CN113001961A - 机械式直驱增材制造成型设备的成型方法及该制造设备 - Google Patents

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CN113001961A CN202110178877.XA CN202110178877A CN113001961A CN 113001961 A CN113001961 A CN 113001961A CN 202110178877 A CN202110178877 A CN 202110178877A CN 113001961 A CN113001961 A CN 113001961A
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李明范
栾丛丛
周冬冬
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Abstract

本发明提供一种机械式直驱增材制造成型设备的成型方法及该制造设备，涉及复合材料成型的技术领域。机械式直驱增材制造成型设备的成型方法，包括如下步骤：a.获取已有结构；b.计算打印参数；c.调整打印设备；d.开始打印；e.后处理；f.获得目标结构。解决了现有技术中，增材制造工艺因需要预先获取数字模型文件而导致技术使用门槛较高的问题。本发明通过已有结构实时驱控增材制造模块，无需数字模型文件即可实现目标结构的快速制造，降低现有增材制造技术的使用门槛。

Description

机械式直驱增材制造成型设备的成型方法及该制造设备
技术领域
本发明涉及复合材料成型的技术领域，尤其是涉及一种机械式直驱增材制造成型设备的成型方法及该制造设备。
背景技术
增材制造是集减材制造与等材制造外的又一重要成型制造技术，其以数字模型文件为基础，通过材料逐层累加的方式实现结构件的快速制造。
当前，增材制造技术多以数字模型文件为驱动，也就是说，在开展增材制造之前必须先获得数字模型文件，通常包括直接建模法和扫描重建法。前者往往针对新产品开发或已有建模参数，直接采用三维建模软件获得数字模型文件，是真正的“从无到有”的过程；而后者往往是基于已有结构，通过三维扫描设备采集结构数据并经一系列的处理过程而获得数字模型文件，是“从有到有”的过程。
无论哪种方法，均对使用者提出较高的技术要求，也就是说，使用者必须掌握获取数字模型文件的技能，这对没有相关基础的人员而言是充满挑战的。
此外，目前增材制造设备均需数字模型文件驱动，缺少数字模型文件将使设备无法正常工作而成型出所需结构，急需开发新型增材制造设备，满足无数字模型文件时的制造需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械式直驱增材制造成型设备的成型方法，以解决现有技术中存在的，增材制造工艺因需要预先获取数字模型文件而导致技术使用门槛较高的技术问题。
本发明还提供一种机械式直驱增材制造成型设备，以解决现有技术中，增材制造设备必需数字模型文件驱动的技术问题。
本发明提供的一种机械式直驱增材制造成型设备的成型方法，包括如下步骤：
a.获取已有结构
将已有结构固定在放置平台上；
b.计算打印参数
根据目标结构厚度，计算径向打印路径周期数；根据目标结构高度和打印层高，确定纵向采集周期数；根据制造需求，确定目标结构数量及重复周期数；根据材料选择打印温度；
c.调整打印设备
根据材料选择增材制造模块；根据打印参数设置采集杆与增材制造模块间初始相对距离；调整采集杆初始位置；设定成型驱动单元驱动电机参数；设定Z轴方向驱动件的驱动电机参数；
d.开始打印
启动设备，开始打印；
e.后处理
根据需要判断是否进行减材制造工艺，若需则选择减材制造模块进行相关加工，若无需则直接取下已打印结构；
f.获得目标结构
在成型平台上获得结构件。
进一步的，所述步骤e在增材制造结束时进行，或者，所述步骤e在增材制造过程间隙进行；
