CN209503496U - 增减材智能制造系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于制造领域，提供了一种增减材智能制造系统，包括：支撑组件，包括工作台，所述工作台设有容纳所述打印基板的凹槽；减材组件，包括数控加工中心，用于对所述三维结构件进行铣削工作；增材组件，用于逐层打印所述三维结构件，所述增材组件包括十字直线滑轨、熔覆头和送粉装置；检测组件，包括激光轮廓测量仪；控制组件，内设PLC控制系统。本实用新型在增材制造工艺的基础上增加减材组件，实现一次增减材加工成型，提高增材制造的零部件的表面精度。另外设置质量控制模块和程序，在产品制造过程进行质量的监控，有利于降低不良品损耗，降低生产成本。

Description

增减材智能制造系统

技术领域

本实用新型属于制造领域，尤其涉及一种增减材智能制造系统。

背景技术

增材制造技术作为一种快速增材制造技术，已经被广泛应用于零部件成形制造。增材制造技术具有快速高效、灵活、无需模具及夹具等特点，尤其适合金属零部件的快速成型制造。但是采用增材制造技术制造的零部件尺寸精度低，表面粗糙度大，难以直接满足装配使用要求。把增材制造的零部件移到数控加工中心上进行铣削等精密机加工会因为重复装夹定位等因素造成零部件尺寸误差。而且每次拆卸装夹造成制造周期过长，不利于零部件的批量化制造。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了增减材智能制造系统，其旨在解决增材制造的尺寸精度低、表面粗糙度大的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种增减材智能制造系统，用于制造三维结构件，包括：

支撑组件，所述支撑组件用于承载；

增材组件，所述增材组件在与所述支撑组件配合时能够在支撑组件上从下到上逐层打印出成型结构层以在所述支撑组件形成所述三维结构件；

减材组件，所述减材组件在与所述支撑组件配合时能够对所述成型结构层或所述三维结构件至少进行局部去材作业；

控制组件，所述控制组件用于切换增材作业状态和减材作业状态，其中，所述支撑组件与所述增材组件配合而未与所述减材组件配合为所述增材作业状态，而所述支撑组件与所述减材组件配合而未与所述增材组件配合为所述减材作业状态。

进一步的，所述增减材智能制造系统还包括：

检测组件，所述检测组件用于在所述增材组件完成一层所述成型结构层后检测所述成型结构层，并输出所述成型结构层是否达到成型形状的检测信息，其中，所述检测信息包括所述成型结构层达到成型形状的合格信息，以及所述成型结构层未达到成型形状的不合格信息；

所述控制组件还用于接收所述检测信息，并在接收到所述合格信息时控制所述增材组件进行下一层所述成型结构层的打印，而在接收到所述不合格信息时则先控制所述减材组件去除所述成型结构层再重新打印所述成型结构层。

进一步的，所述检测组件包括用于检测所述成型结构层并输出所述检测信息的激光轮廓测量仪和将所述激光轮廓测量仪固定连接在所述熔覆头的支撑板。

进一步的，所述增材组件包括送粉机、混粉器和熔覆头，所述控制组件根据每层所述成型结构层分析计算出所需要不同材质打印材料的用量，并控制所述送粉机根据各材质打印材料的用量向所述混粉器输出不同材质的打印材料，所述混粉器在所述控制组件控制下将所述不同材质打印材料混合均匀输送至所述熔覆头，所述熔覆头在控制组件的控制下将混合后的打印材料打印出一层所述成型结构层。

进一步的，所述送粉机不少于2个，各所述送粉机均包括不少于2个用于装载打印材料的送粉盘和调节所述送粉盘转速和时间以控制输出打印材料数量的转速器。

进一步的，所述增减材智能制造系统还包括移动组件，所述移动组件包括将所述支撑组件横向移动的横向滑道和将其向纵向移动的纵向轨道；所述移动组件在所述控制组件的控制下将所述支撑组件移动至增材组件作业区域进入增材作业状态，将所述支撑组件移动至所述减材组件作业区域进入减材作业状态。

进一步的，所述增减材智能制造系统还包括物料台和机械手，所述物料台用于放置所述支撑组件，所述机械手在所述控制组件的控制下将所述支撑组件在所述物料台和所述移动组件之间转移。

