CN114905278A - 金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,包括可抓取待去除支撑结构的打印件的机械手、用于切割所述支撑结构的刀具库以及可发出用于切割所述支撑结构的激光的激光系统;所述机械手将所述打印件送至所述刀具库处和所述激光的作业范围内。还提供一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法。本发明通过刀具和激光的配合,再辅以数控技术的机械手,实现打印件支撑结构的高精度自动去除;利用模型数据对比,后期进行数据的分析和编译加工中心程序,实现从增材到减材的一体化加工工程,利用刀具与激光的共同作用可以提高后处理时间和精度的同时,减少了成本损耗,符合更多样化的打印件去支撑需求,可以去除人工方法无法精确去除的微小支撑。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域,具体为一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置以及方法。
背景技术
增材制造,又称3D打印,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的,常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件,该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
增材制造成形工件悬垂部位需要添加支撑,以避免成形过程中出现塌陷,翘曲变形,防止工件在后续处理中变形或断裂.支撑设计是增材制造工艺设计的重要内容,主要包括悬垂面的识别,支撑结构的设计,支撑的布置以及支撑和成形件接触形式等,其与成形工艺,成形材料,工件悬垂结构特征等因素有关.但是目前3D打印件去支撑是通过操作工使用锤子、矬子、剪子、钳子等工具对其进行修剪,操作工在修剪时稍有不慎就会导致3D打印件的损坏;这种操作方法存在清除困难、清理不完全的问题,使得3D打印件的结构粗糙,有需要二次修剪的风险,浪费了大量的人力、物力的同时,并没有达到理想的效果。人工成本在整个金属3D打印制造成本中的占比达30%,自动化低的同时带来了去除支撑工作耗时长,成型效率大大降低,成本增高,失误率增加,制造精度低。
目前增材制造技术发展迅速,未来几年随着增材制造的发展,对3D打印车间的要求也必然更高,3D打印车间将拥有更好的后处理设备,提高3D打印后处理的智能化与精度化。如此打印机件的价格也将更低,拥有更好的表面处理和可靠性,并减少手工劳动,可重复性也会提高。因此寻求一个更好的增材制造去支撑方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置以及方法,至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,包括可抓取待去除支撑结构的打印件的机械手、用于切割所述支撑结构的刀具库以及可发出用于切割所述支撑结构的激光的激光系统;所述机械手将所述打印件送至所述刀具库处和所述激光的作业范围内。
进一步,所述机械手为多自由度机械手,所述多自由度机械手的末端与打印基板连接,所述打印件通过所述支撑结构设在所述打印基板上。
进一步,还包括加工中心,所述机械手和所述打印件均置于所述加工中心内。
进一步,所述加工中心内具有工作台,所述机械手通过滑移托板安装在所述工作台上。
进一步,所述工作台上具有供所述滑移托板滑动安装的滑轨,所述刀具库设于所述滑轨延伸方向的一端,所述激光系统出射的激光射至所述滑轨。
进一步,所述刀具库可伸缩地安装在所述加工中心上;当有所述滑轨时,所述刀具库伸缩的方向与所述滑轨的延伸方向一致。
进一步,所述激光系统为飞秒激光系统。
本发明实施例提供另一种技术方案:一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法,包括如下步骤:
S1,采用机械手抓取待去除支撑结构的打印件;
S2,所述机械手将所述打印件送至刀具库对所述支撑结构进行切割,同时还送至激光系统进行激光切割,所述刀具库的切割和所述激光系统的切割不分先后。
进一步,在进行切割动作前,还包括如下步骤:
S00,先根据所述打印件的数据生成数字孪生模型,
S01,然后采用传感器收集所述打印件的实时几何数据,
S02,接着所述数字孪生模型结合所述实时几何数据计算所述打印件中的支撑结构的准确位置,以供所述刀具库和所述激光系统的精准去除。
进一步,在切割的过程中,所述机械臂能够实时调整所述支撑结构的姿态。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、通过刀具和激光的配合,再辅以数控技术的机械手,实现打印件支撑结构的高精度自动去除。
2、采用飞秒激光进行切割,消除了类似于长脉冲加工过程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤,具有极高的的加工精度,如此不会因为使用激光而使得打印件发生变形。
