CN108480562B - 一种3dp打印设备、该设备的生产线及其循环打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增材制技术领域一种3DP打印设备、该设备的生产线及其循环打印方法，本发明中将多台3DP打印设备集中布置形成高效打印的生产线系统，多台3DP打印设备、烘烤装置集中规划布置，通过多条输送转运路线，连接成一个闭环的生产系统，减少生产进行中个别设备的空闲时间，提高设备的使用效率，从而实现高效的3DP打印。
Description
技术领域
本发明涉及增材制技术领域，特别涉及一种适用于单台作业和多台组合循环作业的3DP打印设备、采用该设备的生产线及其循环打印方法。
背景技术
3D打印技术作为增材制造方法的一种，在现代制造业中凸显出越来越重要地位。缩短了新产品的开发周期，同时也节省开发费用。
3DP打印设备的工作效率不但与设备本身的设计有关还与生产现场生产线的布局及与其配套的辅助系统有关，3DP打印设备的生产线布局不合理，是制约3DP效率的关键因素。
发明内容
本发明针对现有技术中3DP打印设备设置不合理而制约3DP打印效率的问题，提供一种便于集约化生产线布置的3DP打印设备，以提高3DP打印的生产效率。
为实现上述目的，本发明首先提供一种3DP打印设备，包括框架组件和安装于框架组件上的铺粉单元、供粉装置，喷墨单元、喷墨运行系统、工作箱，转运单元、内举升机构、外举升机构、附属单元和辅助单元，其特征在于，所述框架组件包括上层框架和下层框架，所述铺粉单元通过铺粉运动系统连接在下层框架上可沿Y方向运动，所述喷墨单元通过喷墨运动系统连接在上层框架上并可沿X和Y方向往复运动，所述转运单元包括用于输送工作箱并具有驱动机构的外辊道和内辊道，所述内辊道设置于铺粉单元下侧的下层框架内，所述外辊道与内辊道衔接，所述内举升机构设置于内辊道的下侧，所述外举升机构设置于外辊道的下侧。
本发明的3DP打印设备，工作箱,主要盛放参与砂型打印的粉末状材料和打印成型的模型；内举升机构，主要参与设备打印过程中构建材料面的升降运动；外举升机构，主要参与设备打印完成后，对模型的后续处理过程中的升降运动；外辊道，主要参与工作箱的支撑和工作箱在铺粉打印完成后转往后处理工位的运动；内辊道主要参与工作箱在打印区域中的支撑和工作箱脱离打印区域的运动；下部框架，主要用于固定内举升机构、内辊道及必要的辅助物件；上部框架，主要用支撑运动系统、铺粉单元及必要的防护装置；运动系统，主要参与喷墨装置在打印区域的X向 和或 Y向运动；铺粉单元,主要参与将粉料洒落在工作箱的铺粉区域和将下落到铺粉区域的粉料刮平；供粉装置，主要参与将粉料与添加物混合均匀后供给铺粉单元；铺助装置主要指清洗装置和清扫装置，其中清洗装置主要参与打印过程中将沾敷在喷墨单元的喷头上的影响喷液的杂质清除，在喷液装置处于闲置状态时起保护作用；清扫装置用于铺粉单元刮砂底板的清扫和杂质拭除；喷墨单元，主要参与将自带容器中的物质（固态 和或 液态 和或 气态）涂覆根据切片图案区域的粉面上。本发明的3DP打印设备，进行3DP打印时，工作管通过外辊道和内辊道输送至打印工位，启动3DP打印设备可以按设备的打印程序完成模型的3DP铺粉打印，打印结束后工作箱通过内举升机构推送至内辊道上，再通过内辊道输送至外辊道，在外辊道和外举升处借助吹砂和清砂机构进行散砂去除，然后再将工作箱连同打印好的模型转运出去，再将空的工作箱转运至外辊道上，再经内辊道输送至打印工位进行下一轮3DP打印。
