CN108162401B - 一种3d增材制造技术方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D增材制造技术方法，用于有效解决人工操作效率低及误操作的问题。本发明中一种3D增材制造技术方法，包括：设置于工作台上的成型装置、清洗装置、风干装置、固化装置和机械臂；成型装置，用于对机械臂从上料装置取出的成型平台进行接收；成型装置，还用于对成型平台上的料进行快速成型处理，得到连带成型平台的工件；清洗装置，用于对机械臂从成型装置中取出的连带成型平台的工件进行清洗处理；所述风干装置，用于对机械臂从清洗装置中取出的工件进行风干处理；固化装置，用于对机械臂从风干装置取出的工件进行光固化处理；机械臂，还用于将工件从固化装置取出，并搬运到下料装置。

Description

一种3D增材制造技术方法

技术领域

本发明涉及机械自动化，尤其涉及一种3D增材制造技术方法。

背景技术

传统的3D打印(快速成型)一般只有单一的成型装置，而后期的处理包括从成型平台上取下打印件、初步清洗打印件、二次清洗打印件、风干、以及后期固化等步骤目前仍然需要人工完成。

在大批量的快速成型生产过程中，人工完成以上步骤的效率极低，而且容易出现误操作。

发明内容

本发明实施例提供了一种3D增材制造技术方法，用于有效解决人工操作效率低及误操作的问题。

所述制造方法基于一种制造系统，包括：上位机、工作台1上的机械臂2、上料装置3、成型装置4、缓存装置5、清洗装置6、风干装置7、固化装置8和下料装置9；

所述3D增材制造技术方法包括：

接收上位机发送的层厚和层数；

将层厚和层数转换为控制数据，并控制机械臂2从上料装置3处，夹取打印平台10至成型装置4的窗口位置；

接收打印平台转移请求，并控制机械臂2将打印平台10从成型装置4转移至缓冲装置5；

当检测到机械臂2处于非工作状态时，控制清洗装置6打开盖板机构62；

控制机械臂2将打印平台10搬运到清洗装置6；

控制机械臂2到清洗装置6夹取打印平台10放置在风干装置7；

控制机械臂2到风干装置7夹取打印平台10放置在固化装置8，执行固化操作；

控制机械臂2将打印平台移动至下料机构9。

可选的，

步骤所述控制机械臂2到清洗装置6夹取打印平台10放置在风干装置7之前，步骤所述控制机械臂2将打印平台10搬运到清洗装置6之后还包括：

控制清洗装置6打开盖板机构62开启另一个窗口，进行第二次清洗。

可选的，

步骤所述控制机械臂2将打印平台移动至下料机构9之前，步骤所述控制机械臂2到风干装置7夹取打印平台10放置在固化装置8，执行固化操作之后还包括：

控制机械臂2到固话装置8夹取打印平台10放置在风干装置7；

控制风干装置6开始进行风干处理。

可选的，

所述控制所述机械臂2的指令包括位置信息和动作类型。

可选的，

控制机械臂2每次移动之前首先要将挟持机构移动至安全高度，进行水平移动，当移动至任务点上空后，再竖直向下。

可选的，

步骤所述接收打印平台转移请求，并控制机械臂2将打印平台10从成型装置4转移至缓冲装置5之前；步骤所述将层厚和层数转换为控制数据，并控制机械臂2从上料装置3处，夹取打印平台10至成型装置4的窗口位置之后，还包括：

