CN114585496A

CN114585496A - 用于增材制造的设备和方法

Info

Publication number: CN114585496A
Application number: CN201980098951.8A
Authority: CN
Inventors: 让-伊夫·阿斯科埃; 帕斯卡·莫尼奥尔; 图格杜阿勒·乐-尼尔
Original assignee: Ecole Centrale de Nantes
Current assignee: Ecole Centrale de Nantes
Priority date: 2018-07-07
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2022-06-03
Also published as: FR3083474A1; WO2020011737A1; EP4041531A1; FR3083474B1; US20220347919A1

Abstract

一种机器人，旨在使用体积元素或体素通过增材制造来制造部件（251，252，253），所述机器人包括：基座（200，200₂）；旋转臂（101，102，103，104），旋转臂包括径向地分布在所述旋转臂上的用于增材制造的多个执行器（110）；用于在平行于其旋转轴线（100）的方向上通过旋转平移地移动旋转臂的装置（201，202）；用于相对于基座（200，200₂）平移地和旋转地引导旋转臂的装置；用于根据旋转臂在空间中的位置来控制用于增材制造的执行器（110）的动作的装置。一种用于实现机器人的方法。

Description

用于增材制造的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于增材制造的设备和方法。本发明适于许多增材制造方法，特别是实现材料的喷射、材料在材料床上的烧结或选择性熔化、粘结剂选择性喷射到材料床上的增材制造方法。

增材制造通过层的分层来制造部件。每个层对应于添加于上一层的厚度和形状确定的材料，不受添加方式限制。材料的添加通过执行器完成，根据所选用的增材制造方法，执行器直接输入材料（在喷射的情况下）、或者通过预先沉积的非粘性材料重新构建实心的粘性材料。通过在材料输入过程中控制执行器的相关路径来获得层的形状。

背景技术

工具在通过材料去除进行制造的过程中的运动和执行器在增材制造过程中的运动是相似的，因此在通过材料去除进行机加工的领域中使用的装置、机器和信息系统可以进行一些调整之后用于增材制造。

实际上，根据本领域技术人员的偏见，增材制造是通过与机加工相同的或非常相似的机器来实现的。机加工通过材料去除、以串行或并行运动学重现机床运动学、或使用多关节机器人进行。

这些运动学解决方案包括至少3条受控轴线，最常见的是5条或6条轴线，这使得这些机器制造起来很复杂。另外，这些机器一次只允许移动一个执行器，即使可以在机床的头部或机器人的臂的端部组装若干执行器，这些执行器也需要遵循平行路径。

现有技术的这些解决方案还受到其工作容积的限制。机床与多关节机器人以相同的方式具有固定的工作容积，如果可以将若干多关节机器人关联起来则能覆盖更大的容积，但编程将变得复杂。

发明内容

本发明旨在解决这些缺点，为此，涉及一种机器人，机器人适于由体积元素或体素通过增材制造来制造部件，所述机器人包括：

基座；旋转臂，旋转臂包括径向地分布在其上的用于增材制造的多个执行器；用于在旋转时沿平行于其旋转轴线的方向平移地移动旋转臂的装置；用于相对于基座平移和旋转引导旋转臂的装置；用于根据旋转臂在空间中的位置来控制增材制造的执行器的动作的装置。

因此，对于旋转臂的每个执行器，旋转臂的旋转和平移的组合在路径方面定义了一个圆柱形扫描表面。增材制造执行器穿过此扫描表面时致动一段确定的时间，从而生产基本体积的材料或体素。

这个原理应用于旋转臂上存在的所有增材制造执行器，允许在机器人的工作容积中创造体素矩阵。

要制造的部件是此体素矩阵的子组件。部件是在旋转臂的螺旋运动过程中通过控制每个执行器获得，从而只创造与部件相对应的体素。

因此，所有执行器都受到旋转臂施加的相同运动学的影响，但每个执行器都可单独启用/停用，并通过组装基本体积来构建部件，因此在实践中，所有的执行器同时工作并协作来创造体积，但是执行器全都由同一个设备驱动。

因此，通过所有执行器同时工作，本发明的设备使用简单且其运动学易于编程，同时可以提高生产效率。

潜在地，可以在旋转臂扫描的体积中制成任何形状，其分辨率取决于执行器可以实现的材料体素的尺寸、安装在臂上的执行器的数量以及执行器之间的步长。

本系统适于小部件或非常大的部件的生产，在其最简单的版本中，本发明的机器人仅包括2条轴线，可以由一个单一马达驱动，这相对于现有技术的解决方案，在工作容积相同的情况下降低了其制造成本。

