CN114378307A - 一种激光选区熔化3d打印生产线系统及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光选区熔化3D打印生产线系统及生产方法，生产线系统包括3D打印机、清粉装置、粉末集中供应装置、RGV物流装置、辅助装置、主控装置和缸体，本发明的生产线系统能够在3D打印的同时进行清粉，无需人工干扰，能够实现缸体自动转运、连续生产，达到降低3D打印空闲时间、提升生产效率、减少生产安全隐患的技术效果。

Description

一种激光选区熔化3D打印生产线系统及生产方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种激光选区熔化3D打印生产线系统及生产方法。
背景技术
激光选区熔化3D打印，使用激光作为能量源，按照经前处理的模型切片文件，在金属粉末床层进行逐层扫描，金属粉末熔化、凝固，进而逐层堆积形成所需的金属零件。该技术具有成形速度快、综合力学性能优异、可实现任意复杂结构的成形等优点，在航空航天、医疗、汽车等领域取得不错的应用效果。
激光选区熔化工艺在成形阶段主要包括两个工艺过程：3D打印和粉末清理，目前主流的激光选区熔化3D打印机采用模块设计，3D 打印工位与粉末清理工位分离，共用一套成形缸体。由此带来的问题主要表现为：完成3D打印的缸体转运至清粉工位之后，3D打印机处于空闲状态，需等缸体清理完粉末并取出零件之后，再进行打印生产，大幅降低3D打印机生产效率；目前主流激光选区熔化设备由打印工位转运至清理工位，主要采用人工方式，由此导致设备在夜间无人值守情况完成打印，缸体无法进行清粉工序，而3D打印机需待缸体转运后再进行打印，也无法实现连续生产；此外传统人工转运缸体的方式，由于缸体、基板、打印的零件以及未清理的粉末，总重要可达500kg，人工转运存在安全隐患，不利于安全生产。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，本发明旨在提供一种激光选区熔化3D打印生产线系统及生产方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的上述技术目的将通过以下所述的技术方案予以实现。
一种激光选区熔化3D打印生产线系统，所述生产线系统包括： 3D打印机、清粉装置、粉末集中供应装置、RGV物流装置、辅助装置以及主控装置，其中：
所述主控装置连接所述3D打印机、清粉装置、粉末集中供应装置、RGV物流装置以及辅助装置；
所述粉末集中供应装置与所述3D打印机连接，用于对所述3D 打印机进行供粉与回粉；
所述粉末集中供应装置与所述清粉装置连接，用于对所述清粉装置的进行回粉；
所述RGV物流装置上设置所述辅助装置，用于控制所述辅助装置的运动。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述3D打印机至少包括四台，所述清粉装置和粉末集中供应装置均为两套。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，四台所述3D打印机直线排列，第一所述粉末集中供应装置和第一所述清粉装置设置在所述四台3D打印机的一侧；第二所述粉末集中供应装置和第二所述清粉装置设置在所述四台3D打印机的另一侧。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一粉末集中供应装置通过管路分别连接第一和第二3D打印机顶部的上粉桶，用于对第一和第二3D打印机供粉；且通过管路分别连接第一和第二所述3D打印机的底部和第一清粉装置的底部，用于对第一和第二3D打印机和第一清粉装置的粉末进行回收。