当需要进行减材制造时，暂停增材制造过程；当减材制造过程完成后，再次进入增材制造过程，如此循环。
本发明还提供一种机械式直驱增材制造成型设备，包括运动模块、成型模块、成型平台和放置平台；
成型模块连接运动模块的动力输出端，驱动模块能够带动成型模块分别沿着Z轴、X轴、Y轴方向移动；成型平台连接运动模块的固定底座的一端，并设置在运动模块的一侧，处于成型模块的下方，成型平台上用于放置成型模块打印后的目标结构件；放置平台连接固定底座的另一端，并设置在运动模块的另一侧，放置平台上用于放置已有结构件。
进一步的，运动模块包括Z轴方向驱动件、X轴方向驱动件、Y轴方向驱动件和目标结构驱动采集杆；
X轴方向驱动件连接Z轴方向驱动件的动力输出端，Y轴方向驱动件连接X轴方向驱动件的动力输出端；目标结构驱动采集杆连接Y轴方向驱动件的动力输出端，目标结构驱动采集杆能够采集放置平台上已有结构件的结构特征；成型模块连接目标结构驱动采集杆的动力输出端；
Z轴方向驱动件能够通过X轴方向驱动件经Y轴方向驱动件带动目标结构驱动采集杆沿着Z轴方向运动，X轴方向驱动件能够通过Y轴方向驱动件带动目标结构驱动采集杆沿着X轴方向运动；Y轴方向驱动件能够带动目标结构驱动采集杆沿着Y轴方向运动，调节目标结构驱动采集杆的采集端与放置平台上已有结构件表面抵接；目标结构驱动采集杆能够调节成型模块与目标结构驱动采集杆的采集端之间的相对距离。
进一步的，目标结构驱动采集杆包括Z型驱动杆、安装杆和耐磨球；
Z型驱动杆连接Y轴方向驱动件的动力输出端，成型模块连接Z型驱动杆一端的动力输出端，安装杆连接在Z型驱动杆的另一端，耐磨球采用球铰接的方式连接安装杆的末端，耐磨球能够采集放置平台上已有结构件的结构特征。
进一步的，成型平台包括环形成型底板件、磁性吸附器、磁性成型板、第一驱动器和第二驱动器；
环形成型底板件设置在固定底座上，磁性吸附器设置在环形成型底板件的内部；磁性成型板连接环形成型底板件上，并设置成型模块的下方；
第一驱动器、第二驱动器均连接固定底座上，第一驱动器、第二驱动器分别连接环形成型底板件的两端，第一驱动器、第二驱动器能够驱动环形成型底板件沿着环形方向运动。
进一步的，环形成型底板件包括多个依次连接的成型底板模块；成型底板模块包括成型底板胞元、加热管、磁性吸附片和密封盖；
加热管连接在成型底板胞元的空心腔室内，磁性吸附片连接在成型底板胞元的底部，磁性吸附片能够与磁性吸附器相吸附；
成型底板胞元的端面设有卡槽，密封盖与卡槽连接。
进一步的，放置平台包括安装底座和放置板；
安装底座连接固定底座的另一端，放置板连接安装底座上，放置板上设有安装孔，安装孔通过锁紧件固定已有结构件。
进一步的，放置平台包括安装底座和放置板；
安装底座连接固定底座的另一端，放置板连接安装底座上，放置板上设有安装孔，安装底座内设有负压吸引器，负压吸引器通过安装孔固定已有结构件。
进一步的，成型模块包括安装架、连续纤维增强热塑性材料打印机构和减材制造机构；安装架连接Z型驱动杆一端的动力输出端；连续纤维增强热塑性材料打印机构、减材制造机构分别连接安装架的侧面；
安装架包括安装座和旋转电机，安装座连接Z型驱动杆一端的动力输出端，旋转电机连接安装座上，旋转电机能够驱动安装座旋转；
连续纤维增强热塑性材料打印机构通过提升机连接安装架的侧面；连续纤维增强热塑性材料打印机构包括热塑性材料送料机、热塑性材料导向部、连续纤维导向部、热塑性材料与连续纤维混合加热机、加热器、温度检测器和打印头；热塑性材料导向部的输入端连接热塑性材料送料机的输出端，热塑性材料导向部的输出端、连续纤维导向部的输出端均连接热塑性材料与连续纤维混合加热机的输入端；热塑性材料与连续纤维混合加热机的输出端连接加热器，加热器内连接温度检测器，加热器的输出端连接打印头；
热塑性材料导向部包括第一喉管和第一散热器，连续纤维导向部包括第二喉管和第二散热器；第一喉管的输入端连接热塑性材料送料机的输出端，第一散热器套接第一喉管的外部；第二散热器套接第二喉管的外部；第一喉管的输出端、第二喉管的输出端均连接热塑性材料与连续纤维混合加热机的输入端；
