CN114193768A - 一种多丝材成形装置 - Google Patents

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张聪
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Abstract

本发明公开了一种多丝材成形装置，包括：机械手臂、变位加工台、送料组件及成形组件，变位加工台设置于机械手臂的下方，并开设有打印平台，送料组件包括至少一个丝料料盘件和至少一个第一送丝件，第一送丝件连接于机械手臂，且其出料端相对打印平台设置，用于将丝料料盘件上的丝料沿第一送丝件的设置方向输送，成形组件连接于机械手臂的末端，成形组件的进料端相对第一送丝件的出料端设置，并与第一送丝件的出料端相连通，用于配合机械手臂和变位加工台将沿第一送丝件的设置方向输送的丝料通过熔融后制造成形。本发明能解决现有技术设置两个或多个不同的机械臂相互配合以实现多种丝材的激光熔融成形制造，从而导致设备的体积大、操作复杂的问题。

Description

一种多丝材成形装置
技术领域
本发明涉及丝材增材制造技术领域，尤其涉及一种多丝材成形装置。
背景技术
目前，碳纤维增材制造通常采用熔融堆积成形(FDM)工艺，FDM成形工艺运用丝状碳纤维或其他复合材料，通过热电耦加热至熔融状态，以逐层打印的方式构成物体。FDM成形工艺能够实现物件中复杂结构的无模化、快速成形，适用于特制产品或具有高附加值的产品，自动化程度与材料利用率很高。
为解决FDM成形工艺成形自由度低、层间结合差、沿Z方向拉伸强度低、成形材料单一等局限性的等问题，可以通过多送丝机协同控制与配合，例如申请号为：CN201810850179.8的中国发明专利，名称为：一种聚合物多材料高柔性激光增材制造系统及其方法，该系统包括第一机器人手臂、第二机器人手臂、变位器、旋转喷头和激光器，旋转喷头中设置有多个挤出模块，每个挤出模块用于挤出一种丝材，旋转喷头与第一机器人连接，第一机器人按照预设轨迹运动带动旋转喷头运动；激光器与第二机器人连接，激光器发射的激光用于熔融从喷头中挤出的丝材，通过第一机器人和第二机器人的配合运动，使得丝材的挤出和熔融的同步进行；变位器作为成形台面，通过该变位器的旋转同时配合两个机器人的运动。通过本发明解决了FDM成形中的喷头易堵塞和使用寿命短等问题，保证了制造系统的高柔性，实现了多材料的丝材挤出成形，但此类结构中，需要设置两个或者多个不同的机械臂来完成不同的工序，并通过两个或者多个机械臂的相互配合，共同实现多种丝材的激光熔融成形制造。
因此，亟需一种多丝材成形装置，用于解决需要设置两个或者多个不同的机械臂相互配合共同实现多种丝材的激光熔融成形制造，从而导致设备的体积大、操作复杂的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种多丝材成形装置，解决现有技术中需要设置两个或者多个不同的机械臂相互配合共同实现多种丝材的激光熔融成形制造，从而导致设备的体积大、操作复杂的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种多丝材成形装置，包括：
机械手臂；
变位加工台，所述变位加工台设置于所述机械手臂的下方，并开设有打印平台；
送料组件，包括至少一个丝料料盘件和至少一个第一送丝件，所述第一送丝件连接于所述机械手臂，且其出料端相对所述打印平台设置，用于将所述丝料料盘件上的丝料沿所述第一送丝件的设置方向输送；
成形组件，所述成形组件连接于所述机械手臂的末端，所述成形组件的进料端相对所述第一送丝件的出料端设置，并与所述第一送丝件的出料端相连通，用于配合所述机械手臂和所述变位加工台将沿所述第一送丝件的设置方向输送的丝料通过熔融后制造成形。
进一步的，所述第一送丝件包括第一支座、第一导向管及两个第一送丝辊，所述第一支座连接于所述机械手臂，所述第一导向管连接于所述第一支座，两个第一送丝辊均绕其轴线转动连接于所述第一支座，并沿所述第一导向管的轴线对称设置，两个相互间隔设置的所述第一送丝辊形成第一送丝间隙，所述第一送丝间隙与所述第一导向管的一端相连通，所述丝料料盘件上的丝料穿过于所述第一送丝间隙，并插设于所述第一导向管，两个所述第一送丝辊分别绕其轴线转动，用于将所述丝料料盘件上的丝料沿所述第一导向管的设置方向输送。