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第二粉末集中供应装置通过管路分别连接第三和第四3D打印机顶部的上粉桶，用于对第三和第四3D打印机供粉；且通过管路分别连接第三和第四所述3D打印机的底部和第二清粉装置的底部，用于对第三和第四3D打印机和第二清粉装置的粉末进行回收。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述RGV物流装置包括桁架、横向平移组件、竖向升降组件和抓取装置；所述抓取装置设置于所述竖向升降组件的底部；所述竖向升降组件设置于所述横向平移组件上；所述横向平移组件设置于所述桁架上。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述辅助装置设置有电机与丝杠，所述电机与丝杠连接，用于控制所述辅助装置的升降运动。
本发明还提供了一种激光选区熔化3D打印生产方法，所述生产方法采用本发明的生产线系统来实现，所述生产方法包括如下步骤：
S1：将待加工件放入缸体内；
S2：将所述缸体运输至选定的3D打印机处进行选区熔化成形，实现零件打印，并在打印完成后将所述缸体移出；
S3：所述缸体被运输至所述清粉装置处进行清粉，清粉完成后移出所述缸体；
S4：将清粉后的所述缸体运输至所述辅助装置处取出零件，完成生产。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤S1-S2循环执行，且在打印进所述3D打印机将所述缸体移至其成型区域，在所述成型区域进行所述3D打印。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括S5：重复执行步骤S1-S4，实现连续生产。
本发明的有益技术效果
本发明提供的实施例，激光选区熔化3D打印生产线系统及生产方法，生产线系统包括3D打印机、清粉装置、粉末集中供应装置、 RGV物流装置、辅助装置、主控装置和缸体。本发明的生产线系统能够在3D打印的同时进行清粉，无需人工干扰，能够实现缸体自动转运、连续生产，达到降低3D打印的空闲时间、提升生产效率、减少生产安全隐患的技术效果。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1为本发明的实施例中的激光选区熔化3D打印生产线系统示意图；
图2是本发明的实施例中3D打印机的结构示意图；
图3是本发明的实施例中清粉装置的结构示意图；
图4是本发明的实施例中RGV物流装置的结构示意图；
图5是本发明辅助装置的结构示意图；
图6是本发明的实施例中缸体的结构示意图；
图7是本发明的实施例中的生产方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明的激光选区熔化3D打印生产线系统，包括：四台3D打印机5，6，7和8、第一清粉装置4和第二清粉装置9、第一和第二粉末集中供应装置3和10、RGV(RailGuided Vehicle有轨制导车辆)物流装置1、以及主控装置28和缸体，其中
四台3D打印机5，6，7和8直线排列、且与第一清粉装置4和第二清粉装置9、第一和第二粉末集中供应装置3和10、RGV物流装置1、以及主控装置28和缸体一起也采用直线方式排列；
所述主控装置28与所述四台3D打印机5，6，7和8、第一清粉装置4和第二清粉装置9、第一和第二粉末集中供应装置3和10、RGV 物流装置1均连接，实现对上述所有装置的调度控制；
所述四台3D打印机5，6，7和8、第一清粉装置4和第二清粉装置9、辅助装置2均设置用于所述缸体运输的上下料位置；
所述RGV物流装置1与所述四台3D打印机5，6，7和8、第一清粉装置4和第二清粉装置9的缸体上下料位置对接；
具体来说，本发明的生产线系统包括四台3D打印机，分别为第一3D打印机5、第二3D打印机6、第三3D打印机7和第四3D打印机8；两套清粉装置：第一清粉装置4和第二清粉装置9、两套粉末集中供应装置：第一粉末集中供应装置3和第二粉末集中供应装置 10、一套RGV物流装置1、一套辅助装置2、一套主控装置28和缸体。其中四台3D打印机均为激光选区熔化成形原理的3D打印机，采用四激光的光路方案，RGV物流装置1与四台所述3D打印机和清粉装置4、9的缸体上下料位置对接。