本发明的另一个目的是提供一种上述多台上述3DP打印设备的生产线，包括中间转运装置，所述中间转运装置两侧分别设有若干台所述3DP打印设备，各3DP打印设备的外辊道与中间转运装置的衔接处设有过渡辊道，所述中间转运装置沿转运输送方向的两端分别延伸至3DP打印设备沿相同方向设置区域的外侧，所述中间转运装置的一端垂直设有空工作箱集散辊道，另一端垂直设有中间辊道，所述中间转运装置与空工作箱集散辊道和中间辊道垂直相交的位置均设有换向装置，所述空工作箱集散辊道向两端对称延伸至3DP打印设备沿该方向设置区域的外侧并且经换向装置与空工作箱转运辊道连接，所述空工作箱转运辊道的输送方向与空工作箱集散辊道的输送方向垂直；所述中间辊道与对应的工作箱转运辊道垂直相交的区域设有仓储区；每条中间辊道的两侧分别设有烘烤装置，所述3DP打印设备的外举升机构的侧向分别设有清砂装置。本发明的生产线布置系统，将多台3DP打印设备、烘烤装置集中规划布置，通过多条输送转运路线，连接成一个闭环的生产系统，减少生产进行中个别设备的空闲时间，提高设备的使用效率，从而实现高效的3DP打印。
为合理适应生产线的需要，所述空工作箱集散辊道上设置有若干工作箱，所述工作箱的设置总数量是3DP打印设备设置总数量的1.5—2倍。
为进一步提高生产线的生产效率，本发明的第三个目的是提供一种上述生产线的循环打印方法，包括如下过程：打印开始时，空工作箱的起始位置为空工作箱集散辊道，当生产线有闲置等待打印的3DP打印设备时，空工作箱从空工作箱集散辊道分别输送至中间转运装置，再转运至相应的3DP打印设备的外辊道上，经外辊道输送至内辊道并对准内举升上侧的打印工位时，开始进行设定程序的3DP打印，打印结束后的工作箱再经内辊道输送至外辊道，进行工作箱中的残余粉料的去除和散砂清理工作，之后工作箱进入中间转运装置，经由换向装置进行90º的换向，向其中一侧的中间辊道方向输送进入空闲的烘烤装置进行烘烤，烘烤完毕后再经中间辊道转运至仓储区，将打印好的模型集中存放在该区；在仓储区，将打印好的模型搬离工作箱后，工作箱经由空工作箱转运辊道传送，并经换向装置，回到工作箱集散辊道等待下一次打印。本发明的打印方法，根据生产线上3DP打印设备和烘烤装置闲置情况，及时的将空工作箱和待烘烤的工作箱输送供应给相应的闲置设备，使生产线上各主要设备使用率高，从而提高生产线的效率。
本发明还提供第二种采用上述3DP打印设备的生产线布置方案，具体为：包括中间转运装置，所述中间转运装置两侧分别设有若干台所述3DP打印设备，所述3DP打印设备的外举升机构的侧向分别设有清砂装置，各3DP打印设备的外辊道与中间转运装置的衔接处设有过渡辊道，所述中间转运装置沿转运输送方向的两端分别延伸至3DP打印设备沿相同方向设置区域的外侧，所述中间转运装置的一端设有换向装置，所述换向装置一侧设有待烘烤工作箱缓存辊道，另一侧设有平行布排的转运辊道和工作箱集散辊道，所述转运辊道和工作箱集散辊道的另一端设有仓储区，所述换向装置相对中间转运装置的外侧设有烘烤装置。上述的生产线布置方案，将多台3DP打印设备、烘烤装置集中规划布置，通过垂直方向的两条输送线路，连接成一个半闭环循环的生产系统，减少生产进行中个别设备的空闲时间，提高设备的使用效率，从而实现高效的3DP打印。
