CN115214139A - 一种分离开放式3d打印清理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分离开放式3D打印清理设备，包括：料池、打印平台、转移装置以及清理回收装置；转移装置包括：打印支撑台、转移导轨、升降机构。本发明实现打印工序与清理回收工序的分离，使得清理回收工序不占用主体设备工位与设备工时，保证主体设备的高效率打印；实现将料池与打印工件转移至开阔空间进行清理，从而提升操作便捷性并保证清理回收质量；实现高粘度浆料回收与打印工件本身结构清理。

Description

一种分离开放式3D打印清理设备

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种分离开放式3D打印清理设备。

背景技术

打印完成后，打印样件的清理与余料的回收也是3D打印过程中至关重要的流程步骤，打印样件能否清理彻底是决定打印样件质量的重要因素，增材制造完成后余料回收可避免材料及能源浪费。

增材制造工艺中样件清理与余料回收密不可分，目前清理与回收方式多以吸尘器式、喷气式为主，存在的问题是适用范围有限并局限于粉末原料，不适用于高粘度陶瓷、金属浆料，无法对样件本身附着的余料进行清理回收，且喷气式清理方式有时会损坏样件表面，清理效果不佳，易造成粉尘污染。除此之外，工业增材制造如粉末、高粘度浆料等工艺在制造完成后，存在样件清理及余料回收困难的技术问题。

导致样件清理及余料回收困难的因素主要表现在以下几个方面：

1.打印设备受本身结构以及所处空间的限制，只能局限在原打印位置进行清理，不仅操作不便，清理不彻底，而且清理回收时主体设备无法进行正常的打印工作，导致生产效率低，减少主体设备工作寿命；

2.由于缺少针对高粘度浆料或流体增材制造样件的清理装置，因此当样件结构复杂且打印原料粘度较高、附着力较强时，无法执行清理操作，只能依赖于人工清理，人工清理不仅清理效果不佳，而且清理效率低，时间和人工成本也较高；

3.目前由于高粘度浆料基本为人工清理回收，在清理过程中由于浆料清理难度较大，导致回收效果极其不佳，有时在清理过程中针对难以清理部分需加入清理液，加入清理液后浆料污染导致无法回收利用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种分离开放式3D打印清理设备。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种分离开放式3D打印清理设备，包括：料池、打印平台、转移装置以及清理回收装置，所述打印平台位于所述料池内部；

所述转移装置包括：

打印支撑台，用于支撑所述打印平台；

转移导轨，位于所述打印支撑台的两侧，用于与打印设备端的料池导轨进行对接并承接所述料池，所述料池携带所述打印平台沿所述转移导轨自所述打印设备端移动至所述打印支撑台的上方；

升降机构，用于调节所述转移导轨的高度，所述转移导轨设置在所述升降机构的移动端。

进一步的，所述转移导轨为两个，且两个转移导轨分别位于所述打印支撑台的两侧且对称设置；所述转移导轨包括：水平导板以及设置在所述水平导板上且与所述水平导板垂直的竖直导板。

进一步的，所述料池包括：底座、料池侧壁、定向滚轮以及设置在所述定向滚轮行进方向上的第一导向轮；所述料池侧壁设置于所述底座的上表面，所述定向滚轮及所述第一导向轮设置于所述底座的下表面，且所述定向滚轮沿所述水平导板滚动，所述第一导向轮沿所述竖直导板滚动。

进一步的，所述转移导轨还包括：锁板以及设置在所述锁板上的锁杆，所述底座上开设与所述锁杆适配的锁孔。

进一步的，所述的一种分离开放式3D打印清理设备，还包括：定位装置；所述定位装置包括：定位球窝以及与所述定位球窝适配的定位钢球；所述定位球窝设置在所述打印平台的下表面，所述定位钢球设置在所述打印支撑台的上表面。

进一步的，所述转移装置还包括：支撑主体，所述升降机构设置在所述支撑主体上，且所述支撑主体的侧面设置第二导向轮。

进一步的，所述升降机构包括：主安装横梁、辅安装横梁、涡轮丝杆升降机以及直线导轨；所述主安装横梁与所述涡轮丝杆升降机中的丝杆顶端连接，所述辅安装横梁通过所述直线导轨与所述打印支撑台的侧壁连接；所述主安装横梁及所述辅安装横梁的一端与其中一个所述转移导轨连接，另一端与另一个所述转移导轨连接。

进一步的，所述升降机构还包括：手柄、电磁离合器以及电动机，所述涡轮丝杆升降机通过所述电磁离合器与所述手柄及所述电动机连接。

进一步的，所述直线导轨上还设置有限位开关。

进一步的，所述清理回收装置包括：六轴机械臂、相机、真空清理头、储料箱以及真空泵；所述真空清理头设置在所述六轴机械臂的末端，所述相机设置在所述六轴机械臂上；所述储料箱一端通过管路与所述真空清理头连接，另一端与所述真空泵的进气口连接。

