CN108068340A - 用于将被添加式地制造的三维物体从包围该物体的建造材料中拆取出的拆包装置 - Google Patents

用于将被添加式地制造的三维物体从包围该物体的建造材料中拆取出的拆包装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将被添加式地制造的三维物体(2)从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的建造材料(3)中拆取出的拆包装置(4)，其中，拆包装置(4)被构造成具有至少三个机器人轴(A1–A6)的机器人(7)，尤其是工业机器人，其中，在机器人轴(A6)上布置或构造有至少一个拆包工具(10)，该拆包工具被设置用于将被添加式地制造的三维物体(2)从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的建造材料(3)中拆取出，或拆包装置(4)包括至少一个这样的机器人(7)。

Description

用于将被添加式地制造的三维物体从包围该物体的建造材料 中拆取出的拆包装置
技术领域
本发明涉及一种用于将被添加式地制造的三维物体从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的建造材料中拆取出的拆包装置(Auspackeinrichtung)。
背景技术
通过依次逐层选择地照射和因此依次逐层选择地固化由能够借助于(高)能量的能量辐射、尤其是激光辐射固化的建造材料构成的建造材料层的三维物体的添加式制造通常在建造模块的建造空间中或建造室中进行。被添加式地制造的三维物体在添加式建造过程结束之后被没有固化的粉末状的或粉末形的建造材料包围。
为了将被添加式制造的三维物体从包围该物体的建造材料中拆出，已知一些拆包装置。相应的拆包装置例如可以被构造成抽吸装置，抽吸装置被设置用于抽吸包围这个或这些要拆包的三维物体的、没有固化的建造材料。在此普遍的是手动地操纵形成相应的抽吸装置的一个组成部分的、例如抽吸喷枪形式的抽吸元件。
这种方法尤其在拆包过程的可自动化性、效率和安全性方面是值得改进的。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种尤其是在拆包过程的可自动化性、效率和安全性方面改进的、用于将被添加式地制造的三维物体从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的建造材料中拆出的拆包装置。
该目的通过一种按照权利要求1的拆包装置实现。所属的从属权利要求涉及拆包装置的可能的实施方式。
在此处描述的拆包装置用于将被添加式地制造的三维物体(“物体”)从在添加式建造过程结束之后包围该物体的没有固化的粉末状的或粉末形的建造材料(在添加式地制造物体的范围中实施依次逐层选择地照射和因此依次逐层选择地固化建造材料层时可固化的建造材料)中拆出。建造材料例如是金属粉末；作为建造材料，同样也可以考虑陶瓷粉末或塑料粉末。拆包一般地可以理解为清除包围相应的物体的建造材料；相应的物体被从包围该物体的建造材料中“释放”出来。
在此处描述的拆包装置被构造成具有至少三个(不同的)机器人轴的机器人(“拆包机器人”)，尤其是具有至少三个(不同的)机器人轴的工业机器人，或包括至少一个——也就是说必要时也包括多个——这样的机器人。
相应的机器人通常具有至少一个机器人臂，该机器人臂包括多个通过铰接元件相互铰接地连接的、通常相继串联地布置的机器人节段。机器人轴通常被分配给各个通过铰接元件相互连接的机器人节段。机器人例如可以设计为具有多个相继串联地布置的、通过相应的铰接元件相互铰接地连接的机器人节段的铰接臂或活节臂机器人。机器人的一个、多个或全部铰接元件可以被构造成旋转铰接件/转动铰链。原则上机器人可以是任何类型的具有至少三个机器人轴的机器人或工业机器人。
