CN209953800U - 双加工头的大型金属3d打印设备 - Google Patents

双加工头的大型金属3d打印设备 Download PDF

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邢飞
夏振宇
郭敏
张永松
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Abstract

本实用新型涉及增材制造技术领域,提供一种双加工头的大型金属3D打印设备,包括惰性气体保护箱、双龙门机床和外敷导轨;惰性气体保护箱的底面固定在机床地基上;双龙门机床固定在惰性气体保护箱内部,可移动式工作台部件可在惰性气体保护箱内的打印作业工位与外敷导轨上的上下料工位之间移动;两套立柱部件,沿着床身导轨做X向移动;两套横梁部件,沿着立柱导轨做Z向移动;两套激光加工头部件,沿着横梁做Y向移动。本实用新型的3D打印设备可实现快速上下料、降低打印准备时间、提高工作效率。

Description

双加工头的大型金属3D打印设备
技术领域
本实用新型涉及增材制造技术领域,具体而言涉及一种双加工头的大型金属3D打印设备。
背景技术
随着金属3D打印技术的不断发展和成熟,航空航天、船舶、金属冶炼等行业对中尺寸、大尺寸甚至是超大尺寸金属3D打印零件的需求也越来越多,而目前送粉金属3D打印的成型效率在1--2kg/h之间,打印超大尺寸金属3D打印零件耗时数周甚至一两个月,提高送粉金属3D打印的成型效率迫在眉睫;同时,由于此类机床一般置于惰性气体保护箱内,打印基板的安装、大型工件的下料不能直接使用行车吊,大大增加了操作人员的劳动强度、降低了工作效率。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足,而提供一种成型效率高、上下料便捷的大型金属3D打印设备。
为达成上述目的,本实用新型提出一种双加工头的大型金属3D打印设备包括惰性气体保护箱、双龙门机床和外敷导轨;双龙门机床固定在惰性气体保护箱内部,外敷导轨固定在惰性气体保护箱外部;
双龙门机床包括床身部件、可移动式工作台部件、立柱部件、横梁部件和激光加工头部件和立柱部件,立柱部件、横梁部件和激光加工头部件各两套,并且每个激光加工头部固定在一个横梁部件上进行打印作业;
惰性气体保护箱的底面固定在机床地基上,惰性气体保护箱内部还设置有供可移动式工作台部件行走的箱内导轨,固定在惰性气体保护箱的内部底面;
外敷导轨固定在机床地基上,与箱内导轨对接,使得可移动式工作台部件可在惰性气体保护箱内的打印作业工位与外敷导轨上的上下料工位之间移动;
两套立柱部件,分别固定床身部件上的前、后滑板上,沿着床身导轨做X向移动,其中, X向移动采用直线导轨副导向、采用齿轮齿条驱动;
两套横梁部件,分别固定在立柱部件上的左、右滑板上,沿着立柱导轨做Z向移动;其中,Z向移动采用直线导轨副导向、采用滚珠丝杆驱动;
两套激光加工头部件,分别固定在横梁部件上的滑板上,沿着横梁做Y向移动其中,Y 向移动采用直线导轨副导向、采用齿轮齿条驱动。
结合上述技术方案,本实用新型的3D打印设备在打印准备期间,打开惰性气体保护箱门,将工作台移动至外敷导轨上,安装打印基板,然后再将工作台移动至惰性气体保护箱内的打印工位,关闭惰性气体保护箱门、后充满惰性气体开始打印;
打印完毕后,打开惰性气体保护箱门、将工作台移动至外敷导轨上取下工件;从而实现快速上下料、降低打印准备时间、提高工作效率。
应当理解,前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外,所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见,或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中,在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见,在每个图中,并非每个组成部分均被标记。