本发明所带来的有益效果：

1.本发明的3D打印清理设备与打印工序所使用的打印设备端相互独立，从而实现打印工序与清理回收工序的分离，使得清理回收工序不占用主体设备工位与设备工时，保证主体设备的高效率打印；

2.3D打印清理设备与打印设备端的分离设计，使得可将料池与打印工件转移至开阔空间进行清理，从而提升操作便捷性并保证清理回收质量；

3.避免打印结束后余料掉落至打印设备端，污染损坏设备；

4.转移装置与清理回收机械臂配合使用，实现自动化样件清理与余料回收，尤其可实现高粘度浆料回收与打印工件本身结构清理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明一种分离开放式3D打印清理设备的结构示意图；

图2是本发明转移装置的结构示意图；

图3是本发明料池的结构示意图；

图4是本发明打印平台的结构示意图；

图5是本发明升降机构的结构示意图；

图6是本发明第一导向轮与第二导向轮的结构示意图；

图7是本发明第一种真空清理头的结构示意图；

图8是本发明第二种真空清理头的结构示意图；

图9是本发明第三种真空清理头的结构示意图；

图10是本发明第四种真空清理头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，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作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。

如图1-5所示，本发明提供一种分离开放式3D打印清理设备，包括：料池1、打印平台2、转移装置3以及清理回收装置4。

打印平台2位于料池1内部。料池1与打印平台2两者配合对打印工件5及打印原料起承载作用。初始打印时打印平台2与料池1上表面平齐。在初始打印位置进行铺料动作，每打印一个层厚，打印平台2则下降一个相同的层厚，再次铺料继而进行下一次打印。打印工件5在打印平台2上层层叠加，打印平台2在料池1内逐渐下降实现下沉式打印。打印平台2最终下降高度为打印产品的高度。

如图3所示，料池1包括：底座101、料池侧壁102、定向滚轮103以及第一导向轮104。

料池侧壁102设置于底座101的上表面，且多个料池侧壁102围设形成料仓，打印平台2位于料仓内。料池侧壁102与底座101采用大理石等刚性好且高硬度的材料构制成。定向滚轮103及第一导向轮104设置于底座101的下表面，第一导向轮104设置在定向滚轮103的行进方向上，定向滚轮103用于支撑移动，第一导向轮104用于保证料池1可准确的移动至转移装置3上。

如图1和2所示，转移装置3用于将打印结束后的带料料池转移至开阔空间并作为操作平台，具体包括：打印支撑台301、转移导轨8、升降机构、支撑主体302、第二导向轮303。

支撑主体302为转移装置3本身主体支撑结构，保持装置结构刚度与强度。支撑主体302底部安装小车滚轮带有刹车并将其锁紧，防止在转移料池过程中发生位移。

打印支撑台301设置在支撑主体302的上表面，用于支撑打印平台2并对打印平台2进行定位。本发明还包括：三个定位装置；定位装置包括：定位球窝6以及与定位球窝6适配的定位钢球7，适配是指定位钢球7可落入定位球窝6内。其中，定位球窝6设置在打印平台2的下表面，定位钢球7设置在打印支撑台301的上表面。定位球窝6与定位钢球7配合形成三点定位，当打印平台2移动至打印支撑台301上方时，定位钢球7自动进入定位球窝6内，从而保证每次移动时打印平台2可以高重复定位精度回归至打印位置或清理位置，充分保证了打印平台的高重复定位精度与高稳定性。定位钢球7为圆形钢球，定位球窝6为锥形凹槽，圆形钢球与锥形凹槽实现线接触，避免面面接触，可最大程度减少配合误差，保证重复定位精度与稳定性。

转移导轨8为两个，且两个转移导轨8分别位于打印支撑台301的两侧且对称设置。转移导轨8用于与打印设备端的料池导轨进行对接并承接移动过来的料池1，具体的，料池1携带打印平台2沿转移导轨8自打印设备端移动至打印支撑台301的上方，然后由转移导轨8承接料池1，同时由打印支撑台301承接打印平台2。

转移导轨8包括：水平导板304以及设置在水平导板304上且与水平导板304垂直的竖直导板305。水平导板304与竖直导板305为一体成型的L型结构。其中，转移导轨8与打印设备端的料池导轨进行对接是指两个导轨相接触，即料池1在打印时由打印设备端的料池导轨支撑，当需要清理和回收余料时，将转移装置3移动至打印设备端侧面直至转移导轨8与打印设备端的料池导轨相接触，从而可以将料池1沿着打印设备端的料池导轨移动直至过渡到转移导轨8上，直至碰到转移导轨8末端的限位块。转移导轨8的末端安装有限位块，限位块的限定位置即为打印平台三点支撑落下配合的位置。