减材制造机构上连接有翻转电机。
本发明提供的一种机械式直驱增材制造成型设备的成型方法，通过获取已有结构、计算打印参数、调整打印设备、开始打印、后处理、获得目标结构等步骤，集增材制造与减材制造于一体，既可充分发挥增材制造技术复杂构件成型能力、无需工装夹具等技术优势，又可通过减材制造技术消除增材制造构件表面的台阶，进一步提高结构件表面精度，还可通过减材制造模块实现减材特征的原位加工；融合机械式采集方式，实现已有模型特征的实时采集，并直接驱动增材制造单元进行目标结构的实时制造，无需模型扫描或构建等工序，极大降低增材制造设备使用门槛。
本发明提供的一种机械式直驱增材制造成型设备，通过在固定底座上安装放置平台，对已有结构件的位置进行锁定，利用目标结构驱动采集杆采集已有结构件的结构特征，确保成型模块在成型平台上准确打印成型目标结构件，而无需创建数字模型文件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的机械式直驱增材制造成型设备的成型方法流程图；
图2为本发明实施例提供的机械式直驱增材制造成型设备的整体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的机械式直驱增材制造成型设备的内部结构示意图；
图4为本发明实施例提供的成型底板模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的Y轴方向驱动件与成型模块、目标结构驱动采集杆连接的一侧面结构示意图；
图6为本发明实施例提供的Y轴方向驱动件与成型模块、目标结构驱动采集杆连接的另一侧面结构示意图；
图7为本发明实施例提供的成型模块的连续纤维增强热塑性材料打印机构内部结构示意图。
图标：
100-运动模块； 200-成型模块；
300-成型平台； 400-放置平台；
500-目标结构件； 600-已有结构件；
101-固定底座； 102-Z轴方向驱动件；
103-X轴方向驱动件； 104-Y轴方向驱动件；
105-目标结构驱动采集杆； 106-Z型驱动杆；
107-安装杆； 108-耐磨球；
201-安装架； 202-连续纤维增强热塑性材料打印机构；
203-减材制造机构； 204-安装座；
205-旋转电机； 206-提升机；
207-热塑性材料送料机； 208-热塑性材料导向部；
209-连续纤维导向部； 210-热塑性材料与连续纤维混合加热机；
211-加热器； 212-温度检测器；
213-打印头； 214-第一喉管；
215-第一散热器； 216-第二喉管；
217-第二散热器； 218-翻转电机；
301-环形成型底板件； 302-磁性吸附器；
303-磁性成型板； 304-第一驱动器；
305-第二驱动器； 306-成型底板胞元；
307-加热管； 308-磁性吸附片；
309-密封盖； 310-卡槽；
401-安装底座； 402-放置板；
403-安装孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提供的一种机械式直驱增材制造成型设备的成型方法，包括如下步骤：
a.获取已有结构
将已有结构固定在放置平台上；
b.计算打印参数
根据目标结构厚度，计算径向打印路径周期数；根据目标结构高度和打印层高，确定纵向采集周期数；根据制造需求，确定目标结构数量及重复周期数；根据材料选择打印温度；
c.调整打印设备
根据材料选择增材制造模块；根据打印参数设置采集杆与增材制造模块间初始相对距离；调整采集杆初始位置；设定成型驱动单元驱动电机参数；设定Z轴方向驱动件的驱动电机参数；
d.开始打印
启动设备，开始打印；
e.后处理
根据需要判断是否进行减材制造工艺，若需则选择减材制造模块进行相关加工，若无需则直接取下已打印结构；
f.获得目标结构
在成型平台上获得结构件。
进一步的，所述步骤e在增材制造结束时进行，或者，所述步骤e在增材制造过程间隙进行；
当需要进行减材制造时，暂停增材制造过程；当减材制造过程完成后，再次进入增材制造过程，如此循环。