接收上位机发送的曝光时间，并将曝光时间编辑为控制指令，控制升降机构41上升，所述述操作在被称为剥离，当剥离操作结束后升降机构41终止上升。

可选的，

当剥离操作结束后5-10分钟后，接收打印平台转移请求，并控制机械臂2将打印平台10从成型装置4转移至缓冲装置5。

可选的，

当控制机械臂2移动之前，判断目标装置上是否有工作平台10。

可选的，

根据机械臂内置寄存器内数值，判断目标装置上是否有工作平台10；

判断依据包括：寄存器为1则有工作平台10，寄存器若为0则没有工作平台10；

所述寄存器工作原理包括，放置打印平台10寄存器为1，取走打印平台10，寄存器记为0。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明中，设置于工作台上的成型装置、清洗装置、风干装置、固化装置、自动加料装置和机械臂；所述成型装置，用于对所述机械臂从上料装置取出的成型平台进行接收；所述自动加料装置，用于在所述成行平台上加料；所述成型装置，还用于对所述成型平台上的料进行快速成型处理，得到连带成型平台的工件；所述清洗装置，用于对所述机械臂从所述成型装置中取出的所述连带成型平台的工件进行清洗处理；所述风干装置，用于对所述机械臂从所述清洗装置中取出的工件进行风干处理；所述固化装置，用于对所述机械臂从风干装置取出的工件进行光固化处理；所述机械臂，还用于将所述工件从所述固化装置取出，并搬运到下料装置。械臂负责将成型平台从上料装置取出放入成型装置中，待成型结束后取出连带工件的成型平台放入清洗装置，再从清洗装置中取出工件放入高压气风干装置风干，最后取出再放入固化装置，固化完毕后取出放入下料装置，人工取下工件后将成型平台重新放入上料装置，依此流程循环从而有效解决人工操作效率低及误操作的问题。

附图说明

图1为本发明中的一种3D增材制造技术方法的结构图；

图2为图1中局部放大图；

图3为本发明中的一种3D增材制造技术方法中上料装置的结构图；

图4为本发明中的一种3D增材制造技术方法中成型装置的结构图；

图5为本发明中的一种3D增材制造技术方法中清洗装置的结构图；

图6为本发明中的一种3D增材制造技术方法中风干装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图1和图6对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种3D增材制造技术方法，用于有效解决人工操作效率低及误操作的问题。

本实施例中的三维物体的制造系统，包括：

上位机、第一PLC、第二PLC以及设置在同一个工作台1上的机械臂2、上料装置3、成型装置4、缓存装置5、清洗装置6、风干装置7、固化装置8和下料装置9。

上位机通过RS-485串行总线与第一PLC和第二PLC连接；

第一PLC和第二PLC通过RS-485串行总线连接；

需要说明的是，RS-485串行总线还可以由232多串口通讯方式替代，而之所以使用RS-485串行总线，是因为RS-485比232多串口需要的端口要少，但所带来的不便是由于RS-485串行总线将上位机、第一PLC和第二PLC连接，只要其中一个位置停止工作，那么上位机、第一PLC和第二PLC将同时停止工作。因此，如何使用通讯方式可以在具体应用中合理调整，在此不做具体限定。

下面对上述三维物体的制造系统的运作过程进行说明。

上位机在本地储存打印文件，该打印文件包括模型参数和投影图片，上位机从模型参数中提取层厚和层数，并将其发送至第二PLC；

第二PLC将层厚和层数转换为控制数据，并将打印开始请求发送至第一PLC；

第一PLC控制机械臂2从上料装置3处，夹取打印平台10至成型装置4的窗口位置；

需要说明的是，打印平台10初始放置在上料装置3的两条对称的传送带31之间，打印平台10的连接板10a恰好搭在两条对称的传送带31上。当对射传感器32检测到打印平台10时，传送带31开始转动，带动打印平台10移动。当光纤传感器33检测到打印平台10时，传送带31停止转动。从而，机械臂2每次到上料机构3夹取打印平台10的预定位置是固定的，从而更好的对机械臂2进行操作，提高了精确度。

当光纤传感器33检测不到打印平台10时，此时对射传感器32检测到打印平台10，传送带31继续移动，直到光纤传感器33再次检测到打印平台10时，传送带31停止移动。从而，机械臂2夹取一个打印平台10，后续的打印平台10将填补前一个位置空缺，有效实现自动填料的技术效果。目前，提供后续打印平台10的方式包括但不限于使用另一个机械臂，或者将传送带延伸至打印平台回收处理装置，从而使用过的打印平台经过回收处理实现循环使用的技术效果。

