CN107774992B - 增减材复合加工设备 - Google Patents

Abstract

一种增减材复合加工设备，包括增材制造装置、清洁装置、减材加工装置及转运装置。增材制造装置包括能量源机构及成型机构，成型机构包括成型腔体及设于成型腔体中的成型基板；能量源机构用于使成型基板上的粉末成型以得到半成型工件及使成型基板上的半成型工件反复成型以得到成型工件；转运装置用于转运成型机构及位于成型基板上的工件，且转运是在增材制造工位、清洁工位和减材加工工位中任意两个工位之间转移；清洁装置用于清洁成型基板上的工件；减材加工装置用于加工成型基板上的工件。该设备可将减材加工结合在增材制造的半成型工件至成型工件之间，能够及时准确地对半成型工件的内外表面进行减材加工，提高了成型工件的适用性和加工效率。

Description

增减材复合加工设备

技术领域

本发明涉及增材制造领域，特别是涉及一种增减材复合加工设备。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，与传统的对原材料去除、切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法。一般地，采用增材制造整体成型后，需要进行铣去加工余量或抛光表面等减材加工工序。然而增材制造成型的工件，特别是复杂结构的成型工件，其内表面很难采用减材加工，因此限制了成型工件的适用性和加工效率。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高成型工件的适用性和加工效率的增减材复合加工设备。

一种增减材复合加工设备，包括增材制造装置、清洁装置、减材加工装置及转运装置；

所述增材制造装置包括能量源机构及成型机构，所述增材制造装置具有增材制造工位；所述能量源机构用于在所述成型机构位于所述增材制造工位时使所述成型机构中的粉末成型以得到半成型工件及使所述成型机构中的半成型工件反复成型以得到成型工件；

所述转运装置用于转运所述成型机构及位于所述成型机构上的工件，所述转运是在所述增材制造工位、所述清洁装置的清洁工位和所述减材加工装置的减材加工工位中的任意两个工位之间转移，所述成型机构上的工件包括所述半成型工件和所述成型工件；

所述清洁装置用于在所述成型机构转运至所述清洁工位时，清洁所述成型机构上的工件；

所述减材加工装置用于在所述成型机构转运至所述减材加工工位时，加工所述成型机构上的工件。

上述增减材复合加工设备使用时，成型机构位于增材制造工位时，能量源机构使成型机构中的粉末成型得到半成型工件，之后可通过转运装置从增材制造装置转运至清洁工位进行清洁，然后从清洁工位转运至减材加工工位进行减材加工，然后再次在清洁工位清洁后转运至增材制造工位进行增材制造，如此反复直至在增材制造工位得到成型工件。该增减材复合加工设备可将减材加工结合在增材制造的半成型工件至成型工件之间，能够及时准确地对半成型工件的内外表面进行减材加工，避免了工件整体成型后内表面很难减材加工的问题，从而能够实现更复杂的加工形状和更好的成型质量，进而提高了成型工件的适用性和加工效率。

在其中一个实施例中，所述转运装置具有转运轨道，所述增材制造工位、所述清洁工位和所述减材加工工位依次沿所述转运轨道分布。

在其中一个实施例中，所述转运装置包括旋转平台及旋转机构，所述旋转机构与所述旋转平台连接以用于驱动所述旋转平台旋转，所述增材制造工位、所述清洁工位和所述减材加工工位围绕所述旋转平台的旋转轴依次设置。

在其中一个实施例中，所述转运装置用于将所述半成型工件从所述增材制造工位依次转运至所述清洁工位和所述减材加工工位，并反向依次转运至所述减材加工工位、所述清洁工位和所述增材制造工位，直至所述半成型工件在所述增材制造工位反复成型得到所述成型工件；所述转运装置还用于将所述成型工件从所述增材制造工位依次转运至所述清洁工位和所述减材加工工位。

在其中一个实施例中，所述成型机构包括成型腔体、成型基板及移位组件，所述成型基板设于所述成型腔体中以使所述半成型工件形成于所述成型基板上，所述移位组件与所述成型基板连接且用于驱动所述成型基板相对所述成型腔体移动，以使所述成型基板位于所述成型腔体中不同高度。

在其中一个实施例中，所述清洁装置包括第一转动机构，所述第一转动机构用于在所述成型机构位于所述清洁工位时，驱动所述成型腔体与所述成型基板相对转动。

在其中一个实施例中，所述清洁装置还包括清洁腔体和用于清洁所述成型基板上的工件的清洁件，所述清洁件设于所述清洁腔体中，所述清洁腔体与所述清洁工位上的所述成型腔体配合形成封闭结构。