进一步的，所述物料台包括多个用于存放所述支撑组件的储物格子，所述控制组件对所述储物格子按照行列进行编码，所述机械手根据所述编码从对应的所述储物格子中移入或移出所述支撑组件。

进一步的，所述减材组件包括用于铣削所述成型结构层或所述三维结构件的刀具、固定所述刀具的第一固定块和供所述第一固定块上下移动的的垂向滑轨，所述增材组件还包括固定所述熔覆头的第二固定块，和供所述第二固定块纵向和垂向移动的十字滑轨，所述十字滑轨固定在所述第一固定块上。

本实用新型在增材制造工艺的基础上增加减材组件，实现一次增减材加工成型，提高增材制造的零部件的表面精度。另外设置质量控制模块和程序，在产品制造过程进行质量的监控，有利于降低不良品损耗，降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的增减材智能制造系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的制造方法示意图；

图3是本实用新型实施例提供增减材智能制造系统的局部结构示意图。

附图标号说明：

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的横向、纵向、径向等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1所示的一种增减材智能制造系统，用于制造三维结构件，包括：

支撑组件300，支撑组件300用于承载；

增材组件，增材组件在与支撑组件300配合时能够在支撑组件300上从下到上逐层打印出成型结构层以在支撑组件300形成三维结构件；

减材组件，减材组件在与支撑组件300配合时能够对成型结构层或三维结构件至少进行局部去材作业；

控制组件，控制组件用于切换增材作业状态和减材作业状态，其中，支撑组件300与增材组件配合而未与减材组件配合为增材作业状态，而支撑组件300 与减材组件配合而未与增材组件配合为减材作业状态。

本实用新型在增材制造的基础上增加减材组件，实现一次增减材加工成型，提高增材制造的零部件的表面精度。

请参照图1，增减材智能制造系统还包括：

检测组件，检测组件用于在增材组件完成一层成型结构层后检测成型结构层，并输出成型结构层是否达到成型形状的检测信息，其中，检测信息包括成型结构层达到成型形状的合格信息，以及成型结构层未达到成型形状的不合格信息；

控制组件还用于接收检测信息，并在接收到合格信息时控制增材组件进行下一层成型结构层的打印，而在接收到不合格信息时则先控制减材组件去除成型结构层再重新打印成型结构层。

请参照图2，利用本实施例的增减材智能制造系统的制作三维结构件的过程如下：

增材作业：增材组件在支撑组件300上从下到上逐层打印出成型结构层以在支撑组件300形成三维结构件；

检测作业：检测组件对成型结构层进行检测和并输出检测信息，控制组件接收到合格信息时控制增材组件进行下一层成型结构层的增材作业，接收到不合格信息时，控制减材组件进入减材作业；

减材作业：减材组件将成型结构层铣削掉一层，而后，由控制组件控制切换进入增材作业。

本实施例设置检测作业的结构和程序，在产品制造过程进行质量的监控，有利于降低不良品损耗，降低生产成本。对达到合格的标准可根据实际情况进行调整，以平衡制造速度和质量要求。如成型结构层出现塌陷、凸点，或厚度与设定层高偏差达到10％以上，为不合格。

请参照图1和图3，检测组件包括用于检测成型结构层并输出检测信息的激光轮廓测量仪和将激光轮廓测量仪固定连接在熔覆头220的支撑板。

激光轮廓测量仪410固定连接在熔覆头220上，以保证熔覆头220打印的结构都能得到及时的测量。尤其是尺寸较大的结构件，激光轮廓测量仪410测量范围不需要涵盖整个结构件，只需要保证在熔覆头220刚打印的局部结构被检测到即可。如此，激光轮廓测量仪410在保证检测效果下可选更经济的型号。

请参照图1，增材组件包括送粉机230、混粉器240和熔覆头220，控制组件根据每层成型结构层分析计算出所需要不同材质打印材料的用量，并控制送粉机230根据各材质打印材料的用量向混粉器240输出不同材质的打印材料，混粉器240在控制组件控制下将不同材质打印材料混合均匀输送至熔覆头220，熔覆头220在控制组件的控制下将混合后的打印材料打印出一层成型结构层。