本发明的上述方法，集增材制造与减材制造于一体，既可充分发挥增材制造技术优势，又可通过减材制造模块实现减材特征的原位加工，减少定位工序，提高加工效率和精度。
如图2～7所示，本发明还提供一种机械式直驱增材制造成型设备，包括运动模块100、成型模块200、成型平台300和放置平台400；
成型模块200连接运动模块100的动力输出端，运动模块100能够带动成型模块200分别沿着Z轴、X轴、Y轴方向移动；成型平台300连接运动模块100的固定底座101的一端，并设置在运动模块100的一侧，处于成型模块200的下方，成型平台300上用于放置成型模块200打印后的目标结构件500；放置平台400连接固定底座101的另一端，并设置在运动模块100的另一侧，放置平台400上用于放置已有结构件600。
在本发明的上述实施例中，如图2所示，成型模块200采用螺栓固定在运动模块100的动力输出端，运动模块100启动时，能够带动成型模块200分别沿着Z轴、X轴、Y轴方向移动，从而对成型模块200在Z轴、X轴、Y轴方向的位置进行调节。成型平台300采用螺栓连接固定底座101的右端位置，放置平台400采用螺栓连接固定底座101的左端位置，以使设备启动时，通过采集放置平台400上的已有结构件600的结构特征，直接在成型平台300上打印目标结构件500。
进一步的，运动模块100包括Z轴方向驱动件102、X轴方向驱动件103、Y轴方向驱动件104和目标结构驱动采集杆105；
X轴方向驱动件103连接Z轴方向驱动件102的动力输出端，Y轴方向驱动件104连接X轴方向驱动件103的动力输出端；目标结构驱动采集杆105连接Y轴方向驱动件104的动力输出端，目标结构驱动采集杆105能够采集放置平台400上已有结构件600的结构特征；成型模块200连接目标结构驱动采集杆105的动力输出端；
Z轴方向驱动件102能够通过X轴方向驱动件103经Y轴方向驱动件104带动目标结构驱动采集杆105沿着Z轴方向运动，X轴方向驱动件103能够通过Y轴方向驱动件104带动目标结构驱动采集杆105沿着X轴方向运动；Y轴方向驱动件104能够带动目标结构驱动采集杆105沿着Y轴方向运动，调节目标结构驱动采集杆105的采集端与放置平台400上已有结构件600表面抵接；目标结构驱动采集杆105能够调节成型模块200与目标结构驱动采集杆105的采集端之间的相对距离。
在本实施例中，如图3所示，Z轴方向驱动件102、X轴方向驱动件103和Y轴方向驱动件104均采用滚珠丝杠与伺服电机相结合的方式驱动，或者均采用液压缸的方式驱动。Z轴方向驱动件102采用两套，两套Z轴方向驱动件102分别连接X轴方向驱动件103的两端，以带动X轴方向驱动件103沿着Z轴方向运动，确保X轴方向驱动件103运动位置的平稳性。目标结构驱动采集杆105采用滚珠丝杠与伺服电机相结合的方式驱动，或者采用液压缸的方式驱动，以调节成型模块200与目标结构驱动采集杆105的采集端之间的相对距离，即：目标结构驱动采集杆105通过X轴方向驱动件103沿着X轴方向运动时，采集端可同时采集已有结构件600的X轴方向和Y轴方向的特征，与此同时，成型模块200在成型平台300上复制目标结构驱动采集杆105的采集端采集的已有结构特征并成型目标结构件500，也即目标结构件500的一层XY平面内的特征；目标结构驱动采集杆105的动力输出端沿着Y轴方向运动时，可调节成型模块200与采集端之间的距离，从而调节目标结构件500的Y轴方向层间距离，进而实现目标结构件500的个数以及目标结构件500的Y轴方向厚度的控制。
进一步的，如图5所示，目标结构驱动采集杆105包括Z型驱动杆106、安装杆107和耐磨球108；
Z型驱动杆106连接Y轴方向驱动件104的动力输出端，成型模块200连接Z型驱动杆106一端的动力输出端，安装杆107连接在Z型驱动杆106的另一端，耐磨球108采用球铰接的方式连接安装杆107的末端，耐磨球108能够采集放置平台400上已有结构件600的结构特征。