采用上述第二种生产线布置方案的循环打印方法为：打印开始时工作箱的起始位置为工作箱集散辊道，当生产线上有空闲的3DP打印设备时，空工作箱经换向装置、中间转运装置进入空闲的3DP打印设备的外辊道、内辊道进入打印区域进行3DP打印；打印完成后的工作箱根据箱内材料的固化要求的不同择一选择地两条线路中的一条，其中第一条线路为工作箱在外举升处进行散砂清除，然后工作箱再经中间转运装置、换向装置进入烘烤装置进行烘烤，烘烤后的工作箱再经换向装置、转运辊道进入仓储区，将工作箱内打印的模型移动并存放在仓储区，空的工作箱返回至工作箱集散辊道，等待下一次循环打印；第二条线路为工作箱从3DP打印设备的外辊道进入中间转运装置，经换向装置后进入烘烤装置，烧烘后的工作箱再经换向装置、中间转运装置返回至生产线中闲置的3DP打印设备的外举升机构处进行散砂清除，然后再经中间转运装置、换向装置、转运辊道至仓储区将工作箱内的打印模型移出存放至仓储区，空工作箱返回工作箱集散辊道，等待下一次循环打印。本发明的上述生产线的循环打印方法结合打印用的铺粉材料及打印材料的粘结固化时间的不同，提供两条不同的循环打印线路，以适合不同的固化时间的要求，其中第一条线路，适合固化时间短的铺粉打印材料的3DP打印中，第二条线路适应固化时间长的铺粉打印材料的3DP打印中。
附图说明
图1为本发明的3DP打印设备的结构示意图。
图2为本发明的的3DP打印设备的铺粉单元和喷墨单元的工作路线示意图。
图3为工作箱进入打印区域的运动方向示意图。
图4为本发明的3DP打印设备的第一种生产线的布置示意图。
图5为本发明的3DP打印设备的第二种生产线的布置示意图。
其中，1 、3DP打印设备；10、工作箱；20、内举升机构；30、外举升机构；40、外辊道；50、内辊道；60、下层框架；70、上层框架； 80、喷墨运动系统；90、铺粉单元；100、供粉装置；110、清洗装置；120、清扫装置；130、喷墨单元；2、中间转运装置；3、空工作箱集散辊道；4、空工作箱转运辊道；5、仓储区；6、中间辊道；7、烘烤装置；8、9、11、换向装置；12转运辊道；13待烘烤工作箱转存辊道。
具体实施方式
实施例1
如图1至图3所示为本发明的3DP打印设备，包括框架组件和安装于框架组件上的铺粉单元90、供粉装置100，喷墨单元130、喷墨运行系统80、工作箱10，转运单元、内举升机构20、外举升机构30、附属单元和辅助单元，其中，框架组件包括上层框架70和下层框架60，铺粉单元90通过铺粉运动系统连接在下层框架60上可沿Y方向运动，喷墨单元130通过喷墨运动系统80连接在上层框架70上并可沿X和Y方向往复运动，转运单元包括用于输送工作箱10并具有驱动机构的外辊道40和内辊道50，内辊道50设置于铺粉单元90下侧的下层框架60内，外辊道40与内辊道50衔接便于工作箱的输送，内举升机构20设置于内辊道50的下侧，外举升机构30设置于外辊道40的下侧，以便于实现工作箱的升降。
本实施例的3DP打印设备中，喷墨单元130可沿X、Y两个方向运动，实现一个铺粉层上一个闭合回路的打印运动；喷墨单元130固定在喷墨运动系统80的运动单元上，喷墨单元130在喷墨运动系统80运动单元的带动下完成X方向和Y方向的往复运动；本实施例的喷墨单元130的打印闭合回路路径方向可沿XY/>X/>Y运动或沿Y/>X/>YX或X、Y同时运动的方式进行喷墨打印。铺粉单元90在铺粉运动系统的带动下沿Y方向往复移动铺粉运行。例如，图2所示，铺粉单元90沿 AB向进行铺粉运动，完成一层铺粉后，停在铺粉结束位，喷墨单元130沿C /> D /> E /> F/>C完成一个打印循环，其中D /> E和F/>C为打印头不打印的换行行程；喷墨打印结束后内举升机构20带动工作箱底板下降一下铺粉层，开始进行第二层打印。打印结束后经内辊道和外辊道输出进行清砂和烘烤。