现在,将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例,其中:
图1为本实用新型的一种实施例的大型金属3D打印设备的立体结构图;
图2为本实用新型的一种实施例的双龙门机床的结构示意图;
图3为本实用新型的一种实施例的X轴传动机构剖视图;
图4为本实用新型的一种实施例的床身部件俯视图;
图5A、5B为本实用新型的一种实施例的立柱部件主视图与Z轴传动机构剖视图,5A为主视图,5B为侧视图。
图6A、6B为本实用新型的一种实施例的横梁部件主视图与Y轴传动机构剖视图;6A为主视图,6B为侧视图。
图7为本实用新型的一种实施例的可移动式工作台部件的主视图。
图中个附图标记的含义如下:
1——惰性气体保护箱;
2——双龙门机床
21——床身部件、2101——床身、2102——第一直线导轨副、21021——第一导轨、21022——第一滑块、2103——前滑板、2104——第一减速机、2105——第一伺服电机、2106——第一齿轮、2107——第一齿条、2108——后滑板、2109——左防撞支架、2110 ——接近开关、2111——右防撞支架;
22——可移动式工作台部件、221——箱内导轨、222——工作台、223——移动平台车、 2231——车体、2232——滚轮、2233——第一接近开关、224——定位块;
23——立柱部件、231——立柱、232——顶梁、233——左滑板、234——右滑板、235 ——第二伺服电机、236——第二减速机、237——滚珠丝杆副、238——第二直线导轨副;
24——横梁部件、241——横梁、242——直线导轨副、243——滑板、244——第三伺服电机、245——第三减速机、246——第二齿条、247——第二齿轮;
25——激光加工头部件;
3——外敷导轨
具体实施方式
为了更了解本实用新型的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面,附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解,上面介绍的多种构思和实施例,以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施,这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外,本实用新型公开的一些方面可以单独使用,或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1-图7所示,根据本实用新型公开实施例的大型金属3D打印设备,包括惰性气体保护箱1、双龙门机床2和外敷导轨3。双龙门机床2固定在惰性气体保护箱1内部,外敷导轨3固定在惰性气体保护箱1外部。
如图2所示,双龙门机床2其主要结构包括床身部件21、可移动式工作台部件22、立柱部件23、横梁部件24和激光加工头部件25,立柱部件23、横梁部件24和激光加工头部件25各两套。
惰性气体保护箱2的底面固定在机床地基上,结合图7,惰性气体保护箱2内部还设置有供可移动式工作台部件22行走的箱内导轨221,固定在惰性气体保护箱的内部底面。
外敷导轨3固定在机床地基上,位于惰性气体保护箱2的外部,并且外敷导轨3与箱内导轨221对接。
本实用新型的3D打印设备在工作过程中,可移动式工作台部件22的工作台在正常进行 3D打印作业时,位于惰性气体保护箱2的内部,惰性气体保护箱2密封,在金属3D打印过程中提供惰性气体保护。在打印准备(铺设基板或者其他准备工作)以及打印完成后,可移动式工作台部件22可沿着箱内导轨221移动到惰性气体保护箱外的外敷导轨上,利于进行3D打印作业之外的作业过程。
结合图1、图2、图3、图4,床身部件21固定在惰性气体保护箱底面。