3、利用模型数据对比,后期进行数据的分析和编译加工中心程序,实现从增材到减材的一体化加工工程,利用刀具与激光的共同作用可以提高后处理时间和精度的同时,减少了成本损耗,符合更多样化的打印件去支撑需求,可以去除人工方法无法精确去除的微小支撑。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的第一状态示意图;
图2为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的第二状态示意图;
图3为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的加工中心的示意图;
图4为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的机械手的第一状态示意图;
图5为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的机械手的第二状态示意图;
图6为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的刀具库的示意图;
图7为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的打印件、打印基板以及支撑结构的第一视角示意图;
图8为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的打印件、打印基板以及支撑结构的第二视角示意图;
图9为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置的打印件的示意图;
图10为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法的总体过程逻辑图;
图11为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法的去除支撑结构激光与加工中心共同工作过程逻辑图;
图12为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法的仅去除大结构外支撑的逻辑图;
图13为本发明实施例提供的一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法的仅去除小结构外支撑的逻辑图;
附图标记中:1-加工中心;101-本体;102-控制系统;103-工作台;104-刀具库;2-滑移托板;3-机械手;401-打印基板;402-支撑结构;403-打印件;5-飞秒激光系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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它实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图9,本发明实施例提供一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,包括可抓取待去除支撑结构402的打印件403的机械手3、用于切割所述支撑结构402的刀具库104以及可发出用于切割所述支撑结构402的激光的激光系统;所述机械手3将所述打印件403送至所述刀具库104处和所述激光的作业范围内。在本实施例中,通过刀具和激光的配合,再辅以数控技术的机械手3,可以对打印件403的支撑结构402高精度去除。具体地,数控加工中心1是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通信技术和光机电技术等于一体的现代制造业的基础技术,将数控技术应用于增材制造去支撑可以减少增材制造过程中的整体耗时,提高自动化水平,减少人工投入,激光和刀具在本发明中起到一个切割作用,与数控技术结合来进行对打印件403支撑的高精度去除。通过数控技术将机械臂、刀具库104和激光系统结合在一起,包括下面实施例将描述的传感器也可以通过数据技术结合在一起,可以精准去支撑。
作为本发明实施例的优化方案,请参阅图4和图5,所述机械手3为多自由度机械手3,所述多自由度机械手3的末端与打印基板401连接,所述打印件403通过所述支撑结构402设在所述打印基板401上。在本实施例中,机械手3采用多自由度机械手3,使之动作更为灵活多变。例如可以采用六自由度机械手3,可以满足刀具库104切割和激光系统切割的要求。
作为本发明实施例的优化方案,请参阅图3,本装置还包括加工中心1,所述机械手3和所述打印件403均置于所述加工中心1内。在本实施例中,可以设一加工中心1来专门容纳机械手3和待去除支撑结构402的打印件403,方便集成自动化功能,实现真正的智能去支撑。具体地,该加工中心1可以包括本体101、控制系统102,上述的刀具库104也可以作为其一部分。
进一步优化上述方案,请参阅图3,所述加工中心1内具有工作台103,所述机械手3通过滑移托板2安装在所述工作台103上。在本实施例中,加工中心1中有专门的工作台103,可以供机械手3安装。优选的。所述工作台103上具有供所述滑移托板2滑动安装的滑轨,所述刀具库104设于所述滑轨延伸方向的一端,所述激光系统出射的激光射至所述滑轨,通过设置的滑移托板2可以方便机械手3在加工台上移动,这样只需设计好刀具库104的激光系统的位置即可提高切割效率,如可以将刀具库104和激光系统的出光口均设在滑移托板2的移动范围内,通过滑移托板2的移动即可迅速且准确地达到刀具库104和激光系统的工作范围内。