根据下文披露的实施方式和变形有利地实现本发明，这些实施方式和变形应单独考虑或根据任何技术上可能的组合来考虑。

有利地，本发明的机器人包括多个承载执行器的旋转臂。这种设置可以提高机器人的分辨率、生产效率、以及旋转臂之间不同功能的分布。

因此，根据示例性实施方式，适于通过选择性聚结包括在材料床中的粒状材料来实现增材制造的方法，一个旋转臂包括将粒状材料沉积在材料床上的沉积组件。

有利地，沉积组件包括具有多个卸料孔的沉积料斗。沉积组件的此实施方式特别紧凑并且适于本发明的机器人，以进行连续增材制造。

有利地，本发明的机器人包括呈刀片或辊子形式的刮刀，刮刀作用在材料床上并由旋转臂驱动。根据特定实施方式，刮刀与沉积料斗连接到相同的旋转臂。

根据实施方式，机器人包括部件支撑件，部件支撑件包括用于在制造期间移动部件的装置。此实施方式可以提高轮廓的分辨率并增加由机器人生产的部件的体积。

根据一个特定实施方式，本发明的机器人包括用于沿着旋转臂移动执行器的装置。此实施方式可以提高机器人在部件制造时的分辨率。

有利地，基座包括用于在空间中移动所有机器人的装置。此实施方式可以增加由一个单一机器人生产的部件的体积，但更有利的是，可以根据需要使若干机器人协作以生产体积非常大的部件。

本发明还涉及一种用于实现根据本发明的任何一个实施方式的机器人来增材制造部件的方法，该方法包括以下步骤：（i）获得与机器人的制造容积相对应的体积网格的离散体积；（ii）将部件的数字模型插入到步骤i）中获得的体积中；（iii）确定包含在数字模型的体积中的体积网格并根据预定义投影公差界定模型的轮廓；（iv）通过关联步骤iii）中确定的每个网格，并启动相应位置的执行器来制造部件。

从编程和在生产过程中控制机器人的角度来看，这种方法实现起来简单。

根据本发明方法的实施方式，通过材料床的选择性烧结或聚结实现增材制造的方法中，步骤iv）包括启动执行器以形成材料床的保持装置。

在本发明方法的有利实施方式中，步骤iv）包括关联安装在移动基座上的若干机器人使其协作以增加制造容积，步骤i）包括获得组合的所有机器人的总制造容积。

附图说明

下面根据本发明的优选、并非完全限制性的实施方式，参考图1至图10披露了本发明，其中：

图1

[图1]根据仰视图示出了根据本发明的机器人的示例性实施方式，图1A，包括在所有旋转臂上的相同类型的执行器，图1B，包括在旋转臂上的不同的执行器；

图2

[图2]根据正视图示出了本发明的机器人的不同实施方式，图2A是安装在在地面上的构造，图2B是按照在顶板上的构造；

图3

[图3]根据立体图示出了使用本发明的机器人的执行器增材制造部件的原理，图3A是旋转臂的单次旋转，图3B是图3A的基本体积的堆叠，图3C是根据图3A的体积的堆叠图的变形；

图4

[图4]示出了根据图3所示的原理进行部件制造，图4A是单个执行器的立体图，图4B根据俯视图，示出了基于部件的数字模型和机器人的离散化制造容积确定的网格制造原理，图4C根据立体图和图4B中限定的AA截面示出了基于图4B中的数字定义的部件的示例性实施方式；

图5

[图5]根据俯视图，通过比较图5B中机器人可以实现的四边形容积和可以由机器人的关联获得的四边形容积，示出了根据本发明的若干机器人的协作的示例；

图6

[图6]根据示意性俯视图，示出了用于生产部件的8个机器人的关联；

图7

[图7]根据立体图、图7A和图7B，以及图3A中限定的截面视图AA，示出了适于本发明的机器人的旋转臂的沉积料斗的示例性实施方式；

图8

[图8]以俯视图示出了本发明的机器人通过材料床的选择性烧结或聚结进行增材制造；

图9

[图9]示出了本发明的方法的流程图；

图10

[图10]根据正视图示意性地示出了安装在移动基座上的本发明的机器人。

具体实施方式

图1，根据示意性实施方式示例，本发明的机器人包括一个或多个旋转臂（101，102，103，104），优选地包括4个旋转臂，这些旋转臂通过合适的驱动装置围绕中心轴线（100）旋转。每个旋转臂包括用于增材制造的一个或多个执行器（110），执行器根据步长均匀或不均匀地径向分布在旋转臂上。

