CN109732914B - 一种无冗余层叠增材的制造工艺及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增材制造技术领域，提供了一种无冗余层叠增材的制造工艺及制造装置，该工艺将增材片层分为模型区域、模型冗余区域和模型外区域；切割所述模型冗余区域，利用材料自身重力与气体流动去除所述模型冗余区域；将所述模型区域与上一层粘结压实；切割所述模型区域，分离所述模型区域和所述模型外区域；铺放下一层增材片层，重复上述步骤直至完成三维立体模型。同时还提供了一种实现上述工艺的无冗余层叠增材的制造装置。本发明解决了传统技术中需要极大的后处理工作量清理固化的多余结构，打印模型结构变形，无法制造中空、闭孔结构的技术难题；大幅提高层叠增材的制造技术水平，极大拓宽该技术的应用领域，具有广阔的应用前景。

Description

一种无冗余层叠增材的制造工艺及制造装置

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种无冗余层叠增材的制造工艺及制造装置。

背景技术

层叠实体制造(LaminatedObjectManufacturing,LOM)，又称层叠增材制造技术，是当前世界范围内最早出现的增材制造技术，其工作原理如下：激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的片材进行切割。切割完一层后，送料机构将新的一层片材叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再次重复进行切割。通过逐层地黏合、切割，最终制成三维物件。

由于该技术制造的过程中随层冗余结构无法去除，需要极大的后处理工作量清理固化的多余结构，不但容易造成打印模型结构变形，而且对于一些增材制造常见的中空、闭孔结构内部的冗余材料无法清除，所以无法制造中空等复杂结构零件。

发明内容

本发明的目的就是解决上述技术问题，提供了一种无冗余层叠增材的制造工艺及制造装置，对传统层叠加技术进行改进，分别对模型冗余区域与模型区域进行切割，利用重力与气流将切除的模型冗余部分从增材片层上清楚，对模型的实体部分分层粘结，最终形成无冗余的叠层制造。

