WO2018156045A1 - Устройство и способ аддитивного производства изделий из блоков - Google Patents

Устройство и способ аддитивного производства изделий из блоков Download PDF

Info

Publication number
WO2018156045A1
WO2018156045A1 PCT/RU2017/000104 RU2017000104W WO2018156045A1 WO 2018156045 A1 WO2018156045 A1 WO 2018156045A1 RU 2017000104 W RU2017000104 W RU 2017000104W WO 2018156045 A1 WO2018156045 A1 WO 2018156045A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blocks
block
conveyor
manipulator
welding
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000104
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Виталий Владимирович ГЕРАСЬКИН
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Темпо"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Темпо" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Темпо"
Publication of WO2018156045A1 publication Critical patent/WO2018156045A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/14—Conveying or assembling building elements

Definitions

  • the invention relates to the field of mechanical engineering and additive technologies and can be used for the manufacture of parts and structures made of metal blocks for use in aviation, rocket and space technology, the automotive industry and other industries.
  • the most common metal additive manufacturing method is powder sintering (Powder bed).
  • the prior art method for the manufacture of bulk products from a bimetallic powder composition see [1] RF patent for the invention Ns2217266, IPC B22F3 / 105, B22F7 / 00, publ. 11/27/2003), including sequential layer-by-layer placement of the powder composition in the machine for selective laser sintering, processing each layer with laser radiation along a given contour and extracting the obtained product from the machine with the removal of the powder composition, which did not take part in the formation of the bulk product, and use as a powder composition eyannye mixture of powdered metal with a low-melting solder and flux.
  • sifted mixtures of metal powders mixtures based on nickel, chromium, aluminum, iron, titanium, and brass are used. Tin-lead, cadmium, zinc solders are used as fusible solder, and rosin is used as a flux.
  • Also known from the prior art is a method for three-dimensional printing of products (see [2] RF patent for the invention N22564604, IPC B41J17 / 00, publ. 10.10.2015), including the creation of a 3D model of the product, dividing the product model into layers in the cross section, applying a layer of powdered material by plasma spraying, sequentially reproducing the corresponding layers in cross section until the product is formed, each layer being formed in the following sequence: a) applying a powdery material by continuous plasma spraying, b) applying a powder of the basic material is discrete in the form of a matrix of large grains, moreover, along the cross-sectional contour of each layer, the powdery material is applied by microplasma spraying, the last layer is completed by continuous plasma spraying of the powdery material until a smooth and smooth outer surface is formed.
  • the disadvantages of the analogues of layer-by-layer sintering of the powder are low productivity, instability of quality and high cost.
  • the process of direct laser fusion of powder materials is also actively developing.
  • the prior art method for increasing the resolution when forming a three-dimensional product by sequentially fusing parts of the powder base that correspond to successive sections of a three-dimensional product see [3] RF patent for invention N22588207, IPC B29C67 / 04, B22F3 / 16, B22F3 / 105, publ. 06/27/2017), the Method comprises the steps of: a. providing a vacuum chamber, b. providing an electron injector, s. providing the first layer of powder on the desktop inside the vacuum chamber, d.
  • the electron beam from the electron injector over the working table which leads to fusion of the first layer of powder in selected places with the formation of the first section of the specified three-dimensional products, e. providing a second layer of powder on the working table, f. directions of the electron beam over the worktable, which leads to fusion of the second layer of powder in selected places with the formation of a second section of the specified three-dimensional products, the second layer being attached to the first layer, and also contains the step: d. reduce the pressure in the vacuum chamber from the first pressure level to a second pressure level between the steps of providing the first powder layer and the second powder layer, the average pressure level during preheating being higher than the average pressure level during me fusion of selected places.
  • This process is characterized by higher productivity than layer-by-layer sintering, however, its technological stability is even lower.