根据示例性实施方式，并非所有旋转臂都包括相同数量的执行器，并且执行器沿着旋转臂径向偏移可能可变的距离d，因此就增材制造能力而言，执行器的组合动作覆盖了机器人的整个工作容积。

根据实施方式，执行器可以单独地或成组地沿着旋转臂径向移动。

为此，一个执行器或一组执行器安装在旋转臂的机动滑架上。与执行器在旋转臂之间的径向偏移相同，与这种径向偏移相容的设置允许其以更大的分辨率覆盖工作容积。

根据实施方式示例，旋转臂的长度在5 cm与5 m之间。因此，原理上，本发明的机器人适于很宽范围的部件。

本发明适用于以下增材制造方法：

在粉末床上熔化或烧结，

将粘结剂喷射在粒状材料上，

喷射材料。

因此，取决于所采用的增材制造方法，本发明的设备适于生产金属、聚合物、陶瓷或沙质部件。

根据所选择的增材制造方法，执行器是熔化材料的喷嘴、粘结剂的喷嘴、用于将材料熔化的激光器、用于沉积非聚结粒状材料的设备或呈刀片或辊子形式使沉积的粒状材料层均等的刮刀。

另外，某些执行器执行与增材制造操作相关的功能，比如将保护气体喷射在熔化区上或喷射能够加速喷射的粘结剂凝固的气体，或例如通过红外辐射进行局部加热的功能。

因此，根据示例性实施方式、图1B中，两个旋转臂设有用于卸出粒状材料的多孔沉积料斗（120₂，120₄）和用于使沉积的材料层均等的刮刀（130₂，130₄），其他两个旋转臂（101，103）设有通过熔化或通过粘结使沉积的材料层选择性地聚结的执行器。

旋转臂（101）将由一个沉积料斗与刮刀组件（120₂，130₂）沉积的材料层选择性地聚结，另一个旋转臂（103）将由另一个沉积料斗与刮刀组件（120₄，130₄）沉积的材料层选择性地聚结。

图2，除了旋转运动，为了生产部件（251，252，253），旋转臂平行于它们的旋转轴线（100）并在引导下以受控速度在竖直方向移动，旋转轴线由图2中的引导轴（201，202）示意性表示。根据这些示例，引导轴（201，202）以及机器人的所有制造装置都安装在基座（200₁，200₂）上。

在图2A和图2B中，为了简化表示，部件（251，252，253）通过材料喷射方法制成。在通过材料床的选择性聚结或烧结生产部件的情况下，所述部件位于材料床中，该设备包括如图8所示用于保持所述材料床的装置。

图2A，根据第一实施方式，对轴（201）加以支撑的基座（200₁）放置在地面上，该部件或多个部件（251，252）通过增材制造在围绕引导轴（201）延伸的工作台（241）上生产。此实施方式在机器人的制造方面更简单且更廉价。然而，轴所在的中心区限制了可以生产的部件的体积。

图2B，根据另一个实施方式，对轴（202）加以支撑的基座（200₂）放置在顶板上。在此实施方式中，可以将执行器（110）放置在靠近旋转臂的旋转中心，工作台（242）的工作容积以及功能表面不受轴（202）的存在的限制。对于具有相同工作容积的机器人，与图2A的解决方案相比，可以生产更大的部件（253）。

本发明的机器人可以在2.5D或3D制造的所有实施方式中使用。

优选地，在这两种情况下，在增材制造期间，旋转臂以恒定速度旋转。

在2.5D制造中，通过垂直于旋转轴线的连续平面生产部件。增材制造操作是在平面上通过旋转臂在恒定高度的一次或多次旋转进行的，然后旋转臂平行于旋转轴线移动一定增量，新的增材制造阶段在平行于前一平面的平面中进行，依此类推。此解决方案涉及停止增材制造过程：即使旋转臂继续旋转，在两个增量之间熔化、聚结、喷射以及可能沉积材料层。

