CN110340670A - 一种桌面式金属-塑料增减材复合制造设备 - Google Patents

一种桌面式金属-塑料增减材复合制造设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种桌面式金属‑塑料增减材复合制造设备，包括设备底座、固定安装于设备底座上端面左侧的旋转平台和固定安装于设备底座上端面右侧的打印工作台，旋转平台上端面外缘沿周向均匀地固定安装有塑料增材装置、金属增材装置和减材装置，旋转平台可带动其上的塑料增材装置、金属增材装置和减材装置旋转至打印工作台上方，进行打印作业。本发明的桌面式金属‑塑料增减材复合制造设备结构简单，适用性强。其通过旋转平台，可实现塑料增材装置、金属增材装置和减材装置间的切换，可提高工作效率。三个装置相对独立，工作时相互不受影响，可保证工件的增材质量稳定性。本发明的增减材复合制造设备适用于打印体积大的工件。

Description

一种桌面式金属-塑料增减材复合制造设备
技术领域
本发明属于增材制造领域，涉及一种桌面式金属-塑料增减材复合制造设备。
背景技术
增材制造技术是通过材料的有序累加或堆积形成三维实体，因其具有材料利用率高、可实现复杂零部件的一体化成形等优势，增材制造技术在航空航天、核能、海洋工程、汽车工程等领域的工业具有非常广阔的前景。
但是，增材技术目前来说难以媲美已经发展了数百年的减材工艺，所打印出的成品往往表面质量很差，因此，现在市场上主流的都是结合增材技术和减材技术两者优势的增减复合设备，既能提高材料的利用率，打印出的成品表面质量也比单一的增材设备要高。
遗憾的是，现有的增减复合设备一般结构复杂，增材与减材又共享同一个工位，增、减材工位进行切换时耗费大量的时间，大大降低了工作效率，而结构简单的增减复合设备功能单一，往往只能加工体积小，结构相对简单的工件。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种结构简单、效率高，并适用于打印大体积工件的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备。
本发明所采用的技术方案为：
一种桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，包括设备底座、固定安装于所述设备底座上端面左侧的旋转平台和固定安装于所述设备底座上端面右侧的打印工作台，所述旋转平台上端面外缘沿周向均匀地固定安装有塑料增材装置、金属增材装置和减材装置，所述旋转平台可带动其上的所述塑料增材装置、所述金属增材装置和所述减材装置旋转至所述打印工作台上方，进行打印作业；
所述打印工作台包括打印平台底座、第四滑台、第四步进电机、第五滑台、第五步进电机和打印平台；所述打印平台底座水平设置并焊接固定在所述设备底座上端面右侧，所述第四滑台横向设置，并通过螺钉固定于所述打印平台底座的上端面上；所述第四步进电机固定于所述第四滑台的左端，用于驱动所述第四滑台上的滑块作水平横向移动；所述第五滑台垂直于所述第四滑台设置，所述第五滑台底部通过滑台间连接板固定在所述第四滑台的滑块的上端面上；所述第五步进电机固定于所述第五滑台的前端，用于驱动所述第五滑台的滑块作水平移动；所述打印平台通过螺钉固定在所述第五滑台的滑块的上端面上。
进一步地，所述旋转平台包括交流伺服电机、转轴、旋转平台底座、旋转平台上盖和回转轴承；所述旋转平台底座底部固定设置有4个支撑杆，所述4个支撑杆各自的底部分别与所述设备底座上端面焊接相连；所述交流伺服电机设置在所述旋转平台底座下方中心位置，所述交流伺服电机的输出轴通过联轴器与所述转轴相连；所述回转轴承固定在所述旋转平台底座上，所述旋转平台上盖位于所述回转轴承上方，并与所述回转轴承间隙配合；所述转轴向上穿过所述旋转平台底座，所述转轴的端部与所述旋转平台上盖通过螺栓固定连接，所述交流伺服电机驱转旋转所述平台上盖。
进一步地，所述塑料增材装置包括第一支架、绕线轮、第一步进电机、第一滑台和热熔挤压头；所述第一支架为门型结构，其底部通过螺钉固定在所述旋转平台上盖边缘位置；所述绕线轮固定于所述第一支架后侧顶部中间位置，用于为所述热熔挤压头送料；所述第一滑台竖直向下设置，并通过第一连接板固定于所述第一支架前侧中间位置，所述第一滑台底部与所述旋转平台上盖间留有间隙；所述第一步进电机固定于所述第一滑台上部，用于驱动所述第一滑台上的滑块上下移动；所述热熔挤压头通过螺钉固定于所述第一滑台的滑块上，所述热熔挤压头竖直向下设置。