第一粉末集中供应装置3通过管路分别连接第一和第二3D打印机5和6顶部的上粉桶，用于实现对两台第一和第二3D打印机供粉。第一粉末集中供应装置3通过管路分别连接第一和第二3D打印机5 和6的底部及第一清粉装置4的底部，用于实现对两台第一和第二3D打印机5和6和第一清粉装置4的粉末回收；第二粉末集中供应装置 10通过管路分别连接第三和第四3D打印机7和8顶部的上粉桶，用于实现对两台第三和第四3D打印机7和8的供粉，第二粉末集中供应装置10通过管路分别连接第三和第四3D打印机7和8的底部和第二清粉装置9的底部，用于实现对第三和第四3D打印机7和8和第二清粉装置9的粉末回收。
优选地，如图2所示，四台3D打印机均采用“L”型半敞开形状；所述3D打印机顶部设置有上粉桶11和底部16，上粉桶11与所述粉末集中供应装置顶部连接；敞开部位为缸体上下料位置13，敞开部位采用导向轮设置，用于调整缸体转运过程中姿态，解决缸体在上下料过程中定位误差导致的位姿变化问题；采用高精度导轨14与电机15配备定位控制的驱动电机与限位传感器12，实现缸体在敞开部位的运动。
优选地，如图3所示，两台清粉装置4和9的结构与四台3D打印机相似，也采用“L”型半敞开形状，在所述半敞开位置处设置导轨20、定位控制的驱动电机21和限位传感器18，所述电机21用于驱动所述导轨20，所述传感器18用于对导轨20的运动进行限位，实现缸体在敞开部位的运动；还包括有清粉位置23、上下料位置19及底部22。敞开部位用于缸体上下料，敞开部位采用导向轮设计，用于调整缸体转运过程中姿态，解决缸体在上下料过程中定位误差导致的位姿变化问题。
优选地，所述粉末集中供应装置3和10采用可拓展设置方式，可实现对多台3D打印机供粉与回粉以及对多台清粉装置回粉，具体地，对3D打印机供粉通过粉末集中供应装置与3D打印机顶部连接实现，所述对3D打印机回粉通过粉末集中供应装置与3D打印机底部连接实现，所述对清粉装置回粉通过粉末集中供应装置与清粉装置底部连接实现。通过所述粉末集中供应装置可实现对激光选区熔化 3D打印机自动供粉、自动回收粉末，使激光选区熔化3D打印机实现连续生产。
优选地，如图4所示，所述RGV物流装置1包括桁架24、横向平移组件26、竖向升降组件25和抓取装置27。抓取装置27安装于竖向升降组件25的底部，通过采用气动装置驱动实现抓取装置27的抓手的夹紧与松开；竖向升降组件25安装于横向平移组件26上，通过电机驱动实现竖向升降组件25的升降运动；横向平移组件26安装于桁架24上，通过电机驱动实现横向平移组件26的横向平移运动，用于控制辅助装置2的上下升降运动和水平方向的移动。
如图5所示，辅助装置2设置有缸体上下料位置29，所述辅助装置2底部安装电机31与丝杠30，电机31与丝杠30连接实现动力传递，从而实现辅助装置2的升降运动，辅助装置2还设置上下料位置。通过激光选区熔化3D打印完成生产后的零件位于基板表面上，而整个基板位置缸体内部，所述辅助装置2通过升降运动将缸体中的基板与零件取出。
优选地，图6所示，本发明还包括缸体32，缸体外部设置抓耳 33用于缸体与RGV物流装置1的RGV抓取装置27配合，基板放置于缸体中，缸体32用于激光选区熔化成形3D打印机生产零件。
优选地，如图7所示，本发明还提供了一种激光选区熔化3D打印生产线生产方法，采用激光选区熔化3D打印生产线系统来实现，所述生产方法包括如下步骤：
(1)：主控装置28将生产数据传输至所述3D打印机；
(2)：控制所述辅助装置2将待加工基板件放入所述缸体32内；
(3)：根据控制所述RGV物流装置1将装有所述待加工件的所述缸体从所述辅助装置2运输至所述主控系统调度选定的3D打印机处，并将所述缸体放置于对应的3D打印缸体上下料位置；