两套立柱部件23分别固定床身部件21上的前后滑板(2103、2108)上,沿着床身做X向移动。
两套横梁部件24,分别固定在前后立柱部件上的左右滑板(233、234)上,沿着立柱做 Z向移动。
两套激光加工头部件25分别固定在前后横梁部件上的滑板243上,沿着横梁做Y向移动。
下面结合附图所示,对上述床身部件以及X、Y、Z轴运动驱动和运动机构进行更加具体的描述。
【可移动式工作台部】
结合图7所示,可移动式工作台部22包括箱内导轨221、工作台222、移动平台车223和定位块224;箱内导轨221与定位块224固定在惰性气体保护箱1底面上。工作台222作为3D打印的基础支撑工作面,固定在移动平台车223上,其顶面放置打印基板用来金属3D 打印。
移动平台车223包括车体2231、驱动机构、滚轮2232和接近开关2233,滚轮设置在车体2231的底部,接近开关2233设置在车体的一端顶部,用于与定位块224配合实现到位停止的检测与定位。移动平台车内置驱动机构,可以采用电机驱动的方式,将动力传递给滚轮2232,使其沿着箱内轨道221运动至外敷导轨3上。
【床身结构】
结合图2、3,以及5A-5B、6A-6B所示,床身部件21包括两套床身结构;每套床身结构主要包括床身2101、第一直线导轨副2102、前滑板2103、第一减速机2104、第一伺服电机2105、第一齿轮2106、第一齿条2107以及后滑板2108。
床身2104作为整个双龙门机床主机的承重载体,固定在惰性气体保护箱底面上。
第一直线导轨副2102分为第一导轨21021和第一滑块21022,第一导轨21021固定在床身2104上,多组第一滑块21022固定在前滑板2103和后滑板2108上,第一导轨21021和第一滑块21022之间可以在外力作用下(在第一伺服电机2105的旋转输出,经由第一减速机、第一齿轮2106、第一齿条2107)进行超低阻力相对运动。
结合图3,第一导轨21021和第一滑块21022的配合构成X轴导向机构,每一套床身均设置一套第一导轨21021和第一滑块21022组合的导向机构。
第一伺服电机2105和第一齿轮2106都固定在第一减速机2104上,第一减速机2104固定在前滑板2103或后滑板2108上;第一齿条2107固定在床身2104上。
如此,第一伺服电机2105输出扭矩和转速,经过第一减速机2104降速、增力后将扭矩和转速传递给第一齿轮2106,第一齿轮与第一齿条2007啮合后,驱动前滑板2103和后滑板 2108作水平方向移动。
结合图3,第一减速机2104、第一伺服电机2105、第一齿轮2106、第一齿条2107的配合构成X轴传动机构,每套床身配置两套传动机构。
结合图2、3、4所示,X轴运动采用直线导轨副导向,采用齿轮齿条驱动。前述实施例的X轴运动机构包括前述的X轴导向机构与X轴传动机构。
【防撞机构】
结合图2、3、4,为了避免双龙门结构在运动过程中发生碰撞、造成机床损坏,床身部件21上配置两套防撞机构。
防撞机构包括接近开关2110、左防撞支架2109和右防撞支架2111。
接近开关2110固定在左防撞支架2109上,左防撞支架2109固定在前滑板2103上。
右防撞支架2111固定在后滑板2018上。
当前后两龙门结构距离到达设定值时,接近开关2110的感应面靠近右防撞支架2111从而使开关动作,进而给PLC装置提供控制指令、制止前后两龙门继续运动。
【立柱部件】
结合图2、5A、5B所示,立柱部件23固定在床身部件21上、沿床身作X向水平运动。
立柱部件23主要包括立柱231、顶梁232、左滑板233、右滑板234、第二伺服电机235、第二减速机236、滚珠丝杆副237和第二直线导轨副238。
立柱231共有两件,通过固定顶梁232形成类H型框架。
第二直线导轨副238的导轨固定在立柱231上,通过滑轨和滑块形成配合实现Z轴导向。多组滑块固定在左滑板233/右滑板234上,组成机床Z轴导向机构,每套立柱部件23配置两套导向机构。