在机器人轴上布置或构造有至少一个拆包工具，该拆包工具被设置用于将被添加式地制造的三维物体从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的建造材料中拆出。在其上布置或构造有至少一个拆包工具的机器人轴通常是被分配给形成机器人臂自由端的机器人节段的机器人轴。
通过将拆包装置设计成机器人或由于拆包装置包括至少一个相应的机器人的情况，相应物体的自动化的或可自动化的拆包是可能的。不需要手动地操纵形成抽吸装置的组成部分的抽吸元件。拆包过程不仅在可自动化性、效率方面而且在安全性方面被改进。
因此提供一种尤其是在拆包过程的可自动化性、效率和安全性方面改进的、用于将被添加式地制造的三维物体从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的建造材料中拆出的拆包装置。
机器人可以具有多于三个的机器人轴，尤其是五个、六个或更多个的机器人轴。机器人具有越多的机器人轴，在相应物体的拆包的范围中它的运动自由性就越大。已经提到，机器人可以被设计成铰接臂机器人或活节臂机器人。一种符合目的的实施方式规定将机器人设计成五轴或六轴的铰接臂机器人或活节臂机器人。
与机器人的数量和因此也与机器人的设计相独立地，各个机器人轴通常可以相互独立地进行控制。机器人轴相应地也可以相互独立地运动。通常每个机器人轴可以在至少一个运动自由度上运动。
拆包工具可以是形成抽吸和/或鼓风装置的一部分的抽吸和/或鼓风工具，尤其是抽吸喷嘴或抽吸喷枪或鼓风喷嘴或鼓风喷枪，或包括这种抽吸和/或鼓风工具。相应的抽吸和/或鼓风工具通过管道元件与抽吸和/或鼓风装置的产生抽吸流或鼓风流的部分相连接，该管道元件例如被布置或构造在机器人上或机器人中，抽吸流或鼓风流可流过该管道元件。借助于相应的抽吸和/或鼓风工具，通过抽吸和/或吹掉建造材料，实施相应物体的拆包。可以设想，规定一种借助于抽吸工具抽吸建造材料和借助于鼓风工具吹掉剩余的建造材料的组合拆包过程。抽吸过程和鼓风过程可以同时进行，其中，可能的是，借助于由抽吸工具产生的抽吸流，抽吸工具抽吸由鼓风工具产生的、被引导经过物体的、含有建造材料的鼓风流，或在时间上错开地进行。在所有情况下，可以实现相应物体的惰性的拆包；因此使用的抽吸和/或鼓风流可以是惰性的。除了相应的抽吸和/或鼓风工具形式的拆包工具以外，当然也可以考虑其它的拆包工具，也就是说例如刷子、毛刷、铲子形式的拆包工具或类似物。
相应的拆包工具可以可拆卸地被布置在或被固定在相应的机器人轴上。为了实现相应的拆包工具的可拆卸的固定，可以在机器人方面和/或在拆包工具方面布置或构造合适的、尤其是机械的固定接口，它们实现拆包工具在机器人轴上的可拆卸的固定。但是拆包工具在相应的机器人轴上的可拆卸的固定也可以如此地实现，即机器人轴包括抓取元件，该抓取元件被设置用于抓住拆包工具。
通过相应的拆包工具在相应的机器人轴上的可拆卸的布置或固定，可能的是，拆包工具按照需要以可更换的方式被布置在或被固定在相应的机器人轴上。相应的拆包工具的更换过程也可以自动化地进行。例如在为此专门设置的工具更换模式或程序中，机器人可以被设置用于实施拆包工具的更换。在此情况下，机器人例如可以运动到一更换位置，在该更换位置上机器人自动地进行拆包工具的更换。在更换位置上，机器人——也就是说至少机器人轴(在该机器人轴上可拆卸地固定或要固定拆包工具)——可以将拆包工具送入被分配给拆包装置的工具库中或从被分配给拆包装置的工具库中取出拆包工具。
拆包装置通常包括按照硬件和/或软件方式实现的控制装置，控制装置被设置用于产生在机器人运行中控制机器人轴的运动的控制信息。控制装置可以被设置用于基于描述各要拆包的物体的几何结构上的设计的数据——尤其是基于描述各要拆包的物体的几何结构上的设计的建造数据——产生相应的控制信息。机器人轴的运动因此可以与要拆包的物体的几何结构上的设计或几何结构上的特征——也就是说尤其是外轮廓和/或内轮廓、可能的底切部等等——相协调。拆包过程可以在考虑要拆包的相应物体的几何结构上的设计下个别地进行控制。这样可以(显著)降低用于产生相应的控制机器人轴或机器人节段的运动的控制信息的计算费用和尤其是(显著)提高借助于拆包装置实施的或可实施的拆包过程的效率。