  • an automated system for constructing buildings from many bricks is known from the prior art (see [4] WO2007076581, IPC B25J11 / 00, B25J9 / 16, E04G21 / 22, published July 12, 2007), including a robot equipped with a manipulator for receiving bricks and glue (mortar), measuring system and controller.
  • the measuring system measures the position of the manipulator in real time and produces location data for the controller.
  • the controller provides control data based on a comparison between the given position and the predefined or pre-programmed position of the manipulator to lay a brick in a predetermined position for the building under construction.
  • the described robots produce products from individual blocks, but they are not intended for the additive production of small parts, including metal.
  • a multifunctional construction robot is known from the prior art (see [8] RF patent for utility model N2 161181, IPC B25J11 / 00, E04G21 / 02, published April 10, 2016) containing a portal moving along guide rails containing a carriage located on the portal with the ability to move in a direction perpendicular to the direction of the rail track, drives and a controller designed to control the drives, while the portal contains telescopic columns with the ability to move vertically the upper part of the portal, and the carriage is equipped with an autonomous a system for layer-by-layer building structures of buildings and structures, containing a manipulator with a built-in mixer-extruder, made with the possibility of offline preparation of the building mixture and ensure its subsequent extrusion, while the end link of the manipulator is equipped with a module for fixing the processing tool with the ability to rotate the tool around the vertical and horizontal axes.
  • This multifunctional robot itself prepares the building mixture and does not need to supply building elements, for example, bricks. However, this robot, like
  • a voluminous object is composed of a large number of thin preformable sheets, each of which is glued from opposite sides to adjacent adjacent sheets located on opposite sides of it, each sheet being cut along a contour corresponding to the outline of the layer represented in the manufactured item by the specified sheet while this method provides for the implementation of selective use on one side of each sheet of the corresponding substance, which prevents bonding, which effectively prevents the bond between adjacent adjacent sheets, and the anti-adhesive substance is selectively applied so that after this sheet is adhered to the adjacent adjacent to this side sheet adhered to the adjacent to this sheet with this side of the adjacent sheet will be only that part of the surface of this sheet that is within its corresponding contour, while the rest of the corresponding sheet is found extending beyond the mentioned contour, will remain easily separable from the manufactured spatial object
  • a device for implementing this method of manufacturing a three-dimensional object includes an adhesive applicator, a horizontal table, a feed mechanism for feeding and styling of said sheets in a stack on said horizontal table, a drive unit for successively lowering said table down as said sheets arrive at it one by one, and a corresponding applicator intended for coating from an anti-adhesive substance.
  • the disadvantages of the prototype are not the manufacturability of manufacturing parts from sheet material, the inability to ensure stability of quality and low productivity.
  • the objective of the claimed invention is to provide a device and method for the additive production of metal blocks and obtain advantages over known technologies and technical means, as well as an increase in the number of metals and alloys available for use for the additive production.
  • the technical result is to increase production speed and technological stability, as well as the possibility of multimaterial additive production.
  • the problem is solved, and the technical result is achieved due to the device for the additive production of products from blocks, containing the table on which the product is built, the block feeding mechanism, the product building mechanism and the control unit, while the table is made in the form of a horizontal plate, next to which the mechanism is installed supply of blocks in the form of a conveyor leading ready-made blocks to the product construction mechanism, which is made in the form of a manipulator with a gripper for feeding blocks from the conveyor to the table and their subsequent connection.
  • the technical result is achieved due to the fact that the blocks enter the conveyor either prefabricated in the factories in the form of small blocks of the necessary shape, or from an extruder, which directly at the place of production of the products melts the low-melting metal and extrudes through the mold in the form of small blocks of the necessary shape.
  • the technical result is achieved due to the fact that the blocks are connected by gluing, soldering, contact, induction or laser welding.
  • the technical result is achieved due to the fact that when connecting the blocks by gluing, the manipulator, after grabbing the block from the conveyor, lowers each block into the glue bath installed next to the block feeding mechanism.