实施例2
如图4所示为采用实施例1的3DP打印设备布置的生产线，包括中间转运装置2，中间转运装置2两侧分别设有若干台实施例1中所述的3DP打印设备1，各3DP打印设备1的外辊道40与中间转运装置2的衔接处设有过渡辊道，中间转运装置2沿转运输送方向的两端分别延伸至3DP打印设备1沿相同方向设置区域的外侧，中间转运装置2的一端垂直设有空工作箱集散辊道3，另一端垂直设有中间辊道6，中间转运装置2与空工作箱集散辊道3和中间辊道6垂直相交的位置均设有换向装置8和换向装置9，空工作箱集散辊道3向两端对称延伸至3DP打印设备1沿该方向设置区域的外侧并且经换向装置11与空工作箱转运辊道4连接，空工作箱转运辊道4的输送方向与空工作箱集散辊道3的输送方向垂直；中间辊道6与对应的工作箱转运辊道4垂直相交的区域设有仓储区5；每条中间辊道6的两侧分别设有烘烤装置7，3DP打印设备1的外举升机构的侧向分别设有清砂装置用于铺粉打印结束后的散砂清理。本实施例中，在空工作箱集散辊道上设有若干空的工作箱，工作箱的设置总数量为3DP打印设备在生产线的布置总数量的1.5—2倍，以满足生产线上循环打印的需要。本发明的生产线布置系统，根据3DP打印设备在生产线上的布置台数，在中间辊6的两侧设备适合数量的烘烤装置7，用于3DP打印后的模型内部粉料和喷墨液之间的固化粘接，空工作箱集散辊道3上停放若干台空工作箱，用于向各准备打印的3DP打印设备1输送进行铺粉打印，仓储区5用于存放打印并烘烤后的模型产品。因此，本发明的生产线布置系统，根据3DP模型打印的工序特点，将多台3DP打印设备1、烘烤装置7集中规划布置，通过多条输送转运路线，连接成一个闭环的生产系统，使工作箱在生产线上循环使用，及时供应给空闲的3DP打印设备，减少生产进行中各设备的空闲时间，提高设备的使用效率，从而实现生产线高效的3DP打印。
实施例3
本实施例为实施例2中的3DP打印生产线的循环打印方法，包括如下过程：打印开始时，空工作箱的起始位置为空工作箱集散辊道3，当生产线有闲置等待打印的3DP打印设备1时，空工作箱从空工作箱集散辊道3分别换向装置8输送至中间转运装置2，再转运至相应的3DP打印设备1的外辊道上，经外辊道输送至内辊道并对准内举升上侧的打印工位时，开始进行设定程序的3DP打印，打印结束后的工作箱再经内辊道输送至外辊道，进行工作箱中的残余粉料的去除和散砂清理工作，之后工作箱进入中间转运装置2，经由换向装置9进行90º的换向，向其中一侧的中间辊道6方向输送进入空闲的烘烤装置7进行烘烤，烘烤完毕后再经中间辊道6转运至仓储区5，将打印好的模型集中存放在该区；在仓储区5，将将打印好的模型搬离工作箱后，空的工作箱经由空工作箱转运辊道4传送，并经换向装置11，回到工作箱集散辊道3等待下一次打印。本发明的打印方法，根据生产线上3DP打印设备1和烘烤装置7闲置情况，及时的将空工作箱和待烘烤的工作箱输送供应给相应的闲置设备，使生产线上各主要设备使用率高，从而提高生产线的效率。
实施例4