除了拆包装置以外，本发明还涉及一种用于添加式地制造三维物体的系统的拆包站。该拆包站的特征在于，其包括至少一个如描述的拆包装置。因此与拆包装置相关联的全部描述类似地适用于该拆包站。
拆包站可以包括尤其是长方体形的拆包室，拆包室可以形成附属于拆包站的壳体结构的一部分。拆包站通常是被惰性化的或是可惰性化的。这个或这些附属于拆包装置的机器人可以被布置在或被构造在拆包室的、(共同)限定拆包室的底壁、侧壁或顶壁上或底壁、侧壁或顶壁中。原则上可以设想机器人的不仅立式的而且(在侧面)悬挂的布置。
拆包装置或这个或这些附属于拆包装置的机器人可以位置固定地或以在至少一个运动自由度上可运动的方式被支承地布置或构造在拆包室中。只要这个或这些机器人没有自己的运动驱动器，就可以在拆包室侧设置合适的运动装置，该运动装置实现机器人尤其沿着特定的运动轨道被引导的运动。相应的运动装置例如可以实现机器人沿着在含有要拆包物体的、被移动到拆包站中的建造模块内的要拆包物体的被引导的运动。机器人在此可以相对于要拆包的物体或相对于建造模块被移动到(预先)限定的拆包位置上。拆包位置也可以基于要拆包的物体的几何结构上的设计进行选择。这样可以降低用于基于计算地选择机器人的符合目的的拆包位置的计算费用。
除了拆包装置和拆包站以外，本发明还涉及一种用于添加式地制造三维物体的系统。该系统的特征在于，其包括至少一个如描述的拆包站。因此与拆包装置相关联的以及与拆包站相关联的全部描述类似地适用于该系统。
除了拆包站以外，系统通常包括至少一个用于通过依次逐层选择地照射和因此固化由能借助于激光束固化的建造材料构成的建造材料层而添加式地制造三维物体、也就是说例如技术结构件或技术结构件组的设备。选择地固化各个要选择地固化的建造材料层基于与物体相关的建造数据实施。相应的建造数据描述各要添加式制造的物体的几何结构上的设计和例如可以包含相应的要添加式制造的物体的“被切片的”CAD数据。设备可以被设计成SLM设备，也就是说用于实施选择性激光熔化方法(SLM方法)的设备，或设计成SLS设备，也就是说用于实施选择性激光烧结方法(SLS方法)的设备。
附图说明
本发明借助于在附图图示中的实施例进行详细解释。在此示出:
图1是按照一个实施例的拆包站的原理图；和
图2是按照一个实施例的机器人的原理图。
具体实施方式
图1示出按照一个实施例的拆包站1的原理图。
拆包站1被分配给一种用于添加式地制造三维物体2、也就是说尤其是技术结构件或技术结构件组的设备(没有示出)。该设备被设置用于通过依次逐层选择地照射和因此固化由能借助于激光束固化的建造材料3——也就是说例如金属粉末——构成的建造材料层而添加式地制造三维物体2。选择地固化各个要选择地固化的建造材料层基于与物体相关的建造数据实施。相应的建造数据描述各要添加式制造的物体2的几何上的或几何结构上的设计。
该设备以及被分配给该设备的拆包站1形成用于添加式地制造三维物体2的上级系统(没有示出)的组成部分。
拆包站1包括拆包装置4。拆包装置4被布置在拆包站1的被惰性化的或能被惰性化的拆包室8中。拆包室8可以形成附属于拆包站1的壳体结构(没有详细标示)的一部分。
拆包装置4被设置用于将被添加式地制造的三维物体2从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的粉末状的或粉末形的建造材料3中拆出。在图1中示出的实施例中，物体2连同包围该物体的建造材料3被布置在被移动到拆包站1中的建造模块6的建造空间5或建造室中。
拆包装置4被构造成具有至少三个(不同的)机器人轴A1–A6的机器人7。机器人7例如被布置在拆包室8的在底部侧界定拆包室8的底壁8a上。但是也可以设想，机器人7被布置在或被构造在拆包室8的(共同)界定拆包室8的侧壁或顶壁上。原则上可以设想机器人7的不仅立式的布置而且(在侧面)悬挂的布置。