  • the technical result is achieved due to the fact that when connecting the blocks by soldering or welding, the manipulator, after grabbing the block from the conveyor, lowers each block into a flux bath installed near the block feeding mechanism to clean the contact surfaces of the blocks from oxides. Also, the technical result is achieved due to the fact that when connecting the blocks by welding, the grip of the manipulator is equipped with a device for welding.
  • the technical result is achieved due to the fact that the blocks are made of metal, for example aluminum, bronze, steel, or from alloys AISi, NiCrBSi.
  • the device shown in FIG. 1, is used for the manufacture of volumetric objects (products) from prefabricated metal blocks (2), connected to each other, and each block is made of the necessary shape, size and material represented in the manufactured product.
  • the device comprises a table (1) made in the form of a horizontal plate on which to build a three-dimensional product.
  • Blocks (2) of the necessary shape can be manufactured in factories or can be made directly on the spot, by melting the fusible metal and extruding it through the mold in the form of blocks of the necessary shape and size.
  • the manufacture of blocks (2) in place is possible using a compact extruder (5) installed directly near the device for the production of bulk products. The extruder heats the material supplied to it to its melting point, extrudes it through an opening of a given shape and cuts it into blocks of the required length.
  • the device provides a block feed mechanism (6), made in the form of a conveyor.
  • the conveyor delivers the finished blocks of the necessary form from the extruder or from the warehouse of finished blocks brought in advance from the factory to the product construction mechanism, made in the form of a manipulator (3) and installed directly near the table (1).
  • manipulator (3) a three-coordinate mechanical transfer device equipped with a gripper (4) for holding and moving the block.
  • the manipulator captures the block, transfers it first to the bath (7) with flux or glue (depending on how the blocks are connected to each other), then to the place specified by the program and presses the block to the table or to the previously set blocks for the time required for welding or setting glue.
  • the manipulator (3) When connecting the blocks by gluing, the manipulator (3), after gripping the block from the conveyor, lowers each block with the side to be glued into the bath (7) with glue installed next to the block feeding mechanism. Then the manipulator lifts the part above the bathtub for the time necessary to remove excess glue and its drying, transfers the part to the place specified by the program and presses it for the time necessary for the glue to set. If there are more than one glued surface, the manipulator dips the block into the glue of each of these sides and then presses it with a vector, which ensures contact of all the glued surfaces.
  • the manipulator (3) When connecting the blocks by soldering, the manipulator (3) is equipped with a heating device, after grabbing the block from the conveyor, it lowers each block into a bath (7) with a flux installed next to the block feeding mechanism with the side to be soldered. Then the manipulator lifts the part above the bathtub for a time sufficient for the draining of the flux, moves it to the bath with molten solder and dips into it. Then it transfers into place, presses and heats, for example, high-frequency currents. If there are more than one soldering surface, the manipulator dips the block into the flux and solder of each of these sides and then presses it with a vector that ensures contact of all the surfaces to be glued.
  • the gripper (4) of the manipulator (3) is equipped with an ultrasonic welding device, the manipulator (3), after gripping the block from the conveyor, transfers it to the installation site, presses and generates ultrasonic waves.
  • a second manipulator equipped with an ultrasonic welding source generates ultrasonic waves on the other hand.
  • All elements of the device operate according to the signals of the control unit (8).
  • a program is loaded into the control unit, indicating which blocks in which sequence to install and how to process and connect them.
  • the device can be placed in a sealed enclosure, inside of which a controlled atmosphere can be created, for example, argon or technical vacuum.
  • the dimensions of the table and the manipulator determine the maximum size of the part that can be manufactured.
  • the device operates as follows.
  • the program is loaded into the device, according to which the part will be built.
  • the extruder produces a block.
  • the manipulator takes the block from the conveyor, dips it in flux or glue and puts it in the place specified by the program, welding or gluing it to this place.