(4)：所述3D打印机依据所述生产数据，通过控制激光进行选区熔化成形，实现零件打印；
(5)：等待打印完成，在此过程中，所述主控装置重复执行步骤 (1)-(4)，待3D打印机完成打印后，将所述缸体移出至缸体上下料位置；
(6)：所述RGV物流装置1将所述缸体32运输并放置于所述清粉装置的上下料位置；
(7)：所述清粉装置将所述缸体32移至清粉区域，等待清粉完成，在此过程中，所述主控装置28重复执行步骤(1)-(4)或(6)，直至清粉完成后；
(8)：所述清粉装置将缸体移出至缸体上下料位置；
(9)：所述RGV物流装置将所述缸体运输至所述辅助装置处；
(10)：所述辅助装置将打印得到的零件从所述缸体取出，完成零件生产；
(11)：重复执行步骤(1)-(10)，实现连续生产。
其中，在所述步骤(3)中，在打印之前，所述3D打印机将所述缸体移至其成形位置区域17处，在所述成型位置区域进行所述3D 打印。
具体的工作过程包括以下步骤：
步骤1：主控装置28将三维数据传输至3D打印机。主控装置28 在接收到上级MES系统的生产订单后，生成对应的三维数据，确定零件生产件数，比如为10件，一次打印只能生产一件；主控装置28 检索四台3D打印机的当前工作状态，若第一3D打印机空闲，将生产订单与三维数据分配至第一3D打印机5，四台3D打印机为并列设置，主控装置根据各个3D打印机的工作状态，可随机选择其中一个进行操作；
步骤2：主控装置28控制辅助装置2将打印基板放入缸体内，基板作为待加工件的载体；
步骤3：主控装置28控制RGV物流装置1沿横向运动至辅助装置2处，通过竖向升降将缸体夹紧并提升，再沿着横向轴方向运输至第一3D打印机5处，通过竖向升降将缸体放置周转位置上；
步骤4：主控装置28控制第一3D打印机5将缸体通过电机驱动从上下料位置转运至成型区域17，并加载接收的三维数据，启动第一3D打印机5进行3D打印；
步骤5：待完成打印后，第一3D打印机5将缸体由成形位置转运至上下料位置；
步骤6：主控装置28控制RGV物流装置1沿横向运动至第一3D 打印机5，通过竖向升降将缸体夹紧并提升，再沿横向运输至第一清粉装置处，通过竖向升降将缸体放置于上下料位置；
步骤7：主控装置28控制第一清粉装置4将缸体32通过电机驱动从上下料位置转运至清粉位置23，并启动清粉。在等待第一清粉装置4完成清粉过程中，重复执行步骤1-步骤6：主控装置28将生产订单与三维数据分配至第一3D打印机；主控装置28控制辅助装置2 将打印基板放入缸体内；主控装置28控制RGV物流装置1沿横向运动至辅助装置2处，通过竖向升降将缸体32夹紧并提升，再沿着横向轴方向运输至第一3D打印机5处，通过竖向升降将缸体放置于上下料位置；主控装置28控制第一3D打印机5将缸体通过电机驱动从上下料位置转运至成形位置，并加载接收的三维数据，依据数据启动第一3D打印机5；主控装置28控制第一清粉装置4将缸体32通过电机驱动从上下料位置转运至清粉位置，并启动清粉；
在步骤7等待第一清粉装置3完成第一件零件清粉过程中，采用本发明提供的生产线及方法可实现清粉过程中3D打印机可以继续进行打印，不需要等待，实现3D打印机连续生产，提升生产效率。此外，采用本发明的生产线及方法，实现自动粉末清理，大幅提升生产效率。
步骤8：待完成清粉后，第一清粉装置4将缸体由清粉位置转运至上下料位置
步骤9：主控装置28控制RGV物流装置1沿横向运动至第一清粉装置4处，通过竖向升降将夹紧并提升，再沿横向运输至辅助装置 2；
步骤10：主控装置28控制辅助装置2将零件从缸体内取出，完成零件生产。
在上述生产过程中，粉末集中供应装置3和10，根据主控装置28调度指令，通过上粉桶11为运行的第一3D打印机5供粉，保障第一3D打印机5连续运行。