进一步地，所述金属增材装置包括第二支架、第二步进电机、第二滑台和激光熔覆头；所述第二支架为门型结构，其底部通过螺钉固定在所述旋转平台上盖边缘位置；所述第二滑台竖直向下设置，并通过第二连接板固定于所述第二支架前侧中间位置，所述第二滑台底部与所述旋转平台上盖间留有间隙；所述第二步进电机固定于所述第二滑台上部，用于驱动所述第二滑台上的滑块上下移动；所述激光熔覆头通过螺钉固定于所述第二滑台的滑块上，所述激光熔覆头竖直向下设置。
进一步地，所述激光熔覆头采用同轴送粉喷头或光内送粉喷头。
进一步地，所述减材装置包括第三支架、第三步进电机、第三滑台和减材主轴头；所述第三支架为门型结构，其底部通过螺钉固定在所述旋转平台上盖边缘位置；所述第三滑台竖直向下设置，并通过第三连接板固定于所述第三支架前侧中间位置，所述第三滑台底部与所述旋转平台上盖间留有间隙；所述第三步进电机固定于所述第三滑台上部，用于驱动所述第三滑台上的滑块上下移动；所述减材主轴头通过螺钉固定于所述第三滑台的滑块上，所述减材主轴头竖直向下设置。
进一步地，所述第一支架、所述第二支架和所述第三支架三者间，两两通过连接架焊接固定，所述连接架为截面为矩形的柱体，两端开有与支架匹配的斜口，所述连接架与支架的焊接位置为各支架的顶部。
进一步地，所述第一支架、所述第二支架和所述第三支架均可固定配重块，配重块固定在各支架顶部，使所述旋转平台平稳旋转，所述回转轴承均匀磨损。
本发明的有益效果是：
本发明的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备结构简单，适用性强。其通过旋转平台，实现塑料增材装置、金属增材装置和减材装置间的切换，可提高工作效率。三个装置相对独立，工作时相互不受影响，可保证工件的增材质量稳定性。此外，第四滑台和第五滑台配合，使得本发明的设备适用于打印体积大的工件。
附图说明
图1为本发明的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备的整体结构示意图；
图2为旋转平台的结构示意图；
图3为图2的剖视图；
图4为塑料增材装置的结构示意图；
图5为金属增材装置的结构示意图；
图6为减材装置的结构示意图；
图7为打印工作台的结构示意图；
图8为本发明的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备的俯视图；
附图标记：1-设备底座，2-旋转平台，21-支撑杆，22-交流伺服电机，23-联轴器，24-转轴，25-旋转平台底座，26-旋转平台上盖，27-回转轴承；3-塑料增材装置，31-第一支架，32-第一连接板，33-绕线轮，34-第一步进电机，35-第一滑台，36-热熔挤压头；4-金属增材装置，41-第二支架，42-第二连接板，43-第二步进电机，44-第二滑台，45-激光熔覆头；5-减材装置，51-第三支架，52-第三连接板，53-第三步进电机，54-第三滑台，55-减材主轴头；6-打印工作台，61-打印平台底座，62-第四滑台，63-第四步进电机，64-第五滑台，65-第五步进电机，66-滑台间连接板，67-打印平台；7-连接架。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1所示的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，包括设备底座1、旋转平台2、塑料增材装置3、金属增材装置4、减材装置5和打印工作台6。
设备底座1为水平设置的矩形板，旋转平台2固定安装于设备底座1上端面左侧，旋转平台2上端面外缘沿周向均匀地固定安装塑料增材装置3、金属增材装置4和减材装置5，打印工作台6固定安装于设备底座1上端面右侧，且打印工作台6位于旋转平台2右侧。旋转平台2带动其上的塑料增材装置3、金属增材装置4和减材装置5旋转至打印工作台6上方，进行打印作业。
具体地，如图2和图3所示，旋转平台2包括支撑杆21、交流伺服电机22、转轴24、旋转平台底座25、旋转平台上盖26和回转轴承27。旋转平台底座25底部固定设置有4个支撑杆21，4个支撑杆21各自的底部分别与设备底座1上端面焊接相连。交流伺服电机22设置在旋转平台底座25下方中心位置，交流伺服电机22的输出轴通过联轴器23与转轴24相连。回转轴承27固定在旋转平台底座25上，旋转平台上盖26位于回转轴承27上方，并与回转轴承27间隙配合。转轴24向上穿过旋转平台底座25，转轴24的端部与旋转平台上盖26通过螺栓固定连接，从而，交流伺服电机22可驱转旋转平台上盖26。
如图4所示，塑料增材装置3包括第一支架31、绕线轮33、第一步进电机34、第一滑台35和热熔挤压头36。第一支架31为门型结构，其上设有两道横梁，第一支架31底部通过螺钉固定在旋转平台上盖26边缘位置。绕线轮33固定于第一支架31后侧顶部中间位置，用于为热熔挤压头36送料。第一滑台35竖直向下设置，第一滑台35背侧焊有第一连接板32，第一连接板32焊接固定于第一支架31前侧中间位置。第一步进电机34固定于第一滑台35上部，用于驱动第一滑台35上的滑块上下移动。热熔挤压头36通过螺钉固定于第一滑台35的滑块上，热熔挤压头36竖直向下设置。