  • the invented process can significantly increase both the speed of production and technological stability. Since the size and shape of the primary “building blocks” can vary, the device allows you to create metal structures of various shapes, from small to large.
  • the device allows you to create products from various materials, for example, using porous blocks inside the walls and more wear-resistant or chemical-resistant in those places where it is necessary.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения и аддитивных технологий и может быть использовано для изготовления деталей и конструкций из металлических блоков для применения в авиационной, ракетно-космической технике, медицине, автомобилестроении и других отраслях промышленности. Устройство аддитивного производства изделий из блоков содержит стол, на котором строится изделие, механизм подачи блоков, механизм построения изделия и блок управления, при этом стол выполнен в виде горизонтальной плиты, рядом с которым установлен механизм подачи блоков в виде конвейера, подводящего готовые блоки к механизму построения изделия, который выполнен в виде манипулятора с захватом для подачи блоков с конвейера на стол и последующего их соединения. Блоки поступают на конвейер либо заранее изготовленные на заводах в виде небольших блоков необходимой формы, либо из экструдера, который прямо на месте производства изделий расплавляет легкоплавкий металл и экструдирует через форму в виде небольших блоков необходимой формы. Блоки соединяют склеиванием, пайкой, контактной, индукционной или лазерной сваркой. Изобретение позволяет повысить скорость производства и технологическую стабильность, а также возможность мультиматериального аддитивного производства.

Description

Устройство и способ аддитивного производства изделий из блоков Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области машиностроения и аддитивных технологий и может быть использовано для изготовления деталей и конструкций из металлических блоков для применения в авиационной, ракетно-космической технике, автомобилестроении и других отраслях промышленности. У овень техники
Наиболее распространенным методом аддитивного производства из металла является послойное спекание порошка (Powder bed). Из уровня техники известен способ изготовления объемных изделий из биметаллической порошковой композиции (см. [1] патент РФ на изобретение Ns2217266, МПК B22F3/105, B22F7/00, опубл. 27.11.2003), включающий последовательное послойное размещение порошковой композиции в станке для селективного лазерного спекания, обработку каждого слоя лазерным излучением по заданному контуру и извлечение полученного изделия из станка с удалением порошковой композиции, не принявшей участия в формировании объемного изделия, а в качестве порошковой композиции используют просеянные смеси металлических порошков с легкоплавким припоем и флюсом. В качестве просеянных смесей металлических порошков используют смеси на основе никеля, хрома, алюминия, железа, титана, латуни. В качестве легкоплавкого припоя используют оловянно-свинцовый, кадмиевый, цинковый припои, а в качестве флюса - канифоль.
Также из уровня техники известен способ трехмерной печати изделий (см. [2] патент РФ на изобретение N22564604, МПК B41J17/00, опубл. 10.10.2015), включающий создание ЗО-модели изделия, деление модели изделия на слои в поперечном сечении, нанесение слоя из порошкообразного материала плазменным напылением, последовательное воспроизведение соответствующих слоев в сечении до образования изделия, при этом каждый слой формируют в следующей последовательности: а) нанесение порошкообразного материала непрерывным плазменным напылением, б) нанесение порошкообразного материала дискретно в виде матрицы из крупных зерен, причем по контуру сечения каждого слоя порошкообразный материал наносят микроплазменным напылением, последний слой завершают непрерывным плазменным напылением порошкообразного материала до образования ровной и гладкой внешней поверхности. Недостатками приведенных аналогов послойного спекания порошка является низкая производительность, нестабильность качества и высокая себестоимость.