如图5所示为采用实施例1的3DP打印设备布置的生产线的第二种情况，包括中间转运装置2，中间转运装置2两侧分别设有若干台3DP打印设备1，各3DP打印设备1的外举升机构的侧向分别设有清砂装置，各3DP打印设备1的外辊道与中间转运装置2的衔接处设有过渡辊道，中间转运装置2沿转运输送方向的两端分别延伸至3DP打印设备沿相同方向设置区域的外侧，中间转运装置1的一端设有换向装置8，换向装置8一侧设有待烘烤工作箱缓存辊道13，另一侧设有平行布排的转运辊道12和工作箱集散辊道3，转运辊道12和工作箱集散轨道3的另一端设有仓储区，换向装置8相对中间转运装置的外侧设有烘烤装置7。
采用本实施例的生产线布置方案的循环打印方法为：打印开始时工作箱的起始位置为工作箱集散道3，当生产线上有空闲的3DP打印设备时，空工作箱经换向装置8、中间转运装置2进入空闲的3DP打印设备的外辊道、内辊道进入打印区域进行3DP打印；打印完成后的工作箱根据箱内材料的固化要求的不同择一选择两条线路中的一条，其中第一条线路为工作箱在外举升处进行散砂清除，清砂后的工作箱再经中间转运装置2、到达换向装置8，当烘烤装置7空闲时直接进入烘烤装置7进行烘烤，当烘烤装置7正在工作时将待烘烤的工作箱转入待烘烤工作箱集散辊道4，等待烘烤装置7空闲后，转入烘烤装置7，烘烤后的工作箱再经换向装置8、转运辊道12进入仓储区5，将工作箱内打印的模型移动并存放在仓储区5，空的工作箱返回至工作箱集散辊道3，等待下一次循环打印；第二条线路为工作箱从3DP打印设备的外辊道进入中间转运装置，到达换向装置8，当烘烤装置7空闲时直接进入烘烤装置7进行烘烤，当烘烤装置7正在工作时将待烘烤的工作箱转入待烘烤工作箱缓存辊道13，等待烘烤装置7空闲后，转入烘烤装置7，烧烘后的工作箱再经换向装置8、中间转运装置2返回至生产线中闲置的3DP打印设备的外举升机构处进行散砂清除，然后再经中间转运装置2、换向装置8、转运辊道12至仓储区5将工作箱内的打印模型移出存放至仓储区5，空工作箱返回工作箱集散辊道3，等待下一次循环打印。本发明的上述生产线的循环打印方法结合打印用的铺粉材料及打印材料的粘结固化时间的不同，提供两条不同的循环打印线路，以适合不同的固化时间的要求，其中第一条线路，适合固化时间短的铺粉打印材料的3DP打印中，第二条线路适应固化时间长的铺粉打印材料的3DP打印中。
Claims (6)
1.一种3DP打印设备，包括框架组件和安装于框架组件上的铺粉单元、铺粉运动系统，供粉装置，喷墨单元、喷墨运行系统、工作箱，转运单元、内举升机构、外举升机构、附属单元和辅助单元，其特征在于，
所述框架组件包括上层框架和下层框架，所述铺粉单元通过铺粉运动系统连接在下层框架上可沿Y方向运动，所述喷墨单元通过喷墨运动系统连接在上层框架上并可沿X和Y方向往复运动，所述转运单元包括用于输送工作箱并具有驱动机构的外辊道和内辊道，所述外辊道与所述内辊道的输送方向与所述工作箱的进出方向一致；所述内辊道设置于铺粉单元下侧的下层框架内，所述外辊道与内辊道衔接，所述内举升机构设置于内辊道的下侧，所述外举升机构设置于外辊道的下侧。
2.一种采用权利要求1所述的3DP打印设备的生产线，其特征在于，