在其中一个实施例中，所述清洁装置还包括固定机构，所述固定机构用于在所述成型机构转运至所述清洁工位时固定所述成型基板上的工件。

在其中一个实施例中，所述减材加工装置包括第二转动机构，所述第二转动机构用于在所述成型机构位于所述减材加工工位时，驱动所述成型腔体与所述成型基板相对转动。

在其中一个实施例中，所述减材加工装置包括夹持件和加工头，所述夹持件和所述加工头在所述成型机构转运至所述减材加工工位时分别用于夹持和加工所述成型基板上的工件。

附图说明

图1为一实施方式的增减材复合加工设备的结构图；

图2为又一实施方式的增减材复合加工设备的结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1，一实施方式的增减材复合加工设备10包括增材制造装置100、清洁装置200、减材加工装置300及转运装置400。

增材制造装置100包括能量源机构110及成型机构120。增材制造装置100具有增材制造工位。能量源机构110用于在成型机构120位于增材制造工位时使成型机构120中的粉末成型以得到半成型工件。能量源机构110还用于在成型机构120位于增材制造工位时使成型机构120中的半成型工件反复成型以得到成型工件。

转运装置400用于转运成型机构120及位于成型机构120上的工件20。且转运是在增材制造工位、清洁装置200的清洁工位和减材加工装置300的减材加工工位中的任意两个工位之间转移。成型机构120上的工件20包括半成型工件和成型工件。

清洁装置200用于在成型机构120转运至清洁工位时，清洁成型机构120上的工件。

减材加工装置300用于在成型机构120转运至减材加工工位时，加工成型基板122上的工件。

上述增减材复合加工设备10，将增材制造装置100、减材加工装置300和清洁装置200复合。使用时，成型机构120位于增材制造工位时，能量源机构110使成型机构120中的粉末成型得到半成型工件，之后可通过转运装置400从增材制造装置100转运至清洁工位进行清洁，然后从清洁工位转运至减材加工工位进行减材加工，然后再次在清洁工位清洁后转运至增材制造工位进行增材制造，如此反复直至在增材制造工位得到成型工件。该增减材复合加工设备10可将减材加工结合在增材制造的半成型工件至成型工件之间，能够及时准确地对半成型工件的内外表面进行减材加工，避免了工件整体成型后内表面很难减材加工的问题，从而能够实现更复杂的加工形状和更好的成型质量，进而提高了成型工件的适用性和加工效率。

可理解，该增减材复合加工设备10的适用性强，其提供的选择性也强。使用时用户可根据需要对转运装置400的顺序进行设置。具体地，还包括控制装置，控制装置用于根据设定顺序，控制转运装置400在各个工位转移。

此外，该增减材复合加工设备10将增材制造装置、减材加工装置和清洁装置复合，且使成型机构120整体转移至不同工位进行不同工序操作。增材制造装置100、减材加工装置300和清洁装置200采用独立的工位，避免了多个工艺在同一工位时设备整体占据空间大，导致增材制造装置100制造工件的尺寸受到限制的问题，进而提高了设备的适用性。而且清洁装置200采用独立的工位，可避免清洁的粉尘、杂质等落在增材制造装置100和减材加工装置300上的问题，进而保证了增材制造装置100和减材加工装置300的加工效率和成型工件的质量。

特别地，该增减材复合加工设备10利用增减材制造两者之间优缺点的互补，不仅能够提高生产效率，降低生产成本，还可减少成型过程中使用的附属用料并降低对环境的污染，而且使得加工方式更加的灵活方便，成型工件的结构复杂性大大增加，成型质量更加容易控制。

在其中一个实施例中，增材制造装置100为激光烧结增材制造装置。可选地，增材制造装置100为选择性激光烧结增材制造装置。

在其中一个实施例中，成型机构120包括成型腔体121、成型基板122及移位组件123。成型基板122设于成型腔体121中以使半成型工件形成于成型基板122上。移位组件123与成型基板122连接且用于驱动成型基板122相对成型腔体121移动，以使成型基板122位于成型腔体121中不同高度。如此在增材制造装置100经过一次成型后，回到增材制造工位时，移位组件123带动成型基板122往下移动设定距离以再次进行成型。

进一步地，移位组件123包括活塞板124和电机125。活塞板124设于成型腔体121中且位于成型基板122的下方以用于支撑成型基板122，电机125与活塞板124连接以用于驱动活塞板124相对成型腔体121移动，从而带动成型基板122相对成型腔体121移动。

进一步地，成型机构120还包括加热装置(图未示)。加热装置设于活塞板124和成型基板122之间，以用于对成型基板122上的原料粉体进行预热，以提高增材制造的效率。如增材制造装置100为激光烧结增材制造装置100时，可提高激光烧结增材制造装置100的烧结效率。