定向滚轮103沿水平导板304滚动，第一导向轮104沿竖直导板305滚动。底座101除承载功能外，底部安装用以实现整体移动的多个刚性定向滚轮103，并且在定向滚轮103前进方向设计有第一导向轮104。在打印工作结束后，料池1可连带打印平台2及打印工件5一起沿转移导轨8移动至转移装置3上，在此过程中，定向滚轮103起支撑移动作用，第一导向轮104沿转移导轨侧壁滚动，从而使料池1沿转移导轨8方向移动。料池1上设计的定向滚轮103与第一导向轮104大大增加了料池1在移动过程中的流畅性。

转移导轨8还包括：锁板306以及设置在锁板306上的锁杆307，底座101上开设与锁杆307适配的锁孔105。其中一种实现方式为锁杆307与锁板306螺纹连接，逐渐拧动锁杆307使其向靠近料池的方向移动，直至锁杆307的前端伸入锁孔105内，从而将料池锁定使其无法移动。另一种实现方式为锁杆307采用旋转复位弹簧锁紧销，当料池1移动至转移装置3上后可手动使锁紧销弹出插入锁孔105内，对料池1进行锁定限位，防止料池1沿转移导轨滑动。

转移装置3的升降机构用于调节转移导轨8的高度，转移导轨8设置在升降机构的移动端。具体操作时，通过人为推动转移装置3将其推至3D打印设备前，直至转移导轨8与3D打印设备端的料池导轨实现平稳对接。并且通过下降转移导轨8使料池1下降而打印平台2不动，逐渐露出打印工件5实现开放式清理。

如图5所示，升降机构设置在支撑主体302上，具体包括：主安装横梁308、辅安装横梁309、涡轮丝杆升降机310、直线导轨311、限位开关313、手柄314、电磁离合器315以及电动机316。

涡轮丝杆升降机310中的丝杆312顶端作为升降机构的移动端，主安装横梁308与涡轮丝杆升降机中的丝杆312顶端连接。辅安装横梁309为两个，分别位于主安装横梁308的两侧，辅安装横梁309通过直线导轨311与打印支撑台301的侧壁连接，起导向作用。主安装横梁308及辅安装横梁309的一端与其中一个转移导轨连接，另一端与另一个转移导轨连接。

因料池1重量较重，所以只靠丝杆312顶端固定转移导轨8不具备稳定性，所以设置多个横梁结构且在打印支撑台301两侧加装直线导轨311以增加转移导轨8的稳定性。直线导轨311上还设置有限位开关313，用以限制升降的行程增加设备使用安全性。

涡轮丝杆升降机310通过电磁离合器315与手柄314及电动机316连接。转移导轨8固定于涡轮丝杆升降机上方随丝杆312上下移动，升降机通过电磁离合器315切换可实现电动和手动两种驱动方式。使用者可通过手柄314驱动也可通过电按钮进行电驱动。电驱动升降速度快效率高，手动可进行微调。针对不同使用需求使用者可自行选择。

支撑主体302的侧面设置第二导向轮303。如图6所示，第一导向轮104与第二导向轮303结构相同，由安装板317及轮子318组成，起导向作用。

清理回收装置4包括：六轴机械臂401、相机402、真空清理头403、储料箱以及真空泵。真空清理头403设置在六轴机械臂401的末端，相机402设置在六轴机械臂401上；储料箱一端通过管路与真空清理头403连接，另一端与真空泵的进气口连接。

如图7-10所示，六轴机械臂401末端可安装不同形状的柔性真空清理头403，真空柔性管连接至储料箱，储料箱连接至真空泵，实现真空压力可调。通过负压将余料抽入储料箱且不会对打印工件表面造成损伤。为储料箱设置不同的抽真空压力从而适应不同的打印材料。不同形状的真空清理头403可用于清理不同形状的样件结构，使此前不易清理的地方清理的更加彻底，其中，窄槽清理头用于清理较窄且狭长的沟槽，直角清理头可清理结构直角处，曲面清理头用以清理曲面，侧壁清理头用以清理小于等于90度的侧壁。以上可拆卸清理头形状包含但不限于以上所提到的形状。