Активно развивается также процесс прямого лазерного сплавления порошковых материалов (Direct Metal Deposition). Из уровня техники известен способ увеличения разрешающей способности при формировании трехмерного изделия посредством последовательного сплавления частей порошкового основания, которые соответствуют последовательным сечениям трехмерного изделия (см. [3] патент РФ на изобретение N22588207, МПК В29С67/04, B22F3/16, B22F3/105, опубл. 27.06.2016), Способ содержит этапы: а. обеспечения вакуумной камеры, Ь. обеспечения инжектора электронов, с. обеспечения первого слоя порошка на рабочем столе внутри вакуумной камеры, d. направления пучка электронов от инжектора электронов поверх рабочего стола, что приводит к сплавлению первого слоя порошка в выбранных местах с образованием первого сечения указанного трехмерного изделия, е. обеспечения второго слоя порошка на рабочем столе, f. направления пучка электронов поверх рабочего стола, что приводит к сплавлению второго слоя порошка в выбранных местах с образованием второго сечения указанного трехмерного изделия, причем второй слой оказывается присоединен к первому слою, причем также содержится этап: д. уменьшения давления в вакуумной камере от первого уровня давления до второго уровня давления между этапами обеспечения первого слоя порошка и второго слоя порошка, причем средний уровень давления во время предварительного нагрева выше среднего уровня давления во время сплавления выбранных мест.
Данный процесс характеризуется более высокой производительностью, чем послойное спекание, однако его технологическая стабильность еще ниже.
Наиболее близким с точки зрения техники является процесс склеивания слоев (Sheet lamination), однако данный процесс не находит применения в аддитивном производстве из металла и ограничен применением в производстве из бумаги, бетона и кирпича.
Так, например, из уровня техники известна автоматизированная система построения зданий из множества кирпичей (см. [4] WO2007076581 , МПК B25J11/00, B25J9/16, E04G21/22, опубл. 12.07.2007), включающая робота, снабженного манипулятором для приема кирпичей и клея (раствора), измерительную систему и котроллер. Измерительная система измеряет в реальном времени положение манипулятора и производит данные о местоположении для контроллера. Контроллер выдает данные управления на основе сравнения между данными положением и предварительно определенным или предварительно запрограммированного положения манипулятора, чтобы заложить кирпич в заданном положении для здания в стадии строительства. Такие роботы широко распространены (см. [5] WO2004083540— 2004-09- 30; [6] DE4207384— 1993-09-16; [7] US5018923— 1991-05-28), однако только в сфере строительства зданий и сооружений, и не могут применяться для производства объемных изделий из металла, в том числе в области аддитивных технологий.
Описанные роботы производит изделия из отдельных блоков, однако они не предназначены для аддитивного производства мелких деталей, в том числе из металла.
Из уровня техники известен строительный многофункциональный робот (см. [8] патент РФ на полезную модель N2 161181 , МПК B25J11/00, E04G21/02, опубл. 10.04.2016), содержащий портал, перемещающийся по направляющим рельсам, содержащий каретку, расположенную на портале с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном к направлению рельсового пути, приводы и контроллер, предназначенный для управления приводами, при этом портал содержит телескопические колонны с возможностью перемещения по вертикали верхней части портала, а каретка снабжена автономной системой послойного наращивания конструкций зданий и строений, содержащей манипулятор со встроенным смесителем-экструдером, выполненным с возможностью в автономном режиме приготовления строительной смеси и обеспечения ее последующей экструзии, при этом конечное звено манипулятора снабжено модулем для фиксации обрабатывающего инструмента с возможностью вращения инструмента вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Данный многофункциональный робот сам приготавливает строительную смесь и не нуждается в подводе строительных элементов, например, кирпичей. Однако данный робот, также как и предыдущие, не предназначен для аддитивного производства изделий из металла.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ и устройство для изготовления объемного предмета (см. [9] патент РФ на изобретение N22201351 , МПК В32В1/10, опубл. 27.03.2003). Объемный предмет составляется из большого количества тонких предварительно формуемых листов, каждый из которых приклеивается с противоположных своих сторон к прилегающим к нему соседним листам, находящимся по противоположные стороны от него, причем каждый лист обрезается по контуру, соответствующему очертаниям слоя, представляемого в изготавливаемом предмете указанным листом, при этом указанный способ предусматривает осуществление избирательного применения с одной стороны каждого листа соответствующего вещества, препятствующего склеиванию, которое эффективно препятствует возникновению связи между прилегающими друг к другу соседними листами, причем препятствующее склеиванию вещество избирательно применяется таким образом, чтобы после того, как этот лист приклеится к прилегающему к нему с этой стороны соседнему листу, приклеенной к прилегающему к указанному листу с этой стороны соседнему листу окажется только та часть поверхности этого листа, которая находится в пределах соответствующего ему контура, в то время как остальная часть соответствующего листа, находящаяся за пределами упомянутого контура, останется легко отделимой от изготавливаемого пространственного предмета. Устройство для реализации указанного способа изготовления объемного предмета включает в себя клеевой аппликатор, горизонтальный стол, механизм подачи для подачи и укладки указанных листов в стопу на указанном горизонтальном столе, узел привода, предназначенный для последовательного опускания упомянутого стола вниз по мере того, как на него один за другим поступают упомянутые листы, и соответствующий аппликатор, предназначенный для нанесения покрытий из препятствующего склеиванию вещества.