在3D制造中，旋转臂的旋转运动和旋转臂沿着它们的旋转轴线的轴向运动相组合，使每个执行器遵循根据一个特定实施方式得出的可变步长的螺旋路径。根据此实施方式，增材制造过程是连续的，具有更高的生产效率。

另外，此实施方式可通过仅使用一个单个驱动马达使旋转臂旋转（旋转臂由此沿着轴通过螺旋引导而在竖直方向移动），从而简化本发明的机器人的制造。

图3和图4示意性地示出了通过本发明的机器人制造部件的过程。为了阅读这些图，所表示的过程是2.5D制造过程，体素相对于所生产的部件以更大的尺寸表示，它们是真实的。考虑螺旋部分中的网格（450，451）和体素（350），容易实现3D制造配置。

执行器的运动以及启动/停用由数控指挥器（未表示）控制。该设备包括传感器，可随时获悉旋转臂在其旋转轴线上的位置，包括角位置和高度位置。执行器在旋转臂上的位置（径向位置和高度位置）也是已知的，并输入到数控指挥器的表格中，因此由执行器喷射或聚结的材料的空间位置也能随时被数控指挥器获悉。

在图3A中，旋转臂被驱动绕其轴线（100）旋转，安装在所述旋转臂上的每个执行器（110）遵循圆形路径（在3D过程的情况下为螺旋形）。在确定的时间/运动期间，增材制造执行器的启动（即通过此执行器启动材料的喷射、或粒状材料聚结的情况下启动粘结剂的喷射、或触发执行器的激光源发光来熔化或烧结材料）产生材料（350）或体素的基本体积。

对于给定的方法，可以生产的材料的最小体积取决于执行器的最小启动-停用-再启动时间以及执行器相对于部件的运动速度，该运动速度是旋转臂的角速度和执行器在旋转臂上的径向位置的函数。

因此，在此实施方式示例中，非限制性地，在2.5D制造中，每个执行器能够在旋转臂的旋转期间产生体素（350）环。

图3B，在不同高度重复此操作赋予每个执行器（110）通过堆叠体素（350）产生圆柱形管状体积的能力。

图3C，根据示例性实施方式，体素不是如图3A所示彼此上下直接堆叠，而是以交错的行或根据从一个平面到另一个平面的任何其他图案堆叠。

在任何情况下，执行器可能聚结、喷射或烧结的一定体积的材料于圆形管状体积中，每个体素的位置和尺寸取决于执行器的启动和停用位置。

图4A，在旋转臂运动期间，每个执行器根据要制造的轮廓被启动/停用，产生其潜在管状体积的一部分。

因此，通过将若干执行器关联起来，使得执行器的管状制造容积是连续的或重叠的，制造容积被离散为基本体积的圆柱体。

图4B，从数字的角度来看，此制造容积被离散化为体积网格（460），这些体积网格对应于每个执行器在此体积中可以生产的所有体素。

图4B，根据表示为俯视图以简化图像的螺旋形部件的示例性实施方式，部件（450）的体积数字模型放置在呈数字形式的离散化体积中。

通过合适的数字处理，位于部件的模型（450）的体积中或近似地限定部件的模型（450）的体积的制造容积的网格（461）根据限定的投影公差将对应于在增材制造操作期间制造的体素。这种选择网格（461）的数字操作通过体积数字设计软件进行相对简单地生产。

在图4B的情况下，网格已优化来评估所制造的体素在执行器之间成角度地偏移以及平面之间成角度地偏移的可能性。从数字的角度来看，此操作非常容易执行，例如在每个仰角平面中旋转每个网格环（460）以便最好地遵循数字模型（450）的轮廓。

图4C，通过堆叠体素（350）来制造部件，体素（350）与数字处理期间识别的网格（461）相对应。

相比于需要限定路径的现有技术，本发明的机器人也简化了从数字处理到制造的过程。

例如，通过常规技术生产图4中所示的部件，需要产生围绕部件上的材料应用/聚结点的3条轴线的路径。由机器或机器人产生路径是通过机器或机器人围绕铰接或运动轴线的运动的组合来传达的，需要在其数控指挥器级别上通过关于编程路径的逆向运动学来确定这些运动。