进一步的，所述成形组件包括第二送丝件，所述第二送丝件包括第二导向管和两个第二送丝辊和喷头，所述第二导向管连接于所述第一支座，且所述第二导向管的一端与所述第一导向管的另一端相连通，两个第二送丝辊均绕其轴线转动连接于所述第一支座，并沿所述第二导向管的轴线对称设置，两个相互间隔设置的所述第二送丝辊形成第二送丝间隙，所述第二送丝间隙与所述第二导向管的另一端相连通，经所述第二导向管的丝料穿过于所述第二送丝间隙，两个所述第二送丝辊分别绕其轴线转动，用于将经所述第一导向管的丝料沿所述第二导向管的设置方向输送，所述喷头与所述第二送丝间隙相连通。
进一步的，所述送料组件中所述第一送丝件的数量为多个，所述丝料料盘件与所述第一送丝件一一对应设置，多个所述第一导向管的另一端与所述第二导向管的一端均相连通。
进一步的，所述送料组件还包括至少一个导向阀，所述导向阀与所述第一导向管一一对应设置，并连接于所述第一导向管上。
进一步的，所述送料组件还包括至少一个传感器，所述传感器的感应端相对所述第一导向管设置，用于检测丝材的位置。
进一步的，所述丝料料盘件包括丝料料盘和两个第三送丝辊，所述丝料料盘连接于所述机械手臂，并可绕其轴线转动，用于缠绕回收或放长丝料，两个第三送丝辊均绕其轴线转动连接于所述机械手臂，并沿所述第一导向管的轴线对称设置，两个相互间隔设置的所述第三送丝辊形成第三送丝间隙，经所述丝料料盘上的丝料穿过于所述第三送丝间隙，并插设于所述第一送丝间隙。
进一步的，所述第一送丝辊、第二送丝辊及第三送丝辊均可绕其自身轴线实现正转和反转。
进一步的，所述成形组件还包括激光件和辊压件，所述激光件铰接于所述机械手臂，且其激光发射端相对所述第二送丝间隙的出料端设置，用于将丝料通过激光加热至熔融状态，所述辊压件连接于所述机械手臂，用于配合所述变位加工台将切断后的丝料按压成形。
进一步的，所述成形组件还包括剪断件，所述剪断件连接于所述机械手臂，用于切断丝料。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：机械手臂和变位加工台配合设置，且机械手臂末端相对变位加工台的打印平台设置，至少一个丝料料盘件和至少一个第一送丝件均连接于机械手臂，且第一送丝件的出料端相对打印平台设置，用于将丝料料盘件上的丝料沿第一送丝件的设置方向输送至位于机械手臂的末端的成形组件，以配合机械手臂和变位加工台将丝料通过熔融后制造成形，这样的结构，可以通过成形组件将缠绕于至少一个丝料料盘件上的丝料进行熔融堆积成形，能解决现有技术中需要设置两个或者多个不同的机械臂相互配合共同实现多种丝材的激光熔融成形制造，从而导致设备的体积大、操作复杂的问题。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的一种多丝材成形装置的结构示意图；
图2是本发明实施例所提供的机械手臂、第一送丝件及成形组件连接处的结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大示意图；
图4本发明实施例所提供的送丝组件和第二送丝件连接关系的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种多丝材成形装置，包括：机械手臂1、变位加工台2、送料组件3及成形组件4，变位加工台2设置于机械手臂1的下方，并开设有打印平台，送料组件3包括至少一个丝料料盘件31和至少一个第一送丝件32，第一送丝件32连接于机械手臂1，且其出料端相对打印平台设置，用于将丝料料盘件31上的丝料沿第一送丝件32的设置方向输送，成形组件4连接于机械手臂1的末端，成形组件4的进料端相对第一送丝件32的出料端设置，并与第一送丝件32的出料端相连通，用于配合机械手臂1和变位加工台2将沿第一送丝件32的设置方向输送的丝料通过熔融后制造成形。
可以理解，机械手臂1和变位加工台2配合设置，且机械手臂1末端相对变位加工台2的打印平台设置，至少一个丝料料盘件31和至少一个第一送丝件32均连接于机械手臂1，且第一送丝件32的出料端相对打印平台设置，用于将丝料料盘件31上的丝料沿第一送丝件32的设置方向输送至位于机械手臂1的末端的成形组件4，以配合机械手臂1和变位加工台2将丝料通过熔融后制造成形，这样的结构，可以通过成形组件4将缠绕于至少一个丝料料盘件31上的丝料进行熔融堆积成形。