Недостатками прототипа являются не технологичность изготовления деталей из листового материала, невозможность обеспечить стабильность качества и низкая производительность.
Сущность изобретения
Задачей заявленного изобретения является создание устройства и способа аддитивного производства из металлических блоков и получение преимуществ по сравнению с известными технологиями и техническими средствами, а также увеличение числа доступных к применению для аддитивного производства металлов и сплавов.
Техническим результатом является повышение скорости производства и технологической стабильности, а также возможность мультиматериального аддитивного производства.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет устройства аддитивного производства изделий из блоков, содержащего стол, на котором строится изделие, механизм подачи блоков, механизм построения изделия и блок управления, при этом стол выполнен в виде горизонтальной плиты, рядом с которым установлен механизм подачи блоков в виде конвейера, подводящего готовые блоки к механизму построения изделия, который выполнен в виде манипулятора с захватом для подачи блоков с конвейера на стол и последующего их соединения.
Также технический результат достигается за счет того, что блоки поступают на конвейер либо заранее изготовленными на заводах в виде небольших блоков необходимой формы, либо из экструдера, который прямо на месте производства изделий расплавляет легкоплавкий металл и экструдирует через форму в виде небольших блоков необходимой формы.
Также технический результат достигается за счет того, что блоки соединяют склеиванием, пайкой, контактной, индукционной или лазерной сваркой.
Также технический результат достигается за счет того, что при соединении блоков склеиванием, манипулятор, после захвата блока с конвейера, опускает каждый блок в ванну с клеем, установленную рядом с механизмом подачи блоков.
Также технический результат достигается за счет того, что при соединении блоков пайкой или сваркой, манипулятор, после захвата блока с конвейера, опускает каждый блок в ванну с флюсом, установленную рядом с механизмом подачи блоков, для очистки контактных поверхностей блоков от окислов. Также технический результат достигается за счет того, что при соединении блоков сваркой, захват манипулятора оборудуется устройством для сварки.
Также технический результат достигается за счет того, что блоки выполнены металлическими, например алюминиевыми, бронзовыми, стальными или либо из сплавов AISi, NiCrBSi.
Также технический результат достигается за счет способа аддитивного производства изделий из блоков, осуществляемого с использованием заявленного устройства.
Краткое описание чертежей Фиг.1 - Изометрический вид устройства.
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 - Стол, на котором строится изделие;
2 - Блок - элемент строящейся детали;
3 - Манипулятор детали;
4 - Захват (в одном из вариантов - совмещенный устройством для сварки либо обработки);
5- Экструдер;
6 - Механизм подачи блоков;
7 - Ёмкость для флюса или клея;
8 - Блок управления.
Осуществление изобретения
Устройство, изображенное на фиг. 1 , применяется для изготовления объемных предметов (изделий) из предварительно изготовленных металлических блоков (2), соединяемых друг с другом, причем каждый блок изготавливается необходимой формы, размеров и материала, представляемой в изготавливаемом изделии.