在其中一个实施例中，能量源机构110包括激光器111、进粉腔体112、平光镜113和振镜114。进粉腔体112设有进粉口(图未示)和平光镜安装口(图未示)。进粉腔体112与成型腔体121配合形成封闭腔体。进粉口用于增材制造的原料粉体的进料。平光镜113安装于该平光镜安装口，且该平光镜安装口。激光器111位于该封闭腔体外，且振镜114位于激光器111和平光镜113之间，以使激光器111发出的激光先经过振镜114再经过平光镜113最后照射到成型基板122上的粉体上。如此激光器111发出的激光经振镜114的引导，通过平光镜113可到达成型截面的任意位置，实现工件20截面的成型加工。

进一步地，能量源机构110还包括送粉装置115和铺粉装置116。送粉装置115与进粉口连通，用于将原料粉体送至成型腔体121中的成型基板122上。铺粉装置116设于成型腔体121和进粉腔体112的连接处且能够在其所在平面运动，以将原料粉体铺平至与该连接处齐平。送粉装置115与铺粉装置116将一定量原料粉体送至成型基板122上，并将原料粉体铺平，进行成型得到半成型工件；再次成型时送粉装置115与铺粉装置116将一定量原料粉体送至成型基板122和工件上，以进行新一层的成型。

在其中一个实施例中，转运装置400用于将半成型工件从增材制造工位依次转运至清洁工位和减材加工工位，并反向依次转运至减材加工工位、清洁工位和增材制造工位，直至半成型工件在增材制造工位反复成型得到成型工件；转运装置400还用于将成型工件从增材制造工位依次转运至清洁工位和减材加工工位。如此清洁装置200可在清洁工位及时清洁在增材制造过程和减材加工工位残留的粉尘、杂质等。

在其中一个实施例中，转运装置400具有转运轨道。增材制造工位、清洁工位和减材加工工位依次沿转运轨道分布。具体地，该转运装置400可为传送带组件。

具体地，转运轨道为直线型轨道。对应地，增材制造装置100、清洁装置200、减材加工装置300也基本沿直线分布，因此该三个装置均有较大空间进行制造、清洁和加工工作，能够更好更高效的完成工件制造、清洁与减材加工，且能够适合于较大体积的工件生产。

参照图2，在又一个实施例中，转运装置400包括旋转平台410及旋转机构420。旋转机构420与旋转平台410连接以用于驱动旋转平台410旋转。增材制造工位、清洁工位和减材加工工位围绕旋转平台410的旋转轴依次设置，从而使得旋转平台410带动工件20转动至各工位。该转运装置400可显著减小设备的整体尺寸和体积，且工件转移的时间更短，比较适合加工尺寸较小的工件。

具体地，旋转机构420包括驱动件(图未示)和旋转轴。旋转轴的两端分别与驱动件和旋转平台410连接，从而使驱动件驱动旋转平台410的转动。

且由于旋转平台410所需的体积更小，增材制造工位、清洁工位和减材加工工位均设于旋转平台410上，因此在对各工位的工件20进行定位时，其定位精度更高，因此也可适用于精度要求高的工件。

继续参照图1，在其中一个实施例中，清洁装置200包括第一转动机构210。第一转动机构210用于在成型机构120位于清洁工位时，驱动成型腔体121与成型基板122相对转动，进而控制成型腔体121和工件整体偏转角度，以便于清洁装置200的清洁。

具体地，第一转动机构210连接于成型腔体121，从而带动成型腔体121相对成型基板122转动。更具体地，第一转动机构210可为转盘或旋转气缸等可实现成型腔体121相对成型基板122转动的机构。

进一步地，清洁装置200还包括清洁腔体和用于清洁成型基板122上的工件的清洁件230。清洁件230设于清洁腔体中，清洁腔体与清洁工位上的成型腔体121配合形成封闭结构。如此清洁时的粉尘和杂质等封闭在该封闭空间，可避免粉尘和杂质逸散在该封闭结构外。更进一步地，清洁腔体的腔壁上设有保护气体通入口，通入保护气体以保持氧含量在较低状态进行清洁，可避免金属粉体发生爆炸等危险，保证清洁时的安全。