进一步地，本装置中机械手臂1为具有六个自由度的机械臂，变位加工台2为具有两个自由度的加工台，机械手臂1和变位加工台2相互配合，用于调整工序、路径，可以实现多方位、多角度的成形制造，此处机械手臂1和变位加工台2均为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多的阐述。
更进一步地，本装置中还包括有配合机械手臂1、变位加工台2、送料组件3及成形组件4运行的控制组件，用于控制多个丝料的进给和送料组件3的送料方向，此处控制组件为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多的阐述。
如图2至图4所示，第一送丝件32包括第一支座321、第一导向管322及两个第一送丝辊323，第一支座321连接于机械手臂1，第一导向管322连接于第一支座321，两个第一送丝辊323均绕其轴线转动连接于第一支座321，并沿第一导向管322的轴线对称设置，两个相互间隔设置的第一送丝辊323形成第一送丝间隙324，第一送丝间隙324与第一导向管322的一端相连通，丝料料盘件31上的丝料穿过于第一送丝间隙324，并插设于第一导向管322，两个第一送丝辊323分别绕其轴线转动。
可以理解，第一导向管322的设置用于对丝料的运输起导向作用，同时两个第一送丝辊323均绕其轴线转动连接于第一支座321，丝料穿过第一送丝间隙324并插设于第一导向管322，用于驱动丝料运动，并将丝料料盘件31上的丝料沿第一导向管322的设置方向输送。
具体的，送料组件3中第一送丝件32的数量为多个，丝料料盘件31与第一送丝件32一一对应设置，多个第一送丝件32的出料端均与成形组件4相连通，用于将不同种类的丝料送至成形组件4。
进一步地，如图1及图4所示，第一送丝件32的数量为三个，三个第一送丝件32相互间隔设置，并连接于机械手臂1的顶部。
如图4所示，送料组件3还包括至少一个导向阀33和至少一个传感器34。
其中，导向阀33与第一导向管322一一对应设置，并连接于第一导向管322上，用于控制经第一导向管322的丝料是否进入成形组件4。
其中，传感器34的感应端相对第一导向管322设置，用于检测丝材的位置，并在控制系统中进行丝材位置校准，保证丝材送丝过程中的精度。
进一步地，本装置中传感器34为红外感应器，丝材由第一导向管322进入导向阀33，此时红外传感器34置“1”，数据终端记录丝材状态信息；执行退丝命令时，丝材依次由第二导向管411、导向阀33退回到第一导向管322中，红外传感器34置“0”，数据终端更新丝材状态信息，红外感应器为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多的阐述。
如图1及图4所示，丝料料盘件31包括丝料料盘311和两个第三送丝辊312，丝料料盘311连接于机械手臂1，并可绕其轴线转动，用于缠绕回收或放长丝料，两个第三送丝辊312均绕其轴线转动连接于机械手臂1，并沿第一导向管322的轴线对称设置，两个相互间隔设置的第三送丝辊312形成第三送丝间隙313，经丝料料盘311上的丝料穿过于第三送丝间隙313，并插设于第一送丝间隙324。
可以理解，丝料料盘311可绕其轴线转动连接于机械手臂1的上方，用于通过缠绕的方式，盛放和回收不同种类的丝料，两个第三送丝辊312沿第一导向管322的轴线对称设置，并分别绕其自身轴线转动连接于丝料料盘311和第一送丝辊323之间，用于起到连接和过渡的作用。
进一步地，本装置中所用到的丝料可以为碳纤维等化纤材料、PLA、ABS及尼龙等塑料材料、铝合金、不锈钢等金属材料，不同种类的丝料分别缠绕于丝料料盘311上，此处丝料等种类为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多的阐述。