在本实施例中，目标结构驱动采集杆105采用分体结构，以便于更换和提高其使用寿命。Z型驱动杆106上部的水平杆内安装有驱动件，驱动件采用滚珠丝杠与伺服电机相结合的方式，或者采用液压缸的方式。
进一步的，成型平台300包括环形成型底板件301、磁性吸附器302、磁性成型板303、第一驱动器304和第二驱动器305；
环形成型底板件301设置在固定底座101上，磁性吸附器302设置在环形成型底板件301的内部；磁性成型板303连接环形成型底板件301上，并设置成型模块200的下方；
第一驱动器304、第二驱动器305均连接固定底座101上，第一驱动器304、第二驱动器305分别连接环形成型底板件301的两端，第一驱动器304、第二驱动器305能够驱动环形成型底板件301沿着环形方向运动。
在本实施例中，如图3所示，为防止环形成型底板件301在输送过程产生滑动，环形成型底板件301采用环形链式驱动方式。第一驱动器304、第二驱动器305均采用驱动电机。两个驱动电机启动时，能够驱动环形成型底板件301沿着环形方向运转，从而将环形成型底板件301上端面的目标结构件500输送至下一个工序。
为实现增减材制造过程中环形成型底板件301可靠固定，环形成型底板件301的内部设有磁性吸附器302。为便于控制磁性成型板303与磁性吸附器302可靠吸附，磁性吸附器302为电磁式吸附单元，通过控制电流通断，实现环形成型底板件301的吸附与分离。
进一步的，环形成型底板件301包括多个依次连接的成型底板模块；成型底板模块包括成型底板胞元306、加热管307、磁性吸附片308和密封盖309；
加热管307连接在成型底板胞元306的空心腔室内，磁性吸附片308连接在成型底板胞元306的底部，磁性吸附片308能够与磁性吸附器302相吸附；
成型底板胞元306的端面设有卡槽310，密封盖309与卡槽310连接。
在本实施例中，如图3、图4所示，为实现环形成型底板件301的温度可控，在成型底板胞元306的内部设有加热管307，通过控制加热管307的启停，实现环形成型底板件301的温度控制。磁性吸附片308的设置，能够确保多个成型底板模块与磁性吸附器302之间相吸附，防止增减材制造过程中成型底板模块的晃动。密封盖309与卡槽310的设置，确保成型底板胞元306的端面密封性好。
进一步的，放置平台400包括安装底座401和放置板402；
安装底座401连接固定底座101的另一端，放置板402连接安装底座401上，放置板402上设有安装孔403，安装孔403通过锁紧件固定已有结构件600。
本发明的一个实施例中，安装孔403是在放置板402上形成的螺纹孔，锁紧件采用螺栓，实际使用时，螺纹孔、螺栓的数量采用相对应的多个。安装时，螺栓穿过螺纹孔，将已有结构件600固定在放置板402上。
进一步的，放置平台400包括安装底座401和放置板402；
安装底座401连接固定底座101的另一端，放置板402连接安装底座401上，放置板402上设有安装孔403，安装底座401内设有负压吸引器，负压吸引器通过安装孔403固定已有结构件600。
本发明的另一个实施例中，安装孔403是在放置板402上形成的通孔，实际使用时，通孔的数量为多个，负压吸引器连接在通孔的底部位置。安装时，负压吸引器启动，以将已有结构件600吸附固定在放置板402上。
进一步的，成型模块200包括安装架201、连续纤维增强热塑性材料打印机构202和减材制造机构203；安装架201连接Z型驱动杆106一端的动力输出端；连续纤维增强热塑性材料打印机构202、减材制造机构203分别连接安装架201的侧面；
安装架201包括安装座204和旋转电机205，安装座204连接Z型驱动杆106一端的动力输出端，旋转电机205连接安装座204上，旋转电机205能够驱动安装座204旋转；