如图5所示，金属增材装置4包括第二支架41、第二步进电机43、第二滑台44和激光熔覆头45。第二支架41与第一支架31结构相同，同样为门型结构，并通过螺钉固定在旋转平台上盖26边缘位置。第二滑台44竖直向下设置，第二滑台44背侧焊有第二连接板42，第二连接板42焊接固定于第二支架41前侧中间位置。第二步进电机43固定于第二滑台44上部，用于驱动第二滑台44上的滑块上下移动。激光熔覆头45通过螺钉固定于第二滑台44的滑块上，激光熔覆头45竖直向下设置。本实施例中，激光熔覆头45采用同轴送粉喷头或光内送粉喷头。
如图6所示，减材装置5包括第三支架51、第三步进电机53、第三滑台54和减材主轴头55。第三支架51与第一支架31结构相同，同样为门型结构，并通过螺钉固定在旋转平台上盖26边缘位置。第三滑台54竖直向下设置，第三滑台54背侧焊有第三连接板52，第三连接板52焊接固定于第三支架51前侧中间位置。第三步进电机53固定于第三滑台54上部，用于驱动第三滑台54上的滑块上下移动。减材主轴头55通过螺钉固定于第三滑台54的滑块上，减材主轴头55竖直向下设置。
第一滑台35、第二滑台44和第三滑台54各自的底部与旋转平台上盖26间均留有间隙。从上往下看，热熔挤压头36、激光熔覆头45和减材主轴头55均位于旋转平台上盖26外侧，第一支架31、第二支架41和第三支架51呈正三角形布置。
如图7所示，打印工作台6包括打印平台底座61、第四滑台62、第四步进电机63、第五滑台64、第五步进电机65和打印平台67。打印平台底座61呈矩形，水平设置并焊接固定在设备底座1上端面右侧，第四滑台62平行于设备底座1的边横向设置，打印平台底座61开有与第四滑台62上的贯通螺孔匹配的螺孔，第四滑台62通过螺钉固定于打印平台底座61的上端面上。第四步进电机63固定于第四滑台62的左端，用于驱动第四滑台62上的滑块作水平横向移动。第五滑台64垂直于第四滑台62设置，第五滑台64底部焊有滑台间连接板66，滑台间连接板66焊接固定在第四滑台62的滑块的上端面上。第五步进电机65固定于第五滑台64的前端，用于驱动第五滑台64的滑块作水平移动。打印平台67为一块矩形板，其上开有与第五滑台64的滑块匹配的通孔，打印平台67通过螺钉固定在第五滑台64的滑块的上端面上，热熔挤压头36、激光熔覆头45和减材主轴头55分别在打印平台67上完成增、减材操作。
此外，参见图8，本实施例中，第一支架31、第二支架41和第三支架51三者间，两两通过连接架7焊接固定，连接架7为截面呈矩形的柱体，两端开有与支架匹配的斜口，连接架7与支架的焊接位置为各支架的顶部。
需要指出，塑料增材装置3、金属增材装置4和减材装置5三者各自的支架上均可固定设置配重块，配重块固定在各支架顶部，以保证三个装置的重量大体相等，进而保证三个装置转换时的旋转平稳性和回转轴承27磨损的均匀性。旋转平台上盖26可拆卸，便于对磨损的回转轴承27进行保养、更换。
本发明的金属-塑料增减材复合制造设备的具体使用方法为：根据所需制备工件的材料，将塑料增材装置3或金属增材装置4调整至打印工作台6上方位置。塑料增材装置3通过第一支架31后侧的绕线轮33进行送料，金属增材装置4的激光熔覆头45属于同步式激光熔覆，将熔覆材料以粉末的形式直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。
当需要切换加工材料时，通过交流伺服电机22驱转旋转平台上盖26进行切换。打印过程中如有打印错误，将减材装置5旋转至打印工作台6上方位置，将错误的打印层去除。交流伺服电机22在装置切换完成后可自动断电自锁，以保证各装置的位置精度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，其特征在于，包括设备底座(1)、固定安装于设备底座(1)上端面左侧的旋转平台(2)和固定安装于设备底座(1)上端面右侧的打印工作台(6)，旋转平台(2)上端面外缘沿周向均匀地固定安装有塑料增材装置(3)、金属增材装置(4)和减材装置(5)，旋转平台(2)可带动其上的塑料增材装置(3)、金属增材装置(4)和减材装置(5)旋转至打印工作台(6)上方，进行打印作业；