由于上料装置3、缓冲装置5和下料装置9结构相似，上述仅以上料装置3为例进行说明，该操作在后续步骤中将重复出现，且其技术效果相同，在后续描述中不再赘述。

还需要说明的时，机械臂2从上料机构处夹取打印平台10前，首先需要将挟持机构竖直移动至安全高度，并在安全高度平面内进行水平移动。这样操作能够有效防止机械臂2在移动过程中遇到其他阻碍，引起不必要的操作失误。机械臂2每次移动之前首先要将挟持机构移动至安全高度，进行水平移动，该安全高度因整个系统布局而调节，当移动至任务点上空后，再竖直向下，由于该操作在后续步骤中将重复出现，且其技术效果相同，在后续描述中不再赘述。

由于打印平台10具有拱形结构的提手10c，相匹配的，机械臂2的挟持机构包括左右一对挟持部21和22，挟持部经过倒角处理，能够嵌入拱形结构的镂空部，从而机械臂2能够稳定的将打印平台10夹住。本领域技术人员能够理解的是，机械臂2控制挟持机构开合的方式包括但不限于机械传动或者液压撑杆等。同时机械臂2还可以配备断电保护和断气防护机制，从而起到当挟持机构失去控制时，仍保持夹紧状态，具有防止挟持物中途掉落的技术效果。

机械臂2将打印平台10移动至成型装置4的窗口处，打印平台10的连接板10a与打印平台装载架44的边框磁吸合，打印平台10的成型板10b嵌入窗口内。

需要说明的是，成型装置4、清洗装置6、风干装置7和固化装置8均设有供所述打印平台10嵌入的窗口，每个窗口上方均安装有纠偏件，该纠偏件具有四个纠偏爪，分别位于每个窗口的四个边角上方。纠偏爪的截面为直角三角形结构，底角与窗口平面呈45°夹角。当打印平台10的连接板10a与纠偏爪接触时，若连接板10a一端高于稳定位置，在纠偏爪的作用下，高的一端将下滑，从而使打印平台10始终保持稳定位置落在窗口处。

具体加工纠偏爪时，可以在每个窗口的边框安装等腰直角三角棱柱，该棱柱还可以通过连接条板与窗口的边框固连。

需要说明的是，每个窗口均设置压力传感器，方便检测到打印平台后触发后续操作。本实施例中，该压力传感器能够根据压力以及施加压力的时间检测窗口处是否有打印平台10，该设置主要是为了防止除打印平台之外的其他物体压住窗口，例如人的手，但压力传感器判断手施加的压力以及时间与打印平台不同时，不触发后续操作。由于该操作在后续步骤中将重复出现，且其技术效果相同，在后续描述中不再赘述。

打印平台10与打印平台装载架44吸合后，成型装置4的升降机构41带动打印平台10下沉至预定位置。

需要说明的是，该预定位置与上述上位机发送的层数和层厚有关。第二PLC将层数和层厚编辑为控制数据，再将控制数据发送至成型装置4，升降机构41根据该控制数据进行移动。上述操作在业界被称为找原点，当成型装置4找到原点后，成型装置4向上位机发送打印请求。上位机接收到打印请求后将投影图片通过HDMI发送至成型装置4。上位机从模型参数中提取曝光时间，并将其发送至第二PLC，第二PLC将曝光时间编辑为控制指令，控制升降机构41上升。上述操作在业界被称为剥离，当剥离操作结束后升降机构41终止上升。

当剥离操作结束后5-10分钟后，这个时间是留给打印产品滴液的时间，后续步骤中出现将不做赘述。第二PLC向第一PLC发送打印平台转移请求，第一PLC接收打印平台转移请求后控制机械臂2将打印平台10从成型装置4转移至缓冲装置5。