进一步的，送粉机230不少于2个，各送粉机230均包括不少于2个用于装载打印材料的送粉盘和调节送粉盘转速和时间以控制输出打印材料数量的转速器。

实际作业中，控制组件根据每层成型结构层分析计算出所需要不同材质打印材料的用量，并控制各转速器的速度和时间以使送粉机230根据各材质打印材料的用量向混粉器240输出多种不同材质的打印材料，混粉器240将多种不同材质打印材料混合均匀输送至熔覆头220，熔覆头220在控制组件的控制下将混合后的打印材料在支撑组件300上从下到上逐层打印出成型结构层以在支撑组件300形成三维结构件。

打印材料包括但不限于不同金属的金属粉末、热塑性材料、陶瓷粉末等材料。

在本实施例的图示结构中，送粉机230有2个，每个送粉机230有2个送粉盘。两台送粉机230为统一品牌和型号，各种参数一致。选用同型号的送粉机230方便控制，减少调试时间。在每完成一层成型结构层熔覆制造后，控制组件500根据新一层成型结构层对四路粉末材料的需求，分别计算出四个送粉盘对应的转速。根据计算结果修改四个转盘的转速，从而控制最终输出材料的各成分比重，完成梯度材料零部件的增材制造。逐层计算材料配比和用量提高了打印的适应性，满足尺寸较小但局部结构性能不同要求的结构件的建造要求。

在实际作业中，增材组件还包括高功率激光器250、冷水机260、氩气瓶270等结构，本领域技术人员能理解，上述结构为激光增材建造所需要的结构和器件，但并非本实用新型的创新点，再次不予阐述。

减材组件为三坐标数控加工结构，通过对成型结构层进行切除或对三维结构件表面精加工。

请参照图1和图3，增减材智能制造系统还包括移动组件，移动组件包括将支撑组件300横向移动的横向滑道和将其向纵向移动的纵向轨道；移动组件在控制组件的控制下将支撑组件300移动至增材组件作业区域进入增材作业状态，将支撑组件300移动至减材组件作业区域进入减材作业状态。

在实际作业中，增减材作业之间的转化可以有两种形式，一种是固定支撑组件300，通过增材组件的熔覆头220和减材组件的移动进行增减材作业。另一种是熔覆头220和在作业时水平位置不同，通过移动组件将支撑组件300在和熔覆头220之间移动进行增减材作业。相比较而言，后者结构更简单，运行稳定，便于精度的控制。

请参照图3，减材组件包括用于铣削成型结构层或三维结构件的刀具110、固定刀具110的第一固定块120和供第一固定块120上下移动的的垂向滑轨130，增材组件还包括固定熔覆头220的第二固定块，和供第二固定块纵向和垂向移动的十字滑轨210，十字滑轨210固定在第一固定块120上。通过十字滑轨210 调节熔覆头220与110的相对距离，以便于系统作业时的定位和精度控制。

请参照图1，增减材智能制造系统还包括物料台600和机械手700，物料台 600用于放置支撑组件300，机械手700在控制组件的控制下将支撑组件300 在物料台600和移动组件之间转移。

进一步的，物料台600包括多个用于存放支撑组件300的储物格子，控制组件对储物格子按照行列进行编码，机械手700根据编码从对应的储物格子中移入或移出支撑组件300。

请参照图3，采用增减材智能制造系统的制造方法如下：

捉取作业：机械手700按照控制组件给出的编码从对应的储物格子中将支撑组件300取出转移至移动组件上；

增材作业：移动组件将支撑组件300移动至增材作业区域，控制组件根据每层成型结构层分析计算出所需要不同材质打印材料的用量，并控制各转速器速度和时间以使送粉机230根据各材质打印材料的用量向混粉器240输出多种不同材质的打印材料，混粉器240将多种不同材质打印材料混合均匀输送至熔覆头220，熔覆头220将混合后的打印材料在支撑组件300上从下到上逐层打印出成型结构层以在支撑组件300形成三维结构件；

检测作业：激光轮廓测量仪对成型结构层进行检测，控制组件对检测信息进行判断，成型结构层达到成型形状为合格时，进入增材作业，成型结构层未达到成型形状为不合格时，进入减材作业；

