLM)，三维印刷成形技术(3DP)等成形技术领域。重点面向未来自动化生产线模式，具有极高的工业生产价值

附图说明

本发明共有4幅附图图

图1是本发明适于自动化生产线成形系统模块化3D打印设备成形系统外形结构示意图

图2是成形系统内部结构示意图

图3是成形缸结构示意图

图4是下底座支撑结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种适于自动化生产线3D打印设备模块化成形系统，包含工作舱框架1、成形缸2、供料缸3、集料缸4、下底座5，其特征在于，所述工作舱框架1与3D打印设备骨架支撑固定，工作舱框架1与下方成形缸2、供料缸3、集料缸4之间分别安装第一压力传感器30、第二压力传感器31、第三压力传感器32，对下方成形缸2、供料缸3、集料缸4起限位固定作用；其中成形缸2、供料缸3、集料缸4内部结构相同；

所述的成形缸2内部结构含有工作台面基板6，一个升降导杆12位于工作台面基板6下方中间位置，四个平行导杆13分别位于工作台面基板6四个角位置，升降导杆12和平行导杆13保证工作台面基板6上升下降过程平行稳定，成形缸2中间位置安装成型缸电机固定板23，工作台面基板升降电机9位于电机固定板23下方中间位置，工作台面基板升降电机9负责工作台面基板6上升下降运动；成形缸2后面底部安装一个成形缸电源接头20，为成形缸2提供电源，成形缸2底面有两个底座推出轨道26；

所述的供料缸3包括供料缸工作台面基板7，与成型钢2的升降导杆12和平行导杆13相同，位于供料缸工作台面基板7下方位置，供料缸3的中间位置安装供料缸电机固定板24，供料缸升降电机10位于电机固定板24下方中间位置，负责供料缸工作台面基板7升降运动，供料缸3后面底部安装一个电源接头供料缸21，供料缸3底部的供料缸升降电机18控制供料缸整体安装与拆卸；

所述的集料缸4包括集料缸工作台面基板8，与与成型钢2的升降导杆12和平行导杆13相同，位于集料缸工作台面基板8下方位置，集料缸4中间位置安装集料缸电机固定板25，集料缸升降电机11位于集料缸电机固定板25下方中间位置，负责集料缸工作台面基板8上升下降运动，集料缸4后面底部安装一个集料缸电源接头22，为集料缸提供电源，底部有升降电机19，控制集料缸整体安装与拆卸。

所述的下底座5包含底板27，底板27上有两个与推出轨道26匹配底座推出轨道28，底板27用于承载成形缸2，底板27下方有成型钢升降电机17，用于控制底板27上升与下降，成型钢升降电机17将成形缸2升起，使之与工作舱框架1紧密接触，下底座5侧边有相对应的成形缸电源接头20，后方是成型钢水平推出电机14和金属块29，在取出缸体模块时，下底座5下降，成型钢水平推出电机14将缸体模块推出，从而可实快速现更换等功能。

所述适于自动化生产线3D打印设备模块化成形系统具体操作方法如下：

1)安装前准备工作，首先将成形基板工装预先固定在成形缸2的工作台面基板6上，将原材料预先装填在供料缸3内；

2)初始安装工作，将成形缸2、供料缸3、集料缸4模块分别推入下底座上5，保证成形缸电源接头20、供料缸电源接头21、集料缸电源接头22接触良好；

3)分别启动底座5的成型钢升降电机17、供料缸升降电机18、集料缸升降电机19，将成形缸2、供料缸3、集料缸4升起，并保持与成形舱框架1保持恒定压力值，安装完成；

4)工作过程，首先启动工作台面基板升降电机9，使成形缸2下降一个层厚，启动供料缸电机10，使供料缸3上升2～3倍层厚，刮刀系统将材料刮至成形缸2预装基板表面，多余材料刮至集料缸4中；由控制系统将控制指令传输至成形系统，控制振镜进行扫描加工；