物理上，在制造过程中，通过在机器或机器人的运动或铰接轴线上的永久加速/减速来传达遵循现有技术装置上的路径，但是通过这些运动的运动学组合，部件上的应用/聚结点的路径以基本恒定的速度行进。

在本发明的设备中，在其最简单的实现方式中，仅使用执行器的两条运动轴线，旋转臂的旋转及其沿其旋转轴线的竖直运动，这两个运动以恒定速度进行，并根据简化的实施方式示例，由单个马达驱动。没有路径编程，通过在给定位置启动/停用执行器生产部件，这些给定位置直接对应于在数字处理过程中识别的网格（461）。

根据执行器的位置启动/停用是全有或全无的功能，不需要执行用于其的任何逆运动学。现代数控指挥器可能能够控制多个执行器，这些执行器远远超出通过本发明的设备实现制造方法所必需的执行器。

可以平行于旋转臂的旋转轴线沿着旋转臂移动可变运动步长的执行器的实现方式，其主要目的是提高本发明的设备的制造分辨率。这些在网格定义中容易在数字级别上酌量，并广泛地输入到数控指挥器的控制能力中，网格定义允许对部件进行编程。

与图3和图4相反，本发明的设备及其实施方式绝对不限于旋转部件的生产。只要其体积一进入所选择的设备的制造容积，任何形状的部件都可以制造。

图10，根据一个实施方式，基座（1000）设有运动装置（1100）。根据此示例，机器人放置在滑架上，滑架设有轮子或轨道可在限定空间内移动，例如在车间或在制造中的结构件中移动，结构件如船壳、飞行器机身或土木工程结构。

有利地，安装在其滑架上的每个机器人包括在其环境中或相对于另一个机器人的绝对或相对的依赖性（allothetic）或自主性（idiothetic）定位装置（1051，1052），通过单独地或组合地定位信标的三角测量、视频处理、激光雷达图像处理、或运动性装置测量进行定位。

因此，多个这样的机器人变成能够根据需要以更多或更少数量关联的多个协作机器人。因此，协作机器人能够根据若干连续的关联图可能在不同高度的地板上进行干预，以制造非常大的结构。

由若干这种类型的协作机器人的关联制造部件优选地以2.5D进行，简化过程避免碰撞。

替代性地，移动基座安装在顶板上，例如悬置在覆盖目标工作空间的导轨网络上。

同样替代性地，移动基座由缆索机器人支撑。

图5，可以将若干机器人的制造容积相组合，从而获得大得多的总制造容积。

因此，图5A中，根据组合示例，4个机器人（501，502，503，504）组合得到重叠的工作容积。根据要生产的部件的形状和目标分辨率，重叠部分或多或少是重要的。因此，根据此非限制性示意性示例，两个机器人（501，503）的旋转臂端部的路径是相切的，但是这些路径很可能相交以最好地覆盖中心部件。这对于此示例中的其他两个机器人（502，504）也一样。

每个机器人的旋转臂的位置和旋转速度是同步的，以避免碰撞。

根据此非限制性实施方式示例，机器人“放置在地面上”的类型，它们各自的工作容积包括与引导轴的位置相对应的不可接近的中心区。

因此，图5B中，利用这种包括中心轴的机器人（500），在一件工件的制造中，其可实现的最大四边形容积的周长（551）受到此中心轴的限制。

图5A中，图5B所示同类型的4个机器人组合可达到四边形的生产容积，其周长（550）是单个机器人的2倍，即容积是单个机器人的4倍。

本发明的若干机器人的关联不限于放置在地面上的机器人，也可关联到安装在顶板上的机器人。

图6中，潜在地，可以根据多种布置，组合任意数量的协作机器人的工作容积，以覆盖期望的制造容积（650）。

为此，每个协作机器人有利地配备有接近度传感器、接触传感器、对准传感器和定位传感器，例如能够与无线电或超声信标交互来彼此定位，以及配备有有线或无线电通信装置，以便在它们之间创建包括主从关系的网络，用于同步它们的动作。

因此相关联的协作机器人的编程，受益于以上所指出的针对本发明的机器人单独编程的所有优点。

图2中，根据实施方式，部件（251，252，253）在生产期间相对于机器人的旋转轴线（100）可移动。为此，图2A，根据适于一个机器人的实施方式示例，其轴（201）放置在地面上，工作台（241）包括一个或多个滑架（245），这些滑架可以通过设备相对于工作台移动，设备为滚珠丝杠或由机器的数控指挥器控制的直线马达等。