具体地，清洁件230为防爆吸尘器或清洁头。清洁件230可为多个。具体到本实施例中，清洁件230为两个，分别为防爆吸尘器和清洁头。

进一步地，清洁装置200的清洁件230在清洁时，移位组件123先将成型基板122移动至与成型腔体121的上边缘齐平，然后清洁件230清洁成型基板122上的工件。

进一步地，清洁装置200还包括固定机构(图未示)。固定机构用于在成型机构120转运至清洁工位时固定成型基板122上的工件。如此固定机构可在移位组件123移动成型基板122及成型基板122上的工件和清洁时，使工件保持稳定。具体地，固定机构可为机械手。可理解在其他实施例中，固定机构将工件连接于成型腔体121，以使成型基板122上的工件随移位组件123移动时不会脱离掉落。

在其中一个实施例中，减材加工装置300包括夹持件310和加工头。夹持件310用于在成型机构120转运至减材加工工位时夹持半成型工件，加工头用于在成型机构120转运至减材加工工位时加工半成型工件。

进一步地，加工头可进行切除、抛光或打磨等操作。进一步地，夹持件310为机械手。

进一步地，减材加工装置300的加工头在减材加工时，移位组件123先将成型基板122移动至与成型腔体121的上边缘齐平，然后加工头加工成型基板122上的工件。

在其中一个实施例中，减材加工装置300包括第二转动机构330，第二转动机构330用于在成型机构120位于减材加工工位时，驱动成型腔体121与成型基板122相对转动。如此控制成型腔体121和工件整体偏转角度，以便于加工头的进出和不同表面的加工。

具体地，第二转动机构330连接于成型腔体121，从而带动成型腔体121相对成型基板122转动。更具体地，第二转动机构330可为转盘或旋转气缸等可实现成型腔体121相对成型基板122转动的机构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种增减材复合加工设备，其特征在于，包括增材制造装置、清洁装置、减材加工装置及转运装置；

所述增材制造装置包括能量源机构及成型机构，所述增材制造装置具有增材制造工位；所述能量源机构用于在所述成型机构位于所述增材制造工位时使所述成型机构中的粉末成型以得到半成型工件及使所述成型机构中的半成型工件反复成型以得到成型工件；

所述转运装置用于转运所述成型机构及位于所述成型机构上的工件，所述转运是在所述增材制造工位、所述清洁装置的清洁工位和所述减材加工装置的减材加工工位中的任意两个工位之间转移，所述成型机构上的工件包括所述半成型工件和所述成型工件；

所述清洁装置用于在所述成型机构转运至所述清洁工位时，清洁所述成型机构上的工件；

所述减材加工装置用于在所述成型机构转运至所述减材加工工位时，加工所述成型机构上的工件。

2.如权利要求1所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述转运装置具有转运轨道，所述增材制造工位、所述清洁工位和所述减材加工工位依次沿所述转运轨道分布。

3.如权利要求1所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述转运装置包括旋转平台及旋转机构，所述旋转机构与所述旋转平台连接以用于驱动所述旋转平台旋转，所述增材制造工位、所述清洁工位和所述减材加工工位围绕所述旋转平台的旋转轴依次设置。

4.如权利要求1～3任一项所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述转运装置用于将所述半成型工件从所述增材制造工位依次转运至所述清洁工位和所述减材加工工位，并反向依次转运至所述减材加工工位、所述清洁工位和所述增材制造工位，直至所述半成型工件在所述增材制造工位反复成型得到所述成型工件；所述转运装置还用于将所述成型工件从所述增材制造工位依次转运至所述清洁工位和所述减材加工工位。

5.如权利要求1～3任一项所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述成型机构包括成型腔体、成型基板及移位组件，所述成型基板设于所述成型腔体中以使所述半成型工件形成于所述成型基板上，所述移位组件与所述成型基板连接且用于驱动所述成型基板相对所述成型腔体移动，以使所述成型基板位于所述成型腔体中不同高度。

6.如权利要求5所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述清洁装置包括第一转动机构，所述第一转动机构用于在所述成型机构位于所述清洁工位时，驱动所述成型腔体与所述成型基板相对转动。

7.如权利要求5所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述清洁装置包括清洁腔体和用于清洁所述成型基板上的工件的清洁件，所述清洁件设于所述清洁腔体中，所述清洁腔体与所述清洁工位上的所述成型腔体配合形成封闭结构。

8.如权利要求5所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述清洁装置包括固定机构，所述固定机构用于在所述成型机构转运至所述清洁工位时固定所述成型基板上的工件。

9.如权利要求5所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述减材加工装置包括第二转动机构，所述第二转动机构用于在所述成型机构位于所述减材加工工位时，驱动所述成型腔体与所述成型基板相对转动。

10.如权利要求5所述的增减材复合加工设备，其特征在于，所述减材加工装置包括夹持件和加工头，所述夹持件和所述加工头在所述成型机构转运至所述减材加工工位时分别用于夹持和加工所述成型基板上的工件。