连续纤维增强热塑性材料打印机构202通过提升机206连接安装架201的侧面；连续纤维增强热塑性材料打印机构202包括热塑性材料送料机207、热塑性材料导向部208、连续纤维导向部209、热塑性材料与连续纤维混合加热机210、加热器211、温度检测器212和打印头213；热塑性材料导向部208的输入端连接热塑性材料送料机207的输出端，热塑性材料导向部208的输出端、连续纤维导向部209的输出端均连接热塑性材料与连续纤维混合加热机210的输入端；热塑性材料与连续纤维混合加热机210的输出端连接加热器211，加热器211内连接温度检测器212，加热器211的输出端连接打印头213；
热塑性材料导向部208包括第一喉管214和第一散热器215，连续纤维导向部209包括第二喉管216和第二散热器217；第一喉管214的输入端连接热塑性材料送料机207的输出端，第一散热器215套接第一喉管214的外部；第二散热器217套接第二喉管216的外部；第一喉管214的输出端、第二喉管216的输出端均连接热塑性材料与连续纤维混合加热机210的输入端；
减材制造机构203上连接有翻转电机218。
在本实施例中，如图7所示，第一喉管214与第二喉管216之间具有夹角，夹角的取值为45°，以保证热塑性材料与连续纤维材料混合后带有一定的张紧力。
在本实施例中，如图5、图6、图7所示，在安装架201上设有旋转电机205，该旋转电机205为步进电机直接驱动的方式，可驱动连续纤维增强热塑性材料打印机构202、减材制造机构203至工作位置。为实现高强度轻量化复合材料结构件制造，采用连续纤维增强热塑性材料打印机构202作为增材制造模块，为实现打印结构件表面快速加工，减材制造机构203采用铣削的方式作为减材制造模块。为了保证增材制造模块与减材制造模块工作时零点位置一致，成型模块安装架201设置为多面体可旋转式结构，增材制造模块与减材制造模块分别设置在安装架201的侧面。为保证结构紧凑，安装架201采用步进电机直接驱动方式。
在连续纤维增强热塑性材料打印机构202、减材制造机构203上分别设有沿Z轴方向移动的驱动机构，用于调控各机构最低点的相对位置。本申请为避免增材制造模块与减材制造模块工作时产生干涉，增材制造模块与减材制造模块分别设有垂直移动模块，以便独立控制增材制造模块与减材制造模块最低点的相对位置。
为实现多种成型结构件制造，增材制造模块为可拆卸的，可以是纯热塑性材料打印模块、连续纤维增强热塑性材料打印模块等。为避免增材制造模块与减材制造模块工作时产生干涉，增材制造模块连接有提升机206，可独立控制增材制造模块与减材制造模块最低点的相对位置。
热塑性材料与连续纤维混合加热机210的内部设有加热棒和温度检测器，利用加热棒进入热塑性材料与连续纤维混合加热机210内的混合材料再次进行加热，利用该温度检测器对加热后的混合材料的温度进行检测。
为实现桁架结构打印以及小曲率曲面制造，加热器211为细长结构的加热棒。优选的，加热器211为细长螺旋结构。第一散热器215、第二散热器217均为散热风扇。
如图7所示，使用过程中，利用第一散热器215对第一喉管214所产生的热量进行散热，利用第二散热器217对第二喉管216所产生的热量进行散热，利用加热器211对热塑性材料与连续纤维混合加热机210混合后的热塑性与连续纤维混合材料进行加热，加热过程中，通过温度检测器212对加热器211的加热温度进行检测。
为实现多方向多特征减材制造，减材制造模块设有翻转电机218，可驱动减材制造模块实现多方向平面、孔、槽、曲面等特征的加工。为实现打印结构件减材特征快速加工，减材制造模块为铣削方式。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种机械式直驱增材制造成型设备的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.获取已有结构
将已有结构固定在放置平台上；
b.计算打印参数
根据目标结构厚度，计算径向打印路径周期数；根据目标结构高度和打印层高，确定纵向采集周期数；根据制造需求，确定目标结构数量及重复周期数；根据材料选择打印温度；
c.调整打印设备