减材作业：移动组件将支撑组件300移动至减材作业区域，减材组件将成型结构层铣削掉一层，而后由控制组件控制切换进入增材作业；

表面作业：增材组件完成整个三维结构件后，由减材组件对三维结构件进行表面精加工；

移出作业：机械手700将支撑组件300连同加工后的三维结构件一并从移动组件移出，放置于原储物格子上；

循环作业：机械手700按照控制组件的给出下一个编码从对应的储物格子中取出支撑组件300，转移至移动组件上，开始打印制造下一个三维结构件。

自此，该系统从打印基板320的捉取放置一直到打印完成移出打印基板320，实现制造全自动化。系统自主监控并返修，保证最终出品质量。工作人员只需要在物料台600上放置一定量的打印基板320并保障送粉装置中打印材料的供给即可实现不间断的打印作业，自动化程度高，提高了生产效率，降低劳动力成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种增减材智能制造系统，用于制造三维结构件，其特征在于，包括：

支撑组件，所述支撑组件用于承载；

增材组件，所述增材组件在与所述支撑组件配合时能够在支撑组件上从下到上逐层打印出成型结构层以在所述支撑组件形成所述三维结构件；

减材组件，所述减材组件在与所述支撑组件配合时能够对所述成型结构层或所述三维结构件至少进行局部去材作业；

控制组件，所述控制组件用于切换增材作业状态和减材作业状态，其中，所述支撑组件与所述增材组件配合而未与所述减材组件配合为所述增材作业状态，而所述支撑组件与所述减材组件配合而未与所述增材组件配合为所述减材作业状态。

2.如权利要求1所述的增减材智能制造系统，其特征在于，所述增减材智能制造系统还包括：

检测组件，所述检测组件用于在所述增材组件完成一层所述成型结构层后检测所述成型结构层，并输出所述成型结构层是否达到成型形状的检测信息，其中，所述检测信息包括所述成型结构层达到成型形状的合格信息，以及所述成型结构层未达到成型形状的不合格信息；

所述控制组件还用于接收所述检测信息，并在接收到所述合格信息时控制所述增材组件进行下一层所述成型结构层的打印，而在接收到所述不合格信息时则先控制所述减材组件去除所述成型结构层再重新打印所述成型结构层。

3.如权利要求2所述的增减材智能制造系统，其特征在于，所述增材组件包括送粉机、混粉器和熔覆头，所述控制组件根据每层所述成型结构层分析计算出所需要不同材质打印材料的用量，并控制所述送粉机根据各材质打印材料的用量向所述混粉器输出不同材质的打印材料，所述混粉器在所述控制组件控制下将所述不同材质打印材料混合均匀输送至所述熔覆头，所述熔覆头在控制组件的控制下将混合后的打印材料打印出一层所述成型结构层。

4.如权利要求3所述的增减材智能制造系统，其特征在于，所述检测组件包括用于检测所述成型结构层并输出所述检测信息的激光轮廓测量仪和将所述激光轮廓测量仪固定连接在所述熔覆头的支撑板。

5.如权利要求3所述的增减材智能制造系统，其特征在于，所述送粉机不少于2个，各所述送粉机均包括不少于2个用于装载打印材料的送粉盘和调节所述送粉盘转速和时间以控制输出打印材料数量的转速器。

6.如权利要求3至5任一所述的增减材智能制造系统，其特征在于，所述增减材智能制造系统还包括移动组件，所述移动组件包括将所述支撑组件横向移动的横向滑道和将其向纵向移动的纵向轨道；所述移动组件在所述控制组件的控制下将所述支撑组件移动至增材组件作业区域进入增材作业状态，将所述支撑组件移动至所述减材组件作业区域进入减材作业状态。

7.如权利要求6所述的增减材智能制造系统，其特征在于，所述增减材智能制造系统还包括物料台和机械手，所述物料台用于放置所述支撑组件，所述机械手在所述控制组件的控制下将所述支撑组件在所述物料台和所述移动组件之间转移。

8.如权利要求7所述的增减材智能制造系统，其特征在于，所述物料台包括多个用于存放所述支撑组件的储物格子，所述控制组件对所述储物格子按照行列进行编码，所述机械手根据所述编码从对应的所述储物格子中移入或移出所述支撑组件。

9.如权利要求8所述的增减材智能制造系统，其特征在于，所述减材组件包括用于铣削所述成型结构层或所述三维结构件的刀具、固定所述刀具的第一固定块和供所述第一固定块上下移动的垂向滑轨，所述增材组件还包括固定所述熔覆头的第二固定块，和供所述第二固定块纵向和垂向移动的十字滑轨，所述十字滑轨固定在所述第一固定块上。