本发明的技术方案如下：

一种无冗余层叠增材的制造工艺，包括如下步骤：

S1、铺放增材片层，增材片层分为模型区域、模型冗余区域和模型外区域；

S2、切割所述模型冗余区域，利用材料自身重力与气流流动去除所述模型冗余区域；

S3、将所述模型区域与上一层粘结压实；

S4、切割所述模型区域，分离所述模型区域和所述模型外区域；

S5、铺放下一层增材片层，重复步骤S1-S4，直至完成层叠增材的制造(三维立体模型)。

进一步的，步骤S2中，气流流动由吹风装置提供，包括向下吹风和侧吹风，或仅有向下吹风。

进一步的，步骤S3中，通过热压辊将所述模型区域与上一层粘结压实。

进一步的，切割为机械切割或高能束切割。

进一步的，所述机械切割通过切割刀具进行；高能束包括飞秒、皮秒激光束.。

进一步的，所述增材片层的材质为纸、高聚物、铝、铜、钛或铁。

本发明还提供了一种无冗余层叠增材的制造装置，包括工作台、送材卷轴、收集卷轴、选区线光源、切割器、热压辊、吹风装置；

所述工作台为移动机构，位于所述送材卷轴、收集卷轴的上方；所述送材卷轴、收集卷轴分别设置于所述工作台的两侧；

所述吹风装置包括第一吹风器，所述第一吹风器设置于所述工作台上方，提供向下风力；

所述切割器设置于所述送材卷轴、收集卷轴的下方；

所述热压辊位于增材片层下方，用于对增材片层进行滚压粘结。

进一步的，所述吹风装置还包括第二吹风器，所述第二吹风器设置于所述送材卷轴的一侧，或所述收集卷轴的一侧，用于提供侧吹风力。

进一步的，所述切割器为机械切割器或高能束。

进一步的，增材片层从所述送材卷轴输送到所述工作台下方，增材片层分为模型区域、模型冗余区域和模型外区域；

所述切割器切割所述模型冗余区域；

开启第一吹风器、第二吹风器，吹落所述模型冗余区域的增材，使所述模型冗余区域的增材与增材片层分离；

所述工作台下移与增材片层接触；利用增材片层下方的所述热压辊将增材片层的模型区域与上一层粘结压实；

所述切割器沿所述模型区域的轮廓线进行切割；

所述工作台上移，带动所述模型区域与增材片层的剩余部分分离；

所述收集卷轴回收增材片层的剩余部分，并铺放下一层的增材片层。

本发明的有益效果为：传统层叠增材制造由于随层冗余结构的存在，需要极大的后处理工作量清理固化的多余结构，不但容易造成打印模型结构变形，而且对于一些增材制造常见的中空、闭孔结构内部的冗余材料无法清除，极大的限制了该技术的应用；针对这一问题，本发明将传统叠层制造机构进行改进，区分冗余/模型区域，可随层去除冗余部分，提高了制造技术水平，将极大的拓宽该技术应用领域，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为模型(打印零件)截层示意图。

图2为本发明实施例一种无冗余层叠增材的制造装置及制造工艺的示意图；

2-a为模型冗余区域去除；2-b为粘结压实；2-c为模型区域切割；2-d为铺放新增材片层。

其中：1-模型冗余区域(需去除部分)；2-模型区域(零件需打印实体部分)；3-模型外区域(剩余回收部分)；4-工作台；5-(立体模型)零件已完成部分；6-收集卷轴；7-向下吹风(第一吹风器)；8-侧吹风(第二吹风器)；9-切割器；10-被切除的冗余增材；11-热压辊；12-送材卷轴。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

本发明实施例一种无冗余层叠增材的制造工艺，包括如下步骤：

S1、铺放增材片层，增材片层分为模型区域2、模型冗余区域1和模型外区域3；增材片层为材质为纸、高聚物、铝、铜、钛或铁等金属；

S2、切割所述模型冗余区域1(沿轮廓线)，利用材料自身重力与气流流动去除所述模型冗余区域1；风力由吹风装置提供，可包括向下吹风7，优选的，也可以同时具有向下吹风7和侧吹风8；

S3、将所述模型区域2与上一层粘结压实；优选的，通过热压辊11实现粘结压实；所述上一层指的是立体模型的上一层；

S4、切割所述模型区域2(沿轮廓线)，分离所述模型区域2和所述模型外区域3；

S5、铺放下一层增材片层，重复步骤S1-S4，直至完成层叠增材的制造(三维立体模型)优选的，切割为机械切割或高能束切割，所述机械切割通过切割刀具进行；高能束包括飞秒、皮秒激光束.。

如图2所示，本发明实施例一种无冗余层叠增材的制造装置，包括工作台4、送材卷轴12、收集卷轴6、切割器9、热压辊11、吹风装置；所述工作台4为移动机构，位于所述送材卷轴12、收集卷轴6的上方；所述送材卷轴12、收集卷轴6分别设置于所述工作台4的两侧；所述吹风装置包括第一吹风器7，所述第一吹风器7设置于所述工作台4上方，提供向下风力；所述切割器9设置于所述送材卷轴12、收集卷轴6的下方；所述热压辊11位于增材片层下方，用于对增材片层进行滚压粘结。

优选的，所述吹风装置还包括第二吹风器8，所述第二吹风器8设置于所述送材卷轴12的一侧，或所述收集卷轴6的一侧，用于提供侧吹风力。

利用如图2所示的制造装置进行无冗余层叠增材的制造的流程如下：

增材片层从所述送材卷轴12输送到所述工作台4下方，增材片层分为模型区域2、模型冗余区域1和模型外区域3；所述切割器9切割所述模型冗余区域1；开启第一吹风器7、第二吹风器8，吹落所述模型冗余区域1的增材，使所述模型冗余区域1的增材与增材片层分离，如图2-a所示。优选的，工作台4既可以上下移动，同时也可以前后移动(图2-a中垂直于纸面方向)，当工作台4前后移动到设定位置后，工作台4不再阻挡吹风装置的风路，设置于工作台4上方的第一吹风器7开始工作。另一种可选的方式是：第一吹风器7设置于工作台4的周边，第一吹风器7的风路不经过工作台4。只要能提供向下风力的第一吹风器7的所有设置方式，均应涵盖在本申请的保护范围内。