作为本发明实施例的优化方案,所述刀具库104可伸缩地安装在所述加工中心1上;当有所述滑轨时,所述刀具库104伸缩的方向与所述滑轨的延伸方向一致。在本实施例中,描述了两个方案,其一时刀具库104可以伸缩,如图1所示为刀具库104伸出时的状态,方便对支撑结构402进行切割。优选的,该刀具库104可以移动,以配合切割动作。该刀具库104中可以装设多个不同型号的刀具,可拆卸替换,方便切割。第二个方案是,刀具库104的伸缩方向与滑轨的延伸方向一致,二者的方向匹配,可以提高作业效率,不需要再进行对位,简化作业过程。
作为本发明实施例的优化方案,所述激光系统为飞秒激光系统5。在本实施例中,采用飞秒激光进行切割,消除了类似于长脉冲加工过程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤,具有极高的的加工精度,如此不会因为使用激光而使得打印件403发生变形。虽然飞秒激光是现有技术,但在3D打印中尚未有过应用。
请参阅图1至图13,本发明实施例提供一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法,包括如下步骤:S1,采用机械手3抓取待去除支撑结构402的打印件403;S2,所述机械手3将所述打印件403送至刀具库104对所述支撑结构402进行切割,同时还送至激光系统进行激光切割,所述刀具库104的切割和所述激光系统的切割不分先后。在本实施例中,通过刀具和激光的配合,再辅以数控技术的机械手3,可以对打印件403的支撑结构402高精度去除。具体地,数控加工中心1是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通信技术和光机电技术等于一体的现代制造业的基础技术,将数控技术应用于增材制造去支撑可以减少增材制造过程中的整体耗时,提高自动化水平,减少人工投入,激光和刀具在本发明中起到一个切割作用,与数控技术结合来进行对打印件403支撑的高精度去除。通过数控技术将机械臂、刀具库104和激光系统结合在一起,包括下面实施例将描述的传感器也可以通过数据技术结合在一起,可以精准去支撑。
作为本发明实施例的优化方案,在进行切割动作前,还包括如下步骤:S00,先根据所述打印件403的数据生成数字孪生模型,S01,然后采用传感器收集所述打印件403的实时几何数据,S02,接着所述数字孪生模型结合所述实时几何数据计算所述打印件403中的支撑结构402的准确位置,以供所述刀具库104和所述激光系统的精准去除。在本实施例中,利用模型数据对比,后期进行数据的分析和编译加工中心1程序,实现从增材到减材的一体化加工工程,利用刀具与激光的共同作用可以提高后处理精度的同时,减少了成本损耗,符合更多样化的打印件403去支撑需求,可以去除人工方法无法精确去除的微小支撑。具体地,通过建模和采集实时的几何数据,可以预先制定好机械手3的工作路径、移动速度,并准备好合适的刀具库104和激光系统,使得去除支撑结构402的过程既高效又准确。
作为本发明实施例的优化方案,在切割的过程中,所述机械臂能够实时调整所述支撑结构402的姿态。在本实施例中,机械臂除了可以将打印件403送到指定的位置以外,还可以根据预先设定好的动作实时调整支撑结构402的姿态,以便于切割。
以下为具体的实施方式:
实施例一:激光与刀具协同加工
S1:将增材制造打印件403数据输入到模型对比软件中;
S2:将所获得的数据进行处理分析,将标记后的模型整合计算,存储到编译器中保存;
S3:编制加工中心1程序;
S4:使用六自由度机器臂在加工中心1内室中的定位;
S5:确定好切割方式,输入数据于控制机器臂,刀具,激光运转的软件,明确先去除外部支撑再去除内部支撑。刀具切割与激光切割在实际操作中可同时协作,不存在特定前后关系,同时协作有利于减少耗时,提高去支撑效率。
S6:使用智能机器臂操作刀具,去除可通过刀具去除的前置基础支撑,主要去除可通过横切,竖切,或斜切除去的支撑。
S7:使用飞秒激光去除需曲面或特定方式切割的支撑。
S8:在去支撑的过程中要通过智能机器臂实时控制打印件403的空间三维变化,以便于刀具和激光可以按照需求,正确切割。
S9:对切割后的支撑通过研磨轮进行研磨,研磨后的粉末收集在收集盒内,下次进行3D打印工作时,可直接使用,降低成本。
实施例二:仅去除大结构外支撑
S1:将增材制造打印件403数据输入到模型对比软件中;
S2:将所获得的数据进行处理分析,将标记后的模型整合计算,存储到编译器中保存;
S3:编制加工中心1程序;
S4:使用六自由度机器臂在加工中心1内室中的定位;
S5:加工中心1刀具动作,飞秒激光系统5停止动作;
S6:对比模型要求精度,确定精细加工余量参数;
S7:达到加工要求,结束加工;
S8:对切割后的支撑通过研磨轮进行研磨,研磨后的粉末收集在收集盒内,下次进行3D打印工作时,可直接使用,降低成本。
实施例三:仅去除小结构内支撑