如图3及图4所示，成形组件4包括第二送丝件41，第二送丝件41包括第二导向管411、两个第二送丝辊412及喷头413，第二导向管411连接于第一支座321，且第二导向管411的一端与第一导向管322的另一端相连通，两个第二送丝辊412均绕其轴线转动连接于第一支座321，并沿第二导向管411的轴线对称设置，两个相互间隔设置的第二送丝辊412形成第二送丝间隙414，第二送丝间隙414与第二导向管411的另一端相连通，经第二导向管411的丝料穿过于第二送丝间隙414，两个第二送丝辊412分别绕其轴线转动，用于将经第一导向管322的丝料沿第二导向管411的设置方向输送，喷头413与第二送丝间隙414相连通。
可以理解，多个第二导向管411均与第一导向管322相连通，用于将多个不同方向的丝料合并为一个方向的丝料，通过喷头413喷出，并配合成形组件4进行熔断成形。
其中作为一种实施方式，第一送丝辊323、第二送丝辊412及第三送丝辊312均可绕其自身轴线实现正转和反转。
可以理解，第一送丝辊323、第二送丝辊412及第三送丝辊312的正反转，用于实现丝料沿送料组件3的送料方向实现进料和推料，以满足不同的成形打印需求。
如图1及图2所示，成形组件4还包括激光件42、辊压件43及剪断件44。
其中，激光件42铰接于机械手臂1，且其激光发射端相对第二送丝间隙414的出料端设置，用于将丝料通过激光加热至熔融状态，辊压件43连接于机械手臂1，用于配合变位加工台2将切断后的丝料按压成形，剪断件44连接于机械手臂1，用于切断丝料，防止多余的丝材对成形后的产品造成不美观等问题。
进一步地，具体的，本装置中第二送料件与剪断件44安置在辊压件43的两侧对称分布，激光件42安装在第二送料件一侧。剪断件44由双程气缸控制，速率为5mm/s；辊压件43的承载范围为5-15N，以实现致密化成形；通过调整激光件42与变位加工台2的角度，控制光斑加热丝材的长度。丝材由第二送料件送至机械手臂1的末端处，由激光件42加热至熔融状态，随后辊压件43进行辊压成形，成形完成后，第二送料件继续进丝，辊压件43抬起，剪断件44下移至丝材处剪断，多余的丝材由送丝机回收。
进一步地，本装置中送丝组件可兼容丝材直径范围为0.1-1.75mm，送丝速率设计范围为1-5mm/s，激光件42为激光器，激光器为本领域技术人员所公知的常规设置，此处不作过多的阐述。
本发明的具体工作流程，机械手臂1和变位加工台2配合设置，且机械手臂1末端相对变位加工台2的打印平台设置，至少一个丝料料盘件31和至少一个第一送丝件32均连接于机械手臂1，且第一送丝件32的出料端相对打印平台设置，用于将丝料料盘件31上的丝料沿第一送丝件32的设置方向输送至位于机械手臂1的末端的成形组件4，以配合机械手臂1和变位加工台2将丝料通过熔融后制造成形，这样的结构，可以通过成形组件4将缠绕于至少一个丝料料盘件31上的丝料进行熔融堆积成形。
使用者在使用时，首先将多种丝材放入丝料料盘311中，并同第一送丝件32安装在机器臂上；当控制组件执行进丝命令时，丝料料盘311、第一送丝辊323及第三送丝辊312均绕其轴线转动，将丝材挤入第一导向管322，接着控制组件选取丝材后，丝料料盘311、第一送丝辊323及第三送丝辊312继续旋转，将丝材由第一导向管322挤入到第二导向管411，并送至机械手臂1的末端的激光件42，然后通过激光件42的加热使的丝料处于熔融状态，最后通过辊压件43和剪断件44完成最后的成形。
进一步地，需要换丝时，丝料料盘311、第一送丝辊323及第三送丝辊312同时反向转动，将丝材反向运动并由第二导向管411退到第一导向管322内，并同时将需要更换的丝材挤送到第二导向管411内，并经过第二送丝辊412与激光件42、辊压件43及剪断件44继续进行增材成形制造。
这样的结构，可以通过成形组件4将缠绕于至少一个丝料料盘件31上的丝料进行熔融堆积成形，实现丝材的进丝、退丝以及换丝，自动化程度高，能够提高成形效率与减少增材耗时；设计丝材导向阀33，避免丝材因无方向地进丝发生缠绕现象并堵住第二导向管411，进而影响增材效率，造成维修困难。
能解决现有技术中需要设置两个或者多个不同的机械臂相互配合共同实现多种丝材的激光熔融成形制造，从而导致设备的体积大、操作复杂的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多丝材成形装置，其特征在于，包括：
机械手臂；