缓冲装置5与上料装置3结构相似，能够实现将打印平台10从传送带的一端移动到另一端，从而方便机械臂2定点抓取，在此不做赘述。光纤传感器感受到打印平台时，传送带停止移动，等待时间为5-10分钟。

当第一PLC检测到机械臂2处于非工作状态时，第一PLC控制清洗装置6打开盖板机构62，磁环开关检测到是否开盖，若是，第一PLC控制机械臂2将打印平台10搬运到清洗装置6，若否则触发异常处理。这里可以由压力传感器或者机械臂2通知第一PLC平台放置完成，由于机械臂2的的动作结束后会通知第一PLC，因此机械臂2存在通知第一PLC平台放置完成的可能性。清洗装置6开始工作，清洗时间为5-10分钟，第一PLC控制清洗装置6打开盖板机构62开启另一个窗口，进行第二次清洗，在此不做赘述。

需要说明的是，清洗装置还包括清洗装置机体61、储液槽67、进液管65和排液管66。清洗装置机体61进一步包括清洗槽63和液泵66。进液管65连接所述清洗槽63、所述液泵66和储液槽67，排液管66连接所述清洗槽63和所述液泵66。清洗处理在清洗槽63内进行，通过储液槽67、进液管65和排液管66的配合实现清洗液的新旧交换，废弃的清洗液可以通过排液管66排除。盖板机构62的作用是当不进行清洗处理时，盖板盖住清洗槽67，防止清洗液挥发、受到污染以及污染环境，防止对人体和环境造成损害。一般的清洗液使用异丙醇。

第一PLC控制机械臂2到清洗装置6夹取打印平台10放置在风干装置7，机械臂2通知第一PLC打印平台就位，第一PLC控制风干装置6开始进行风干处理。机械臂计时5-10分钟后结束风干，风阀关闭。

需要说明的是，风干装置7包括：风干装置机体71和通风管74；所述通风管74从所述风干装置机体71的底部伸入所述风干装置机体71的空腔内部所述风干装置机体61包括设置在四面侧壁上的出风口72和设置在出风口72下部的出风管73；所述出风口72和出风管73分别与通风管74连接；所述通风管74的另一端与风源连接。

当打印平台10下方携带的打印产品悬停在风干装置6的窗口上方时，机械臂2通知第一PLC打印平台就位，第一PLC控制风干装置6打开风阀，打印产品首先接受来自四个方向的出风口72的风干处理，此时，出风口72下部的出风管73也可使工作，对打印产品下方进行风干处理。从出风管73喷出的打压气体形成扇形风刀，能够有效对死角进行风干，从而进一步提高了风干效果。

第一PLC控制机械臂2到风干装置7夹取打印平台10放置在固化装置8，执行固化操作。第一PLC计时5-10分钟后结束。

需要说明的是，由于本实施例采取液内固化，因此需要再进行一次风干处理，若采取其他的固化方式则不需要再一次的风干处理。第一PLC控制机械臂2到固化装置8夹取打印平台10放置在风干装置7，机械臂通知第一PLC打印平台就位，第一PLC控制风干装置开始进行风干处理。机械臂计时5-10分钟后结束风干，风阀关闭。

第一PLC控制机械臂2将打印平台移动至下料机构9。

需要说明的是，下料机构9与上料机构结构类似，不做赘述。后续能够实现打印平台与打印产品分类，打印平台回收处理，再进入下一个循环。

在本实施例中，成型平台4可以有四个，分别由两个第二PLC控制。需要说明的是整个系统也可以仅仅通过一个PLC控制，之所以使用两个，是为了防止其中一环停止工作后影响整个系统的运作，使用两个PLC或者三个可以有效防止此类情形的产生。

以上所述，以上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精神和范围。

Claims (9)

1.一种3D增材制造技术方法，其特征在于，所述制造方法基于一种制造系统，包括：上位机、工作台（1）上的机械臂（2）、上料装置（3）、成型装置（4）、缓存装置（5）、清洗装置（6）、风干装置（7）、固化装置（8）和下料机构（9）；