在上述生产过程中，第一3D打印机5打印完后，根据主控装置 28调度指令，第一3D打印机5左移至第一清粉装置4处进行清粉，如果第一清粉装置4正进行清粉操作，主控装置28调度转运至第二清粉装置9中清粉；此外，以上打印和清粉过程中，主控装置28根据任务量分配至相应的某一3D打印机，接收任务的设备运行，未安排任务的设备空闲。
上述生产过程，相比传统单机生产模式中人工运输缸体，使用RGV物流装置1代替人工，安全性和可靠性均得到大幅提升，有力地保障了生产安全。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本发明所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光选区熔化3D打印生产线系统，其特征在于，所述生产线系统包括：3D打印机、清粉装置、粉末集中供应装置、RGV物流装置、辅助装置以及主控装置，其中：
所述主控装置连接所述3D打印机、清粉装置、粉末集中供应装置、RGV物流装置以及辅助装置；
所述粉末集中供应装置与所述3D打印机连接，用于对所述3D打印机进行供粉与回粉；
所述粉末集中供应装置与所述清粉装置连接，用于对所述清粉装置进行回粉；
所述RGV物流装置上设置所述辅助装置，用于控制所述辅助装置的运动。
2.根据权利要求1所述的激光选区熔化3D打印生产线系统，其特征在于，所述3D打印机至少包括四台，所述清粉装置和粉末集中供应装置至少均为两套。
3.根据权利要求2所述的激光选区熔化3D打印生产线系统，其特征在于，四台所述3D打印机直线排列，第一所述粉末集中供应装置和第一所述清粉装置设置在所述四台3D打印机的一侧；第二所述粉末集中供应装置和第二所述清粉装置设置在所述四台3D打印机的另一侧。
4.根据权利要求3所述的激光选区熔化3D打印生产线系统，其特征在于，所述第一粉末集中供应装置通过管路分别连接第一和第二3D打印机顶部的上粉桶，用于对第一和第二3D打印机供粉；且通过管路分别连接第一和第二所述3D打印机的底部和第一清粉装置的底部，用于对第一和第二3D打印机和第一清粉装置的粉末进行回收。
5.根据权利要求3所述的激光选区熔化3D打印生产线系统，其特征在于，所述第二粉末集中供应装置通过管路分别连接第三和第四3D打印机顶部的上粉桶，用于对第三和第四3D打印机供粉；且通过管路分别连接第三和第四所述3D打印机的底部和第二清粉装置的底部，用于对第三和第四3D打印机和第二清粉装置的粉末进行回收。
6.根据权利要求1所述的激光选区熔化3D打印生产线系统，其特征在于，所述RGV物流装置包括桁架、横向平移组件、竖向升降组件和抓取装置；所述抓取装置设置于所述竖向升降组件的底部；所述竖向升降组件设置于所述横向平移组件上；所述横向平移组件设置于所述桁架上。
7.根据权利要求1所述的激光选区熔化3D打印生产线系统，其特征在于，所述辅助装置设置有相互连接的电机与丝杠，用于控制所述辅助装置的升降运动。
8.一种激光选区熔化3D打印生产方法，其特征在于，所述生产方法采用权利要求1-7任一项所述的生产线系统来实现，所述生产方法包括如下步骤：
S1：将待加工件放入缸体内；
S2：将所述缸体运输至选定的3D打印机处进行选区熔化成形，实现零件打印，并在打印完成后将所述缸体移出；
S3：所述缸体被运输至所述清粉装置处进行清粉，清粉完成后移出所述缸体；
S4：将清粉后的所述缸体运输至所述辅助装置处取出零件，完成生产。
9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，所述步骤S1-S2循环执行，且在打印之前，所述3D打印机将所述缸体移至其成型区域，在所述成型区域进行所述3D打印。
10.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，还包括S5：重复执行步骤S1-S4，实现连续生产。
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