变位加工台，所述变位加工台设置于所述机械手臂的下方，并开设有打印平台；
送料组件，包括至少一个丝料料盘件和至少一个第一送丝件，所述第一送丝件连接于所述机械手臂，且其出料端相对所述打印平台设置，用于将所述丝料料盘件上的丝料沿所述第一送丝件的设置方向输送；
成形组件，所述成形组件连接于所述机械手臂的末端，所述成形组件的进料端相对所述第一送丝件的出料端设置，并与所述第一送丝件的出料端相连通，用于配合所述机械手臂和所述变位加工台将沿所述第一送丝件的设置方向输送的丝料通过熔融后制造成形。
2.根据权利要求1所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述第一送丝件包括第一支座、第一导向管及两个第一送丝辊，所述第一支座连接于所述机械手臂，所述第一导向管连接于所述第一支座，两个第一送丝辊均绕其轴线转动连接于所述第一支座，并沿所述第一导向管的轴线对称设置，两个相互间隔设置的所述第一送丝辊形成第一送丝间隙，所述第一送丝间隙与所述第一导向管的一端相连通，所述丝料料盘件上的丝料穿过于所述第一送丝间隙，并插设于所述第一导向管，两个所述第一送丝辊分别绕其轴线转动，用于将所述丝料料盘件上的丝料沿所述第一导向管的设置方向输送。
3.根据权利要求2所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述成形组件包括第二送丝件，所述第二送丝件包括第二导向管和两个第二送丝辊和喷头，所述第二导向管连接于所述第一支座，且所述第二导向管的一端与所述第一导向管的另一端相连通，两个第二送丝辊均绕其轴线转动连接于所述第一支座，并沿所述第二导向管的轴线对称设置，两个相互间隔设置的所述第二送丝辊形成第二送丝间隙，所述第二送丝间隙与所述第二导向管的另一端相连通，经所述第二导向管的丝料穿过于所述第二送丝间隙，两个所述第二送丝辊分别绕其轴线转动，用于将经所述第一导向管的丝料沿所述第二导向管的设置方向输送，所述喷头与所述第二送丝间隙相连通。
4.根据权利要求3所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述送料组件中所述第一送丝件的数量为多个，所述丝料料盘件与所述第一送丝件一一对应设置，多个所述第一导向管的另一端与所述第二导向管的一端均相连通。
5.根据权利要求2所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述送料组件还包括至少一个导向阀，所述导向阀与所述第一导向管一一对应设置，并连接于所述第一导向管上。
6.根据权利要求2所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述送料组件还包括至少一个传感器，所述传感器的感应端相对所述第一导向管设置，用于检测丝材的位置。
7.根据权利要求2所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述丝料料盘件包括丝料料盘和两个第三送丝辊，所述丝料料盘连接于所述机械手臂，并可绕其轴线转动，用于缠绕回收或放长丝料，两个第三送丝辊均绕其轴线转动连接于所述机械手臂，并沿所述第一导向管的轴线对称设置，两个相互间隔设置的所述第三送丝辊形成第三送丝间隙，经所述丝料料盘上的丝料穿过于所述第三送丝间隙，并插设于所述第一送丝间隙。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述第一送丝辊、第二送丝辊及第三送丝辊均可绕其自身轴线实现正转和反转。
9.根据权利要求3所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述成形组件还包括激光件和辊压件，所述激光件铰接于所述机械手臂，且其激光发射端相对所述第二送丝间隙的出料端设置，用于将丝料通过激光加热至熔融状态，所述辊压件连接于所述机械手臂，用于配合所述变位加工台将切断后的丝料按压成形。
10.根据权利要求9所述的多丝材成形装置，其特征在于，所述成形组件还包括剪断件，所述剪断件连接于所述机械手臂，用于切断丝料。
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