机器人7可以位置固定地或以在至少一个运动自由度上可运动的方式被支承地布置在拆包室8中。只要机器人7没有自己的运动驱动器，就可以在拆包室侧设置合适的运动装置(没有示出)，这些运动装置尤其实现机器人7沿着特定的运动轨道被引导的运动。相应的运动装置例如可以实现机器人7沿着要拆包的物体2或在含有要拆包的物体2的、被移动到拆包站1中的建造模块6内的被引导的运动。机器人7在此可以被移动到(预先)限定的拆包位置上，这些拆包位置可以基于要拆包的物体2的几何结构上的设计来选择。
图2示出按照一个实施例的机器人7的原理图，机器人7可以在图1中示出的拆包站1中使用。
机器人7被设计成铰接臂或活节臂机器人并且包括机器人臂9。机器人臂9包括多个相继串联地布置的、通过铰接元件G1–G6相互铰接连接的机器人节段RG1–RG7。铰接元件G1–G6是旋转铰接头。铰接元件G1–G6建立各(直接)相邻地布置的机器人节段RG1–RG7的可旋转的连接。可以看见，机器人轴A1–A6被分配给铰接元件G1–G6或通过铰接元件G1–G6相互连接的机器人节段RG1–RG7。
各个机器人轴A1–A6或铰接元件G1–G6或机器人节段RG1–RG7可以相互独立地控制和相应地可以相互独立地运动。对机器人节段RG1–RG7的运动的控制——也就是说对机器人7的运行的控制——通过按照硬件和/或软件方式实现的控制装置11来实施。
在图2中示出的实施例中，机器人节段RG1–RG7是基体(机器人节段RG1)、连接在基体之后的围绕机器人轴A1可旋转地支承的旋转木马/回转件(机器人节段RG2)、连接在旋转木马之后的围绕机器人轴A2可旋转地支承的摇臂(机器人节段RG3)、连接在摇臂之后的围绕机器人轴A3可旋转地支承的悬臂(机器人节段RG4)、连接在悬臂之后的围绕机器人轴A4可旋转地支承的多轴的机器人手(机器人节段RG5)、连接在机器人手之后的围绕机器人轴A5可旋转地支承的固定装置(机器人节段RG6)以及连接在固定装置之后的围绕机器人轴A6可旋转地支承的工具架装置(机器人节段RG7)。替代工具架装置地，也可以布置机器人工具。
在(最后的)铰接头G6或形成机器人臂9的自由端的(最后的)机器人节段RG7上布置有拆包工具10，其被设置用于将被添加式地制造的三维物体2从在添加式建造过程结束之后包围该物体的没有固化的建造材料3中拆出。
在图2中示出的实施例中，拆包工具10是形成抽吸和/或鼓风装置(没有示出)的一部分的抽吸和/或鼓风工具，尤其是抽吸喷嘴或抽吸喷枪或鼓风喷嘴或鼓风喷枪。抽吸和/或鼓风工具通过例如被布置或构造在机器人7上或机器人7中的、可由抽吸流或鼓风流流动经过的管道元件(没有示出)与抽吸和/或鼓风装置的产生抽吸流或鼓风流的部分连接。因此通过从物体2上抽吸和/或吹掉建造材料3实施对相应的物体2的拆包。在此物体2的惰性的拆包是可能的，因为可以使用惰性的抽吸和/或鼓风流，也就是说例如氩气流或氮气流。
在物体2的拆包的范围中从该物体上清除的建造材料3可以被引导到处理装置12(参见图1)中，处理装置被设置用于处理建造材料3，由此该建造材料必要时可以在添加式建造过程中被再次使用。
拆包工具10可以可拆卸地被布置在或被固定在机器人轴A6或机器人节段RG7上。为了实现拆包工具10的可拆卸的固定，在机器人7方面和/或在拆包工具10方面可以布置或构造合适的、尤其是机械的固定接口(没有示出)，它们实现拆包工具10在机器人轴A6或机器人节段RG7上的可拆卸的固定。拆包工具10在机器人轴A6或机器人节段RG7上的可拆卸的固定也可以如此实现，即机器人轴A6或机器人节段RG7包括抓取元件，该抓取元件被设置用于抓住拆包工具10。
通过拆包工具10在机器人轴A6或机器人节段RG7上的可拆卸的布置或固定，可能的是，拆包工具10按照需要以可更换的方式被布置或固定在机器人轴A6或机器人节段RG7上。机器人7可以——例如在为此专门设置的工具更换模式或程序中——被设置用于实施拆包工具10的自动化的更换。在此情况下，机器人7——也就是说尤其是机器人轴A6或机器人节段RG7——例如可以运动到一更换位置，在该更换位置上机器人7自动地实施拆包工具更换。在更换位置上，机器人7——也就是说至少机器人轴A6或机器人节段RG7(拆包工具10被可拆卸地固定或将要可拆卸地被固定在该机器人轴A6或机器人节段RG7上)——可以将拆包工具10送入被分配给拆包装置4的工具库(没有示出)中或从被分配给拆包装置4的工具库中取出拆包工具10。