S1:将增材制造打印件403数据输入到模型对比软件中;
S2:将所获得的数据进行处理分析,将标记后的模型整合计算,存储到编译器中保存;
S3:编制加工中心1程序;
S4:使用六自由度机器臂在加工中心1内室中的定位;
S5:飞秒激光系统5动作,加工中心1刀具停止动作;
S6:对比模型要求精度,确定精细加工余量参数;
S7:达到加工要求,结束加工;
S8:对切割后的支撑通过研磨轮进行研磨,研磨后的粉末收集在收集盒内,下次进行3D打印工作时,可直接使用,降低成本。
具体地,如图10所示为本方法的总体过程逻辑图;图11所示为去除支撑结构402激光与加工中心1共同工作过程逻辑图;图12所示为仅去除大结构外支撑的逻辑图;图13所示为仅去除小结构外支撑的逻辑图。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,其特征在于:包括可抓取待去除支撑结构的打印件的机械手、用于切割所述支撑结构的刀具库以及可发出用于切割所述支撑结构的激光的激光系统;所述机械手将所述打印件送至所述刀具库处和所述激光的作业范围内。
2.如权利要求1所述的金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,其特征在于:所述机械手为多自由度机械手,所述多自由度机械手的末端与打印基板连接,所述打印件通过所述支撑结构设在所述打印基板上。
3.如权利要求1所述的金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,其特征在于:还包括加工中心,所述机械手和所述打印件均置于所述加工中心内。
4.如权利要求3所述的金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,其特征在于:所述加工中心内具有工作台,所述机械手通过滑移托板安装在所述工作台上。
5.如权利要求4所述的金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,其特征在于:所述工作台上具有供所述滑移托板滑动安装的滑轨,所述刀具库设于所述滑轨延伸方向的一端,所述激光系统出射的激光射至所述滑轨。
6.如权利要求3或5所述的金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,其特征在于:所述刀具库可伸缩地安装在所述加工中心上;当有所述滑轨时,所述刀具库伸缩的方向与所述滑轨的延伸方向一致。
7.如权利要求1所述的金属增材制造打印件智能去支撑结构的装置,其特征在于:所述激光系统为飞秒激光系统。
8.一种金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,采用机械手抓取待去除支撑结构的打印件;
S2,所述机械手将所述打印件送至刀具库对所述支撑结构进行切割,同时还送至激光系统进行激光切割,所述刀具库的切割和所述激光系统的切割不分先后。
9.如权利要求8所述的金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法,其特征在于,在进行切割动作前,还包括如下步骤:
S00,先根据所述打印件的数据生成数字孪生模型,
S01,然后采用传感器收集所述打印件的实时几何数据,
S02,接着所述数字孪生模型结合所述实时几何数据计算所述打印件中的支撑结构的准确位置,以供所述刀具库和所述激光系统的精准去除。
10.如权利要求8所述的金属增材制造打印件智能去支撑结构的方法,其特征在于,在切割的过程中,所述机械臂能够实时调整所述支撑结构的姿态。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 414022 floors 2, 3 and 4, R & D building, Yueyang modern equipment manufacturing industrial park, muligang Avenue, Yueyang Economic and Technological Development Zone, Hunan Province Applicant after: Hunan Luojia Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 414022 floors 2, 3 and 4, R & D building, Yueyang modern equipment manufacturing industrial park, muligang Avenue, Yueyang Economic and Technological Development Zone, Hunan Province Applicant before: Yueyang Luojia Intelligent Technology Co.,Ltd. |
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GR01 | Patent grant | ||
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