打印工作台(6)包括打印平台底座(61)、第四滑台(62)、第四步进电机(63)、第五滑台(64)、第五步进电机(65)和打印平台(67)；打印平台底座(61)水平设置并固定在设备底座(1)上端面右侧，第四滑台(62)横向设置，并通过螺钉固定于打印平台底座(61)的上端面上；第四步进电机(63)固定于第四滑台(62)的左端，用于驱动第四滑台(62)上的滑块作水平横向移动；第五滑台(64)垂直于第四滑台(62)设置，第五滑台(64)底部通过滑台间连接板(66)固定在第四滑台(62)的滑块的上端面上；第五步进电机(65)固定于第五滑台(64)的前端，用于驱动第五滑台(64)的滑块作水平移动；打印平台(67)通过螺钉固定在第五滑台(64)的滑块的上端面上。
2.根据权利要求1所述的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，其特征在于，旋转平台(2)包括交流伺服电机(22)、转轴(24)、旋转平台底座(25)、旋转平台上盖(26)和回转轴承(27)；旋转平台底座(25)底部固定设置有4个支撑杆(21)，4个支撑杆(21)各自的底部分别与设备底座(1)上端面焊接相连；交流伺服电机(22)设置在旋转平台底座(25)下方中心位置，交流伺服电机(22)的输出轴通过联轴器(23)与转轴(24)相连；回转轴承(27)固定在旋转平台底座(25)上，旋转平台上盖(26)位于回转轴承(27)上方，并与回转轴承(27)间隙配合；转轴(24)向上穿过旋转平台底座(25)，转轴(24)的端部与旋转平台上盖(26)通过螺栓固定连接，交流伺服电机(22)驱转旋转平台上盖(26)。
3.根据权利要求2所述的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，其特征在于，塑料增材装置(3)包括第一支架(31)、绕线轮(33)、第一步进电机(34)、第一滑台(35)和热熔挤压头(36)；第一支架(31)为门型结构，其底部通过螺钉固定在旋转平台上盖(26)边缘位置；绕线轮(33)固定于第一支架(31)后侧顶部中间位置，用于为热熔挤压头(36)送料；第一滑台(35)竖直向下设置，并通过第一连接板(32)固定于第一支架(31)前侧中间位置，第一滑台(35)底部与旋转平台上盖(26)间留有间隙；第一步进电机(34)固定于第一滑台(35)上部，用于驱动第一滑台(35)上的滑块上下移动；热熔挤压头(36)通过螺钉固定于第一滑台(35)的滑块上，热熔挤压头(36)竖直向下设置。
4.根据权利要求3所述的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，其特征在于，金属增材装置(4)包括第二支架(41)、第二步进电机(43)、第二滑台(44)和激光熔覆头(45)；第二支架(41)为门型结构，其底部通过螺钉固定在旋转平台上盖(26)边缘位置；第二滑台(44)竖直向下设置，并通过第二连接板(42)固定于第二支架(41)前侧中间位置，第二滑台(44)底部与旋转平台上盖(26)间留有间隙；第二步进电机(43)固定于第二滑台(44)上部，用于驱动第二滑台(44)上的滑块上下移动；激光熔覆头(45)通过螺钉固定于第二滑台(44)的滑块上，激光熔覆头(45)竖直向下设置。
5.根据权利要求4所述的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，其特征在于，激光熔覆头(45)采用同轴送粉喷头或光内送粉喷头。
6.根据权利要求4或5所述的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，其特征在于，减材装置(5)包括第三支架(51)、第三步进电机(53)、第三滑台(54)和减材主轴头(55)；第三支架(51)为门型结构，其底部通过螺钉固定在旋转平台上盖(26)边缘位置；第三滑台(54)竖直向下设置，并通过第三连接板(52)固定于第三支架(51)前侧中间位置，第三滑台(54)底部与旋转平台上盖(26)间留有间隙；第三步进电机(53)固定于第三滑台(54)上部，用于驱动第三滑台(54)上的滑块上下移动；减材主轴头(55)通过螺钉固定于第三滑台(54)的滑块上，减材主轴头(55)竖直向下设置。
7.根据权利要求6所述的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，其特征在于，第一支架(31)、第二支架(41)和第三支架(51)三者间，两两通过连接架(7)焊接固定，连接架(7)为截面呈矩形的柱体，两端开有与支架匹配的斜口，连接架(7)与支架的焊接位置为各支架的顶部。
8.根据权利要求6所述的桌面式金属-塑料增减材复合制造设备，其特征在于，第一支架(31)、第二支架(41)和第三支架(51)上均可固定配重块，配重块固定在各支架顶部，使旋转平台(2)平稳旋转，回转轴承(27)均匀磨损。
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