第二伺服电机235固定在第二减速机236上,第二减速机236固定在立柱231上。
滚珠丝杆副237轴端固定在第二减速机236上,法兰端固定在左滑板233/右滑板234上;第二伺服电机235输出扭矩和转速,经过第二减速机236降速、增力后将扭矩和转速传递给滚珠丝杆副237,滚珠丝杆副237将旋转运动转化成直线运动后带动左滑板233/右滑板234 作竖直方向移动。图5B中标号237-1表示滚珠丝杆副的丝杆,受第二减速机驱动,通过轴端带动丝杆本体转动。
结合图5A、5B,第二伺服电机235、第二减速机23与滚珠丝杆副237的配合组成机床Z 轴传动机构,每套立柱部件配置一套传动机构。
【横梁部件】
结合图6A、6B,横梁部件24主要包括横梁241、第三直线导轨副242、滑板243、第三伺服电机244、第三减速机245、第二齿条247和第二齿轮246。
第三直线导轨副242的导轨固定在横梁241上,多组滑块固定在滑板243上,通过横梁上的导轨与滑块组成机床Y轴导向机构,每套横梁部件24配置一套导向机构。
第三伺服电机244和第二齿轮246都固定在第三减速机245上,第三减速机245固定在滑板243上。
第二齿条247固定在横梁241上。
如此,第三伺服电机244输出扭矩和转速,经过第三减速机245降速、增力后将扭矩和转速传递给第二齿轮246,第二齿轮246与第二齿条247啮合后驱动滑板242作水平方向移动。
结合图6A、6B,第三伺服电机244、第三减速机245、第二齿条247和第二齿轮246的配合组成机床Y轴传动机构,每套横梁配置一套Y轴传动机构。
【3D打印作业】
结合图1-图7,本实用新型的大型金属3D打印设备,在打印准备期间,打开惰性气体保护箱门,将工作台222移动至外敷导轨3上,安装打印基板,然后再将工作台222移动至惰性气体保护箱内的打印工位,关闭惰性气体保护箱门、充满惰性气体后开始打印。
打印完毕后,打开惰性气体保护箱门、将工作台移动至外敷导轨3上取下工件;从而实现快速上下料、降低打印准备时间、提高工作效率。
为最大化提高打印尺寸,设计时将两个X轴行程都稍大于可移动工作台的X向尺寸。
以上结构具备双加工头同时进行金属3D打印的能力,现就双头同时打印的工作流程做简要描述:
为方便描述,将前后两加工头的工作点坐标定义为P1(X1、Y1、Z1)和P2(X2、Y2、Z2),机床装配时保证Z1=Z2;然后双加工头在同一块打印基板上作简单金属3D打印,通过测量两条打印痕迹的中心距测得ΔX=(X1-X2),ΔY=(Y1-Y2),(ΔX、ΔY)即为两激光加工头的相对坐标;事先将需要打印的模型输入工艺分层软件,并输入两激光加工头的相对坐标(ΔX、ΔY),工艺分层软件可生成相互耦合且两激光加工头距离保持在安全距离之外的两段G代码,将这两段G代码输入PLC控制系统交由两激光加工头分开执行,实现双头联动、耦合打印,从而将金属3D打印的成型效率提高一倍。
本实施例中给出的X轴传动机构、Y轴传动机构、Z轴传动机构的结构形式并不是唯一的结构形式,任何能使双激光加工头到达加工位置的结构形式均可。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本实用新型的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种双加工头的大型金属3D打印设备,其特征在于,包括惰性气体保护箱、双龙门机床和外敷导轨;双龙门机床固定在惰性气体保护箱内部,外敷导轨固定在惰性气体保护箱外部;
双龙门机床包括床身部件、可移动式工作台部件、立柱部件、横梁部件、激光加工头部件和立柱部件,立柱部件、横梁部件和激光加工头部件各两套,并且每个激光加工头部固定在一个横梁部件上进行打印作业;
惰性气体保护箱的底面固定在机床地基上,惰性气体保护箱内部还设置有供可移动式工作台部件行走的箱内导轨,固定在惰性气体保护箱的内部底面;
外敷导轨固定在机床地基上,与箱内导轨对接,使得可移动式工作台部件可在惰性气体保护箱内的打印作业工位与外敷导轨上的上下料工位之间移动;