在图2B中，一个机器人的情况下，机器人的轴（202）安装在顶板上，工作台（242）耦合至受控的运动装置。

根据一种实施方式，由此启用的工作台（242）或滑架（245）在垂直于旋转臂的旋转轴线（100）的平面中进行直线运动、例如在正交方向上。

通过使用固定工作台和机器人获得同样的结果，机器人的基座设有运动装置（图10）。

根据与前一实施方式兼容的另一实施方式，工作台（242）或滑架（245）的运动包括关于平行轴或垂直于旋转臂的旋转轴的轴的角度定向。

这些实施方式能提高机器人的生产分辨率，增加生产的部件的体积。

图1B中，为通过选择性聚结或烧结实现增材制造方法，机器人的旋转臂之一（102，104）有利地设有沉积料斗（120₂，120₄）在聚结或烧结后的连续层上进行沉积。

此实施方式可以在2.5D制造和3D制造中使用。

料斗有利地是具有多个孔的料斗，料斗与刮削装置相关联允许在旋转臂的运动学构造中沉积均匀厚度的材料层。

图7，根据实施方式示例，适于本发明的机器人的旋转臂的沉积料斗（700）包括上部（710）和被称为卸料部的下部（720），该下部包括朝向多个下开口聚拢并分布在横向方向（y）上的两个倾斜壁（721，722）。

沉积料斗（700）在其上部中包括用于特别是通过螺栓连接将料斗附接到机器人的旋转臂上的装置（750）。

料斗的下部（320）的两个倾斜壁（721，722）面向横向竖直平面（x，y）具有对称的倾斜角度θ ₁ = θ ₂。在任何情况下，这些角度（θ ₁，θ ₂）小于40°，优选地小于30°，因此下部的两个倾斜的横向壁（721，722）之间的卸料圆锥的角度（θ ₁+θ ₂）至多等于80°，优选地小于60°。

图3B中，沉积料斗（700）被分成其下部（720）。每个隔室对应于孔（731，732，733，734，735），料斗包括沿横向方向（y）对齐的若干孔。每个隔室在料斗的下部（720）中构成具有逐渐演变的矩形截面的锥形料斗。这个面向各个孔的“子料斗”在纵向方向（x）上由料斗的倾斜壁（721，722）界定以及在横向方向（y）上由隔室壁（741，742）界定，隔室壁相对于纵向竖直平面（x，z）倾斜并且朝向孔聚拢。

每个隔室壁的倾斜角（θ ₃，θ ₄）小于40°、优选地小于30°，因此两个隔室壁之间通向孔的开口角（θ ₃ + θ ₄）至多等于80°，优选地小于60°。因此，在倾斜壁与隔室壁之间形成向下一直到料斗出口的导管，不包括相对于竖直方向倾斜角大于40°的表面。这些条件确保容纳在沉积料斗（700）中的粒状材料以质量流的形式流向料斗的每个孔（731，732，733，734，735）。

将材料导向孔的隔室的几何形状使得孔的实际流动截面在料斗的几乎所有排空期间等于或基本等于孔的截面。

这些条件使穿过每个孔的卸料流量几乎恒定，此流量由所卸出的材料的性质决定，特别是其体积质量和其粒度以及料斗的几何形状决定，即不需要用于控制卸料流量的特定装置。

两个连续隔室的连续隔室壁（742，743）在料斗的下部（720）中通过尖锐连接而连接在一起，根据由此连接的隔室壁（742，743）的相应倾斜度，连接的壁形成的尖角小于60°、优选地为小于40°的齿或楔。这种特性确保了朝向料斗的多个孔的流体容易分离。

孔的开口截面在横向方向上有利地不同。

因此，在旋转臂的旋转过程中，具有较小开口的孔（731）遵循更接近曲率中心并具有较小的半径的圆形路径，而具有较大开口的孔（735）遵循远离曲率中心且具有较大的半径的路径。

材料流向各个孔呈条状沉积，并通过刮刀分布在材料床的表面上（图1B），刮刀也设置在机器人的旋转臂上的。

图8，使用本发明的机器人来实现使用选择性聚结或烧结的材料床的增材制造方法，需要保持容器来容纳所述材料床。有利地，根据本发明的机器人的实施方式，用于保持材料床的装置（840）在生产部件（850）的同时通过烧结或聚结而形成在材料本身中。