所述工作台4下移与增材片层接触；利用增材片层下方的所述热压辊11将增材片层的模型区域2与上一层粘结压实，如图2-b所示。

所述切割器9沿所述模型区域2的轮廓线进行切割，如图2-c所示。

所述工作台4上移，带动所述模型区域2与增材片层的剩余部分分离；所述收集卷轴6回收增材片层的剩余部分，同时铺放下一层的增材片层，如图2-d所示；

重复上述步骤，直至最终完成立体模型(零件)的制造。

本发明改进了传统增材制造的流程，首先切割并利用材料自身重力与气体流动去除模型冗余区域，然后切割模型区域，并通过工作台上移完成模型区域与剩余增材片层的分离；解决了传统增材制造技术无法去除冗余造成的打印模型结构变形，无法制造中空、闭孔结构的技术难题。本发明的制造装置对传统装置进行了倒置，采用工作台在上，增材及切割、热压辊在下的设计方案，并配备吹风装置去除模型冗余；结构新颖精巧，使用效果好，具有广阔应用前景。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种无冗余层叠增材的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、铺放增材片层，增材片层分为模型区域、模型冗余区域和模型外区域；

S2、切割所述模型冗余区域，利用材料自身重力与气体流动去除所述模型冗余区域；

S3、将所述模型区域与上一层粘结压实；

S4、切割所述模型区域，分离所述模型区域和所述模型外区域；

S5、铺放下一层增材片层，重复步骤S1-S4，直至完成层叠增材的制造。

2.如权利要求1所述的无冗余层叠增材的制造工艺，其特征在于，步骤S2中，气流流动由吹风装置提供，包括向下吹风和侧吹风，或仅有向下吹风。

3.如权利要求1所述的无冗余层叠增材的制造工艺，其特征在于，步骤S3中，通过热压辊将所述模型区域与上一层粘结压实。

4.如权利要求1所述的无冗余层叠增材的制造工艺，其特征在于，切割为机械切割或高能束切割。

5.如权利要求4所述的无冗余层叠增材的制造工艺，其特征在于，所述机械切割通过切割刀具进行；高能束包括飞秒激光束、皮秒激光束。

6.如权利要求1-5任一项所述的无冗余层叠增材的制造工艺，其特征在于，所述增材片层的材质为纸、高聚物、铝、铜、钛或铁。

7.一种无冗余层叠增材的制造装置，其特征在于，包括工作台、送材卷轴、收集卷轴、选区线光源、切割器、热压辊、吹风装置；

所述工作台为移动机构，位于所述送材卷轴、收集卷轴的上方；所述送材卷轴、收集卷轴分别设置于所述工作台的两侧；

所述吹风装置包括第一吹风器，所述第一吹风器设置于所述工作台上方，提供向下风力；

所述切割器设置于所述送材卷轴、收集卷轴的下方；

所述热压辊位于增材片层下方，用于对增材片层进行滚压粘结。

8.如权利要求7所述的无冗余层叠增材的制造装置，其特征在于，所述吹风装置还包括第二吹风器，所述第二吹风器设置于所述送材卷轴的一侧，或所述收集卷轴的一侧，用于提供侧吹风力。

9.如权利要求7或8所述的无冗余层叠增材的制造装置，其特征在于，所述切割器为机械切割器或高能束。

10.如权利要求8所述的无冗余层叠增材的制造装置，其特征在于，

增材片层从所述送材卷轴输送到所述工作台下方，增材片层分为模型区域、模型冗余区域和模型外区域；

所述切割器切割所述模型冗余区域；

开启第一吹风器、第二吹风器，吹落所述模型冗余区域的增材，使所述模型冗余区域的增材与增材片层分离；

所述工作台下移与增材片层接触；利用增材片层下方的所述热压辊将增材片层的模型区域与上一层粘结压实；

所述切割器沿所述模型区域的轮廓线进行切割；

所述工作台上移，带动所述模型区域与增材片层的剩余部分分离；

所述收集卷轴回收增材片层的剩余部分，并铺放下一层的增材片层。

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