根据材料选择增材制造模块；根据打印参数设置采集杆与增材制造模块间初始相对距离；调整采集杆初始位置；设定成型驱动单元驱动电机参数；设定Z轴方向驱动件的驱动电机参数；
d.开始打印
启动设备，开始打印；
e.后处理
根据需要判断是否进行减材制造工艺，若需则选择减材制造模块进行相关加工，若无需则直接取下已打印结构；
f.获得目标结构
在成型平台上获得结构件。
2.根据权利要求1所述的机械式直驱增材制造成型设备的成型方法，其特征在于，所述步骤e在增材制造结束时进行，或者，所述步骤e在增材制造过程间隙进行；
当需要进行减材制造时，暂停增材制造过程；当减材制造过程完成后，再次进入增材制造过程，如此循环。
3.一种机械式直驱增材制造成型设备，其特征在于，包括运动模块(100)、成型模块(200)、成型平台(300)和放置平台(400)；
所述成型模块(200)连接所述运动模块(100)的动力输出端，所述驱动模块(100)能够带动所述成型模块(200)分别沿着Z轴、X轴、Y轴方向移动；所述成型平台(300)连接所述运动模块(100)的固定底座(101)的一端，并设置在所述运动模块(100)的一侧，处于所述成型模块(200)的下方，所述成型平台(300)上用于放置所述成型模块(200)打印后的目标结构件(500)；所述放置平台(400)连接所述固定底座(101)的另一端，并设置在所述运动模块(100)的另一侧，所述放置平台(400)上用于放置已有结构件(600)。
4.根据权利要求3所述的机械式直驱增材制造成型设备，其特征在于，所述运动模块(100)包括Z轴方向驱动件(102)、X轴方向驱动件(103)、Y轴方向驱动件(104)和目标结构驱动采集杆(105)；
所述X轴方向驱动件(103)连接所述Z轴方向驱动件(102)的动力输出端，所述Y轴方向驱动件(104)连接所述X轴方向驱动件(103)的动力输出端；所述目标结构驱动采集杆(105)连接所述Y轴方向驱动件(104)的动力输出端，所述目标结构驱动采集杆(105)能够采集所述放置平台(400)上已有结构件(600)的结构特征；所述成型模块(200)连接所述目标结构驱动采集杆(105)的动力输出端；
所述Z轴方向驱动件(102)能够通过所述X轴方向驱动件(103)经所述Y轴方向驱动件(104)带动所述目标结构驱动采集杆(105)沿着Z轴方向运动，所述X轴方向驱动件(103)能够通过所述Y轴方向驱动件(104)带动所述目标结构驱动采集杆(105)沿着X轴方向运动；所述Y轴方向驱动件(104)能够带动所述目标结构驱动采集杆(105)沿着Y轴方向运动，调节所述目标结构驱动采集杆(105) 的采集端与所述放置平台(400)上已有结构件(600)表面抵接；所述目标结构驱动采集杆(105)能够调节所述成型模块(200)与所述目标结构驱动采集杆(105)的采集端之间的相对距离。
5.根据权利要求4所述的机械式直驱增材制造成型设备，其特征在于，所述目标结构驱动采集杆(105)包括Z型驱动杆(106)、安装杆(107)和耐磨球(108)；
所述Z型驱动杆(106)连接所述Y轴方向驱动件(104)的动力输出端，所述成型模块(200)连接所述Z型驱动杆(106)一端的动力输出端，所述安装杆(107)连接在所述Z型驱动杆(106)的另一端，所述耐磨球(108)采用球铰接的方式连接所述安装杆(107)的末端，所述耐磨球(108)能够采集所述放置平台(400)上已有结构件(600)的结构特征。
6.根据权利要求3所述的机械式直驱增材制造成型设备，其特征在于，所述成型平台(300)包括环形成型底板件(301)、磁性吸附器(302)、磁性成型板(303)、第一驱动器(304)和第二驱动器(305)；
所述环形成型底板件(301)设置在所述固定底座(101)上，所述磁性吸附器(302)设置在所述环形成型底板件(301)的内部；所述磁性成型板(303)连接所述环形成型底板件(301)上，并设置所述成型模块(200)的下方；