5)当一层加工完成后，重复上述步骤4)工作过程，直至整个零件加工完成；

6)打印完成清理，零件打印完成后，启动下底座5下面的成型钢升降电机17，让底座5连同成形缸2下降，成型钢水平推出电机14将成形缸2推出，完成取件工作。

7)中间过程供料缸3、集料缸4模块取出更换，打印过程中供料缸3内材料不足，或者集料缸4满时，参照步骤6)过程，可将缸体模块独立取出。然后按照2)和3)过程，安装供料缸3和集料缸4，即可实现供料缸3、集料缸4模块取出更换。

Claims (2)

1.一种适于自动化生产线3D打印设备模块化成形系统，包含工作舱框架(1)、成形缸(2)、供料缸(3)、集料缸(4)、下底座(5)，其特征在于，所述工作舱框架(1)与3D打印设备骨架支撑固定，工作舱框架(1)与下方成形缸(2)、供料缸(3)、集料缸(4)之间分别安装第一压力传感器(30)、第二压力传感器(31)、第三压力传感器(32)，对下方成形缸(2)、供料缸(3)、集料缸(4)起限位固定作用；其中成形缸(2)、供料缸(3)、集料缸(4)内部结构相同；

所述的成形缸(2)内部含有成形缸工作台面基板(6)，一个升降导杆(12)位于工作台面基板(6)下方中间位置，四个平行导杆(13)分别位于工作台面基板(6)四个角位置，升降导杆(12)和平行导杆(13)保证工作台面基板(6)上升下降过程平行稳定，成形缸(2)中间位置安装成型缸电机固定板(23)，工作台面基板升降电机(9)位于成型缸电机固定板(23)下方中间位置，工作台面基板升降电机(9)负责工作台面基板(6)上升下降运动；成形缸(2)后面底部安装一个成形缸电源接头(20)，为成形缸(2)提供电源，成形缸(2)底面有两个推出轨道(26)；

所述的下底座(5)包含底板(27)，底板(27)上有两个与推出轨道(26)匹配底座推出轨道(28)，底板(27)用于承载成形缸(2)，底板(27)下方有成型缸升降电机(17)，用于控制底板(27)上升与下降，成型缸升降电机(17)将成形缸(2)升起，使之与工作舱框架(1)紧密接触，下底座(5)侧边有相对应的成形缸电源接头(20)，后方是成型缸水平推出电机(14)和金属块(29)，在取出缸体模块时，下底座(5)下降，成型缸水平推出电机(14)将缸体模块推出。

2.一种如权利要求1所述的适于自动化生产线3D打印设备模块化成形系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)安装前准备工作，首先将成形基板工装预先固定在成形缸(2)的工作台面基板(6)上，将原材料预先装填在供料缸(3)内；

2)初始安装工作，将成形缸(2)、供料缸(3)、集料缸(4)模块分别推入下底座(5)上，保证成形缸电源接头(20)、供料缸电源接头(21)、集料缸电源接头(22)接触良好；

3)分别启动下底座(5)的成型缸升降电机(17)、供料缸升降电机(18)、集料缸升降电机(19)，将成形缸(2)、供料缸(3)、集料缸(4)升起，并与成形舱框架(1)保持恒定压力值，安装完成；

4)工作过程，首先启动工作台面基板升降电机(9)，使成形缸(2)下降一个层厚，启动供料缸电机(10)，使供料缸(3)上升2～3倍层厚，刮刀系统将材料刮至成形缸(2)工作台面基板表面，多余材料刮至集料缸(4)中；由控制系统将控制指令传输至成形系统，控制振镜进行扫描加工；

5)当一层加工完成后，重复上述步骤4)工作过程，直至整个零件加工完成；

6)打印完成清理，零件打印完成后，启动下底座(5)下面的成型缸升降电机(17)，让底座(5)连同成形缸(2)下降，成型缸水平推出电机(14)将成形缸(2)推出，完成取件工作；

7)中间过程供料缸(3)、集料缸(4)模块取出更换，打印过程中供料缸(3)内材料不足，或者集料缸(4)满时，参照步骤6)过程，可将缸体模块独立取出；然后按照步骤2)和3)过程，安装供料缸(3)和集料缸(4)，即可实现供料缸(3)、集料缸(4)模块取出更换。