如提到的那样，拆包装置4包括控制装置11，该控制装置被设置用于产生在机器人7运行中控制机器人轴A1–A6或机器人节段RG1–RG7的运动的控制信息。控制装置11可以被设置用于基于描述要拆包的物体2的几何结构上的设计的数据——尤其是基于描述要拆包的物体2的几何结构上的设计的建造数据——产生相应的控制信息。这样，拆包过程可以在考虑要拆包的相应物体2的几何结构上的设计下个别地进行控制。这样可以降低用于产生控制机器人轴A1–A6或机器人节段RG1–RG7的运动的相应控制信息的计算费用。

Claims (11)

1.一种用于将被添加式地制造的三维物体(2)从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的建造材料(3)中拆取出的拆包装置(4)，其特征在于，拆包装置(4)被构造成具有至少三个机器人轴(A1–A6)的机器人(7)、尤其是工业机器人，其中，在机器人轴(A6)上布置或构造有至少一个拆包工具(10)，该拆包工具被设置用于将被添加式地制造的三维物体(2)从在添加式建造过程结束之后包围该物体的、没有固化的建造材料(3)中拆取出，或拆包装置(4)包括至少一个这样的机器人(7)。
2.根据权利要求1所述的拆包装置，其特征在于，机器人(7)具有多于三个的机器人轴(A1–A6)，尤其是具有五个或六个机器人轴(A1–A6)。
3.根据权利要求1或2所述的拆包装置，其特征在于，机器人(7)的至少一部分机器人轴(A1–A6)——尤其是全部的机器人轴(A1–A6)——可以被相互独立地控制。
4.根据前述权利要求中任一项所述的拆包装置，其特征在于，拆包工具(10)是形成抽吸和/或鼓风装置的一部分的抽吸工具和/或鼓风工具，尤其是抽吸喷枪或鼓风喷枪。
5.根据前述权利要求中任一项所述的拆包装置，其特征在于，拆包工具(10)被可拆卸地布置在机器人(7)上，尤其是布置在相应的机器人轴(A1–A6)上，由此拆包工具按照需要被可更换地布置在相应的机器人轴(A1–A6)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的拆包装置，其特征在于，拆包装置包括控制装置(11)，该控制装置被设置用于产生在机器人(7)运行中控制机器人轴(A1–A6)的运动的控制信息，其中，控制装置(11)被设置用于基于对要拆包的被添加式地制造的三维物体(2)的几何结构上的设计进行描述的数据——尤其是基于对要拆包的被添加式地制造的三维物体(2)的几何结构上的设计进行描述的建造数据——产生控制信息。
7.一种用于添加式地制造三维物体(2)的系统的拆包站(1)，其特征在于，该拆包站包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的拆包装置(4)。
8.根据权利要求7所述的拆包站，其特征在于，拆包站包括尤其是长方体形的拆包室(8)，其中，拆包装置(4)被布置或构造在界定拆包室(8)的底壁、侧壁或顶壁上或底壁、侧壁或顶壁中。
9.根据权利要求7或8所述的拆包站，其特征在于，拆包装置(4)位置固定地或以在至少一个运动自由度上可运动的方式被支承地布置或构造在拆包室(8)中。
10.根据权利要求9所述的拆包站，其特征在于，拆包装置(4)以在至少一个运动自由度上可运动的方式被支承地布置或构造在拆包室(8)中，其中，拆包装置(4)——尤其是机器人(7)——能被移动到限定的拆包位置上，其中，该拆包位置基于要拆包的三维物体(2)的几何结构上的设计来选择。
11.一种用于添加式地制造三维物体(2)的系统，其特征在于，该系统包括至少一个根据权利要求7至10中任一项所述的拆包站(1)。
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