包括中间转运装置，所述中间转运装置两侧分别设有若干台所述3DP打印设备，各3DP打印设备的外辊道与中间转运装置的衔接处设有过渡辊道，所述中间转运装置沿转运输送方向的两端分别延伸至3DP打印设备沿相同方向设置区域的外侧，所述中间转运装置的一端垂直设有空工作箱集散辊道，另一端垂直设有中间辊道，所述中间转运装置与空工作箱集散辊道和中间辊道垂直相交的位置均设有换向装置，所述空工作箱集散辊道向两端对称延伸至3DP打印设备沿该方向设置区域的外侧并且经换向装置与空工作箱转运辊道连接，所述空工作箱转运辊道的输送方向与空工作箱集散辊道的输送方向垂直；所述中间辊道与对应的空工作箱转运辊道垂直相交的区域设有仓储区；每条中间辊道的两侧分别设有烘烤装置，所述3DP打印设备的外举升机构的侧向分别设有清砂装置。
3.根据权利要求2所述的生产线，其特征在于，
所述空工作箱集散辊道上设置有若干工作箱，所述工作箱的设置总数量是3DP打印设备设置总数量的1.5—2倍。
4.一种权利要求2或3所述的生产线的循环打印方法，其特征在于，
包括如下过程：打印开始时，空工作箱的起始位置为空工作箱集散辊道，当生产线有闲置等待打印的3DP打印设备时，空工作箱从空工作箱集散辊道分别输送至中间转运装置，再转运至相应的3DP打印设备的外辊道上，经外辊道输送至内辊道并对准内举升上侧的打印工位时，开始进行设定程序的3DP打印，打印结束后的工作箱再经内辊道输送至外辊道，进行工作箱中的残余粉料的去除和散砂清理工作，之后工作箱进入中间转运装置，经由换向装置换向，经过两侧其中一侧的中间辊道进入空闲的烘烤装置进行烘烤，烘烤完毕后再经中间辊道转运至仓储区，将打印好的模型集中存放在该区；在仓储区，通过人工或动化设备将打印好的模型搬离工作箱后，工作箱经由空工作箱转运辊道传送，并经换向装置，回到工作箱集散辊道等待下一次打印。
5.一种采用权利要求1所述的3DP打印设备的生产线，其特征在于，
包括中间转运装置，所述中间转运装置两侧分别设有若干台所述3DP打印设备，所述3DP打印设备的外举升机构的侧向分别设有清砂装置，各3DP打印设备的外辊道与中间转运装置的衔接处设有过渡辊道，所述中间转运装置沿转运输送方向的两端分别延伸至3DP打印设备沿相同方向设置区域的外侧，所述中间转运装置的一端设有换向装置，所述换向装置一侧设有待烘烤工作箱缓存辊道，另一侧设有平行布排的转运辊道和工作箱集散辊道，所述转运辊道和工作箱集散辊道的另一端设有仓储区，所述换向装置相对中间转运装置的外侧设有烘烤装置。
6.一种权利要求5所述的生产线的循环打印方法，其特征在于，
打印开始时工作箱的起始位置为工作箱集散辊道，当生产线上有空闲的3DP打印设备时，空工作箱经换向装置、中间转运装置进入空闲的3DP打印设备的外辊道、内辊道进入打印区域进行3DP打印；
打印完成后的工作箱根据箱内材料的固化要求的不同择一选择地两条线路中的一条，其中第一条线路为工作箱在外举升处进行散砂清除，然后工作箱再经中间转运装置、换向装置进入烘烤装置进行烘烤，烘烤后的工作箱再经换向装置、转运辊道进入仓储区，将工作箱内打印的模型移动并存放在仓储区，空的工作箱返回至工作箱集散辊道，等待下一次循环打印；第二条线路为工作箱从3DP打印设备的外辊道进入中间转运装置，经换向装置后进入烘烤装置，烧烘后的工作箱再经换向装置、中间转运装置返回至生产线中闲置的3DP打印设备的外举升机构处进行散砂清除，然后再经中间转运装置、换向装置、转运辊道至仓储区将工作箱内的打印模型移出存放至仓储区，空工作箱返回工作箱集散辊道，等待下一次循环打印。
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