打印平台（10）的连接板与打印平台（10）装载架的边框可磁吸合；

成型装置（4）、清洗装置（6）、风干装置（7）和固化装置（8）均设有供打印平台（10）嵌入的窗口，每个窗口上方均安装有纠偏件，每个窗口均设置压力传感器；

所述纠偏件具有四个纠偏爪，分别位于每个窗口的四个边角上方，所述纠偏爪的截面为直角三角形结构，底角与窗口平面呈45°夹角；

所述3D增材制造技术方法包括：

接收上位机发送的层厚和层数；

将层厚和层数转换为控制数据，并控制机械臂（2）从上料装置（3）处，夹取打印平台（10）至成型装置（4）的窗口位置；

接收打印平台转移请求，并控制机械臂（2）将打印平台（10）从成型装置（4）转移至缓冲装置（5）；

当检测到机械臂（2）处于非工作状态时，控制清洗装置（6）打开盖板机构（62）；

控制机械臂（2）将打印平台（10）搬运到清洗装置（6）；

控制机械臂（2）到清洗装置（6）夹取打印平台（10）放置在风干装置（7）；

控制机械臂（2）到风干装置（7）夹取打印平台（10）放置在固化装置（8），执行固化操作；

控制机械臂2将打印平台移动至下料机构（9）。

2.根据权利要求1所述的3D增材制造技术方法，其特征在于 ，

步骤所述控制机械臂（2）到清洗装置（6）夹取打印平台（10）放置在风干装置（7）之前，步骤所述控制机械臂（2）将打印平台（10）搬运到清洗装置（6）之后还包括：

控制清洗装置（6）打开盖板机构（62）开启另一个窗口，进行第二次清洗。

3.根据权利要求1所述的3D增材制造技术方法，其特征在于，

步骤所述控制机械臂（2）将打印平台移动至下料机构（9）之前，步骤所述控制机械臂（2）到风干装置（7）夹取打印平台（10）放置在固化装置（8），执行固化操作之后还包括：

控制机械臂（2）到固话装置（8）夹取打印平台（10）放置在风干装置（7）；

控制风干装置（6）开始进行风干处理。

4.根据权利要求1所述的3D增材制造技术方法，其特征在于，

所述控制所述机械臂（2）的指令包括位置信息和动作类型。

5.根据权利要求1所述的3D增材制造技术方法，其特征在于 ，

控制机械臂（2）每次移动之前首先要将挟持机构移动至安全高度，进行水平移动，当移动至任务点上空后，再竖直向下。

6.根据权利要求1所述的3D增材制造技术方法，其特征在于，

步骤所述接收打印平台转移请求，并控制机械臂（2）将打印平台（10）从成型装置（4）转移至缓冲装置（5）之前；步骤所述将层厚和层数转换为控制数据，并控制机械臂（2）从上料装置（3）处，夹取打印平台（10）至成型装置（4）的窗口位置之后，还包括：

接收上位机发送的曝光时间，并将曝光时间编辑为控制指令，控制升降机构（41）上升，所述述操作在被称为剥离，当剥离操作结束后升降机构（41）终止上升。

7.根据权利要求6所述的3D增材制造技术方法，其特征在于，

当剥离操作结束后5-10分钟后，接收打印平台转移请求，并控制机械臂（2）将打印平台（10）从成型装置（4）转移至缓冲装置（5）。

8.根据权利要求1所述的3D增材制造技术方法，其特征在于，

当控制机械臂（2）移动之前，判断目标装置上是否有工作平台（10）。

9.根据权利要求8所述的3D增材制造技术方法，其特征在于，

根据机械臂内置寄存器内数值，判断目标装置上是否有工作平台（10）；

判断依据包括：寄存器为1则有工作平台（10），寄存器若为0则没有工作平台（10）；

所述寄存器工作原理包括，放置打印平台（10）寄存器为1，取走打印平台（10），寄存器记为0。

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