所述第一驱动器(304)、所述第二驱动器(305)均连接所述固定底座(101)上，所述第一驱动器(304)、所述第二驱动器(305)分别连接所述环形成型底板件(301)的两端，所述第一驱动器(304)、所述第二驱动器(305)能够驱动所述环形成型底板件(301)沿着环形方向运动。
7.根据权利要求6所述的机械式直驱增材制造成型设备，其特征在于，所述环形成型底板件(301)包括多个依次连接的成型底板模块；所述成型底板模块包括成型底板胞元(306)、加热管(307)、磁性吸附片(308)和密封盖(309)；
所述加热管(307)连接在所述成型底板胞元(306)的空心腔室内，所述磁性吸附片(308)连接在所述成型底板胞元(306)的底部，所述磁性吸附片(308)能够与所述磁性吸附器(302)相吸附；
所述成型底板胞元(306)的端面设有卡槽(310)，所述密封盖(309)与所述卡槽(310)连接。
8.根据权利要求3所述的机械式直驱增材制造成型设备，其特征在于，所述放置平台(400)包括安装底座(401)和放置板(402)；
所述安装底座(401)连接所述固定底座(101)的另一端，所述放置板(402)连接所述安装底座(401)上，所述放置板(402)上设有安装孔(403)，所述安装孔(403)通过锁紧件固定已有结构件(600)。
9.根据权利要求3所述的机械式直驱增材制造成型设备，其特征在于，所述放置平台(400)包括安装底座(401)和放置板(402)；
所述安装底座(401)连接所述固定底座(101)的另一端，所述放置板(402)连接所述安装底座(401)上，所述放置板(402)上设有安装孔(403)，所述安装底座(401)内设有负压吸引器，所述负压吸引器通过所述安装孔(403)固定已有结构件(600)。
10.根据权利要求3所述的机械式直驱增材制造成型设备，其特征在于，所述成型模块(200)包括安装架(201)、连续纤维增强热塑性材料打印机构(202)和减材制造机构(203)；所述安装架(201)连接所述Z型驱动杆(106)一端的动力输出端；所述连续纤维增强热塑性材料打印机构(202)、所述减材制造机构(203)分别连接所述安装架(201)的侧面；
所述安装架(201)包括安装座(204)和旋转电机(205)，所述安装座(204)连接所述Z型驱动杆(106)一端的动力输出端，所述旋转电机(205)连接所述安装座(204)上，所述旋转电机(205)能够驱动所述安装座(204)旋转；
所述连续纤维增强热塑性材料打印机构(202)通过提升机(206)连接所述安装架(201)的侧面；所述连续纤维增强热塑性材料打印机构(202)包括热塑性材料送料机(207)、热塑性材料导向部(208)、连续纤维导向部(209)、热塑性材料与连续纤维混合加热机(210)、加热器(211)、温度检测器(212)和打印头(213)；所述热塑性材料导向部(208)的输入端连接所述热塑性材料送料机(207)的输出端，所述热塑性材料导向部(208)的输出端、所述连续纤维导向部(209)的输出端均连接所述热塑性材料与连续纤维混合加热机(210)的输入端；所述热塑性材料与连续纤维混合加热机(210)的输出端连接所述加热器(211)，所述加热器(211)内连接所述温度检测器(212)，所述加热器(211)的输出端连接所述打印头(213)；
所述热塑性材料导向部(208)包括第一喉管(214)和第一散热器(215)，所述连续纤维导向部(209)包括第二喉管(216)和第二散热器(217)；所述第一喉管(214)的输入端连接所述热塑性材料送料机(207)的输出端，所述第一散热器(215)套接所述第一喉管(214)的外部；所述第二散热器(217)套接所述第二喉管(216)的外部；所述第一喉管(214)的输出端、所述第二喉管(216)的输出端均连接所述热塑性材料与连续纤维混合加热机(210)的输入端；
所述减材制造机构(203)上连接有翻转电机(218)。
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