图9，根据本发明的方法的实施方式示例，这包括两个步骤（910，920）。

在定义工作容积的步骤（910）中，定义机器人或多个相关联机器人的离散为体积网格的工作容积。例如，体积网格对应于可以由该机器人或这些多个机器人承载的执行器中的每个执行器生产的最小体素。

在平衡步骤（920）中，将要生产的部件的数字模型定位于在前一步骤（910）中确定的离散体积中。

在建模步骤（930）中，确定包含在数字模型的体积中的基本体积网格以及其边缘根据预定投影公差遵循所述模型的轮廓的基本体积网格。

在编程步骤（940）期间，在建模步骤（930）中确定的每个体积网格，其对应于所生产的部件或材料床的保持装置的形成，被转换成每个执行器的空间启动和停用位置。

步骤（950）中，通过获得的程序，堆叠体素来生产部件。

上面的描述和实施方式示例表明，本发明实现了目标目的，特别是与常规运动学解决方案相比，本发明能够实现更高的生产效率，使增材制造操作的编程更简单。在相等工作容积下，机器人的制造也更廉价。本发明的机器人可以以宽尺寸范围生产并适于实现若干增材制造方法。使若干机器人协作的可能性可以生产非常大的部件，比如航海或航空结构、工具或土木工程构造。与大尺寸极端相反的方面，根据增材制造技术，执行器沿着旋转臂排布的密度可以达到每毫米25个执行器，从而在小部件上提供高生产分辨率。

Claims

1.一种适于通过增材制造由体积元素或体素（350）来制造部件（251，252，253，450）的机器人，所述机器人包括：一个基座（200₁，200₂，1000）；一个旋转臂（101，102，103，104），所述旋转臂包括径向地分布在所述旋转臂上的用于增材制造的多个执行器（110）；一个平移装置（201，202），用于沿平行于其旋转轴线（100）的方向平移旋转着的所述旋转臂；一个引导装置，用于引导所述旋转臂相对于所述基座（200₁，200₂）的平移和旋转；以及一个控制装置，用于根据所述旋转臂在空间中的位置来控制所述执行器（110）的动作。

2.根据权利要求1所述的机器人，包括多个承载执行器（110）的旋转臂（101，102，103，104）。

3.根据权利要求2所述的机器人，所述机器人适于通过使包含在材料床中的粒状材料选择性聚结来实现增材制造方法，其中，所述旋转臂（102，104）中的一个旋转臂包括一个沉积组件（120₂，120₄，130₂，130₄），用于将粒状材料沉积在所述材料床上。

4.根据权利要求3所述的机器人，其中，所述沉积组件包括一个沉积料斗（120₂，120₄，700），所述沉积料斗包括多个卸料孔（731...735）。

5.根据权利要求4所述的机器人，包括一个刮刀（130₂，130₄），所述刮刀作用在所述材料床上、由旋转臂驱动。

6.根据权利要求1所述的机器人，包括一个部件支撑件（241，242），所述部件支撑件包括用于在制造期间移动所述部件的装置。

7.根据权利要求1所述的机器人，包括用于沿着旋转臂移动所述执行器的装置。

8.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述基座（1000）包括用于在空间中移动所述机器人的装置（1100）。

9.一种用于实现根据权利要求1所述的机器人来增材制造部件的方法，包括以下步骤：（i）获得（910）离散为体积网格（460）的体积，所述体积与所述机器人的制造容积相对应；（ii）将所述部件的数字模型（450）插入（920）在步骤（i）中获得的所述体积中；（iii）确定（930）包含在所述数字模型的体积中的体积网格（461）并根据预定义投影公差界定所述模型的轮廓；（iv）通过将在步骤（iii）中确定的每个网格（451）与在对应位置的执行器的启动相关联（940）来生产（950）所述部件。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法通过材料床的选择性烧结或聚结来实现增材制造方法，其中，步骤（iv）包括所述执行器的启动以形成用于保持所述材料床的装置（840）。

11.根据权利要求9所述的方法，所述方法实现根据权利要求8所述的机器人，其中，步骤（iv）包括若干协作机器人（501，502，503，504）的关联以增加所述制造容积（550），其中，步骤（i）包括获得组合的所有机器人的总制造容积。