本发明具体操作过程如下：

在打印工作结束后，料池1内的打印平台2下落至料池的底座101上，并与打印平台2下方的Z轴支撑点脱离。转移导轨8通过升降机构上升并与打印设备端的料池导轨对接，使料池1与打印平台2沿转移导轨8移动至转移装置3上，并且打印平台2与打印支撑台301通过定位装置进行定位，使打印平台2由打印支撑台301进行支撑。

然后将转移装置3移动到清理回收装置4前固定位置。相机402固定于六轴机械臂401上并随六轴机械臂401运动。先用靶标对相机位置姿态进行标定，确认打印工件在机械臂坐标系下的位置；利用视觉识别方法对打印工件抓取拍照，并上传数据至PC端，由PC端将上传数据与打印模型数据做对比处理，最后确认需要清理的位置；通过运动学逆解生成机械臂无干涉运动轨迹。六轴机械臂401的末端安装有真空清理头403，将识别区域余料清理并直接回收，同时对打印工件周围余料逐渐清理回收。然后转移导轨8逐渐下降，料池1跟随逐渐降低，打印平台2固定不动，在料池1下降的过程中打印平台2及打印工件5逐渐露出。对样件清理回收完毕后料池1下降停止。

本发明解决了增材制造过程中高粘度浆料或流体清理回收难的问题，通过自动清理方式替代之前人工清理，不仅清理效率提升，而且提升打印成品率。

本发明将打印工序与清理工序分离，在保证两工序连续性的情况下，又具备一定平行独立性，使生产时间、生产过程、生产空间具备更大的适应性。传统的原位清理方式使清理工作在空间操作上具有很大的局限性，本发明实现开放式清理，可满足操作空间需求又能提升主体设备生产效率，减少主体设备开机时间，延长设备使用寿命。

通过本发明实现打印工件高精度高质量清理及余料高效率回收，实现材料再利用，降低增材制造成本。增材制造工艺流程的不断优化，可加速推动增材制造在航空航天、生物医药、电子通讯等高端领域发展。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，包括：料池、打印平台、转移装置以及清理回收装置，所述打印平台位于所述料池内部；

所述转移装置包括：

打印支撑台，用于支撑所述打印平台；

转移导轨，位于所述打印支撑台的两侧，用于与打印设备端的料池导轨进行对接并承接所述料池，所述料池携带所述打印平台沿所述转移导轨自所述打印设备端移动至所述打印支撑台的上方；

升降机构，用于调节所述转移导轨的高度，所述转移导轨设置在所述升降机构的移动端。

2.根据权利要求1所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，所述转移导轨为两个，且两个转移导轨分别位于所述打印支撑台的两侧且对称设置；所述转移导轨包括：水平导板以及设置在所述水平导板上且与所述水平导板垂直的竖直导板。

3.根据权利要求2所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，所述料池包括：底座、料池侧壁、定向滚轮以及设置在所述定向滚轮行进方向上的第一导向轮；所述料池侧壁设置于所述底座的上表面，所述定向滚轮及所述第一导向轮设置于所述底座的下表面，且所述定向滚轮沿所述水平导板滚动，所述第一导向轮沿所述竖直导板滚动。

4.根据权利要求3所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，所述转移导轨还包括：锁板以及设置在所述锁板上的锁杆，所述底座上开设与所述锁杆适配的锁孔。

5.根据权利要求4所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，还包括：定位装置；所述定位装置包括：定位球窝以及与所述定位球窝适配的定位钢球；所述定位球窝设置在所述打印平台的下表面，所述定位钢球设置在所述打印支撑台的上表面。

6.根据权利要求5所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，所述转移装置还包括：支撑主体，所述升降机构设置在所述支撑主体上，且所述支撑主体的侧面设置第二导向轮。

7.根据权利要求6所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，所述升降机构包括：主安装横梁、辅安装横梁、涡轮丝杆升降机以及直线导轨；

所述主安装横梁与所述涡轮丝杆升降机中的丝杆顶端连接，所述辅安装横梁通过所述直线导轨与所述打印支撑台的侧壁连接；

所述主安装横梁及所述辅安装横梁的一端与其中一个所述转移导轨连接，另一端与另一个所述转移导轨连接。

8.根据权利要求7所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，所述升降机构还包括：手柄、电磁离合器以及电动机，所述涡轮丝杆升降机通过所述电磁离合器与所述手柄及所述电动机连接。

9.根据权利要求8所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，所述直线导轨上还设置有限位开关。

10.根据权利要求9所述的一种分离开放式3D打印清理设备，其特征在于，所述清理回收装置包括：六轴机械臂、相机、真空清理头、储料箱以及真空泵；所述真空清理头设置在所述六轴机械臂的末端，所述相机设置在所述六轴机械臂上；所述储料箱一端通过管路与所述真空清理头连接，另一端与所述真空泵的进气口连接。

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