两套立柱部件,分别固定床身部件上的前、后滑板上,沿着床身导轨做X向移动,其中,X向移动采用直线导轨副导向、采用齿轮齿条驱动;
两套横梁部件,分别固定在立柱部件上的左、右滑板上,沿着立柱导轨做Z向移动;其中,Z向移动采用直线导轨副导向、采用滚珠丝杆驱动;
两套激光加工头部件,分别固定在横梁部件上的滑板上,沿着横梁做Y向移动其中,Y向移动采用直线导轨副导向、采用齿轮齿条驱动。
2.根据权利要求1所述的双加工头的大型金属3D打印设备,其特征在于,所述可移动式工作台部包括前述的箱内导轨以及工作台、移动平台车和定位块;箱内导轨与定位块固定在惰性气体保护箱底面上,移动平台车被设置成可沿着箱内导轨移动,工作台作为3D打印的基础支撑工作面,固定在移动平台车上,其顶面放置打印基板用来进行金属3D打印。
3.根据权利要求2所述的双加工头的大型金属3D打印设备,其特征在于,移动平台车包括车体、驱动机构、滚轮和接近开关,其中:
滚轮设置在车体的底部;
接近开关设置在车体的一端顶部,用于与定位块配合实现到位停止的检测与定位;
移动平台车内置驱动机构,将动力传递给滚轮,使其沿着箱内轨道运动至外敷导轨上。
4.根据权利要求1所述的双加工头的大型金属3D打印设备,其特征在于,所述床身部件包括两套床身结构;每套床身结构主要包括床身、第一直线导轨副、前滑板、第一减速机、第一伺服电机、第一齿轮、第一齿条以及后滑板,其中:
床身固定在惰性气体保护箱底面上;
第一直线导轨副分为第一导轨和第一滑块,第一导轨固定在床身上,多组第一滑块固定在前滑板和后滑板上,第一导轨和第一滑块之间可相对运动,实现X轴运动导向;
第一伺服电机和第一齿轮都固定在第一减速机上,第一减速机固定在前滑板或后滑板上;第一齿条固定在床身上,第一伺服电机输出扭矩和转速,经过第一减速机降速、增力后将扭矩和转速传递给第一齿轮,第一齿轮与第一齿条啮合后,驱动前滑板和后滑板作水平方向移动。
5.根据权利要求4所述的双加工头的大型金属3D打印设备,其特征在于,所述第一导轨和第一滑块配合构成X轴导向机构,每一套床身均设置一套X轴导向机构;
所述第一减速机、第一伺服电机、第一齿轮、第一齿条的配合构成X轴传动机构,每套床身配置两套X轴传动机构。
6.根据权利要求4所述的双加工头的大型金属3D打印设备,其特征在于,所述立柱部件包括立柱、顶梁、左滑板、右滑板、第二伺服电机、第二减速机、滚珠丝杆副和第二直线导轨副,其中:
立柱共有两件,通过固定顶梁形成类H型框架;
第二直线导轨副的导轨固定在立柱上,通过滑轨-滑块运动配合构成Z轴导向机构,每套立柱部件配置两套Z轴导向机构;
第二伺服电机固定在第二减速机上,第二减速机固定在立柱上;
滚珠丝杆副轴端固定在第二减速机上,法兰端固定在左滑板/右滑板上;第二伺服电机输出扭矩和转速,经过第二减速机降速、增力后将扭矩和转速传递给滚珠丝杆副,滚珠丝杆副将旋转运动转化成直线运动后带动左滑板/右滑板作竖直方向移动。
7.根据权利要求6所述的双加工头的大型金属3D打印设备,其特征在于,所述第二伺服电机、第二减速机与滚珠丝杆副的配合组成Z轴传动机构,每套立柱部件配置两套Z轴传动机构。
8.根据权利要求1所述的双加工头的大型金属3D打印设备,其特征在于,所述横梁部件包括横梁、第三直线导轨副、滑板、第三伺服电机、第三减速机、第二齿条和第二齿轮,其中:
第三直线导轨副的导轨固定在横梁上,通过横梁上的导轨与滑块组成机床Y轴导向机构,每套横梁部件配置一套导向机构;
第三伺服电机和第二齿轮都固定在第三减速机上,第三减速机固定在滑板上;
第二齿条固定在横梁上;
第三伺服电机输出扭矩和转速,经过第三减速机降速、增力后将扭矩和转速传递给第二齿轮,第二齿轮与第二齿条啮合后驱动滑板作水平方向移动;
第三伺服电机、第三减速机、第二齿条和第二齿轮的配合组成Y轴传动机构,每套横梁配置一套Y轴传动机构。
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