Устройство содержит стол (1) выполненный в виде горизонтальной плиты, на которой строится объемное изделие. Блоки (2) необходимой формы могут изготавливаться на заводах или могут изготавливаться прямо на месте, путем расплавления легкоплавкого металла и экструдирования его через форму в виде блоков необходимой формы и размеров. Изготовление блоков (2) на месте возможно при помощи компактного экструдера (5) установленного непосредственно около самого устройства для производства объемных изделий. Экструдер нагревает подаваемый в него материал до температуры плавления, экструдирует его через отверстие заданной формы и нарезает на блоки необходимой длины.
В устройстве предусмотрен механизм подачи блоков (6), выполненный в виде конвейера. Конвейер подает готовые блоки необходимой формы от экструдера или со склада готовых блоков, заранее привезенных с завода, к механизму построения изделия, выполненному в виде манипулятора (3) и установленному непосредственно около стола (1). Манипуляторов может быть несколько, для ускорения процесса производства изделия. Манипулятор (3) - трехкоординатный механический перемещатель, оснащенный захватом (4) для удержания и перемещения блока. Манипулятор захватывает блок, переносит его сначала к ванне (7) с флюсом или клеем (в зависимости от способа соединения блоков друг с другом), затем на заданное программой место и прижимает блок к столу либо к ранее поставленным блокам на время, необходимое для сваривания либо схватывания клея.
Возможны различные способы соединения блоков, а именно: склеиванием, пайкой, контактной, индукционной или лазерной сваркой. Контактные поверхности блоков перед соединением при помощи пайки или сварки, очищают от окислов при помощи окунания во флюс. Установленный блок или ряд блоков после соединения обрабатывается механически в этом же устройстве.
При соединении блоков склеиванием, манипулятор (3), после захвата блока с конвейера, опускает каждый блок стороной, которая подлежит склеиванию, в ванну (7) с клеем, установленную рядом с механизмом подачи блоков. Затем манипулятор приподнимает деталь над ванной на время, необходимое для удаления излишков клея и его подсыхания, переносит деталь на заданное программой место и прижимает его на время, необходимое для схватывания клея. В случае, если склеиваемых поверхностей больше, чем одна, манипулятор окунает блок в клей каждой из этих сторон и затем прижимает с вектором, который обеспечивает контакт всех склеиваемых поверхностей.
При соединении блоков пайкой, манипулятор (3) оборудуется устройством для нагрева, после захвата блока с конвейера, опускает каждый блок в ванну (7) с флюсом, установленную рядом с механизмом подачи блоков стороной, которая подлежит пайке. Затем манипулятор поднимает деталь над ванной на время, достаточное для стекания флюса, перемещает к ванне с расплавленным припоем и окунает в него. Затем переносит на место, прижимает и нагревает, например, токами высокой частоты. В случае, если поверхностей для пайки больше, чем одна, манипулятор окунает блок в флюс и припой каждой из этих сторон и затем прижимает с вектором, который обеспечивает контакт всех склеиваемых поверхностей.
При соединении блоков сваркой, захват (4) манипулятора (3) оборудуется устройством для ултразвуковой сварки, манипулятор (3), после захвата блока с конвейера, переносит его на место установки, прижимает и генерирует ультразвуковые волны. Второй манипулятор оснащенный источником ультразвуковой сварки, генерирует ультразвуковые волны с другой стороны.
Все элементы устройства работают по сигналам блока управления (8). В блок управления загружается программа, указывающая, какие блоки в какой последовательности устанавливать и каким образом их обрабатывать и соединять. Устройство может быть помещено в герметичный корпус, внутри которого может создаваться контролируемая атмосфера , например, аргон или технический вакуум.
Размеры стола и манипулятора определяют максимальный размер детали, которую можно изготовить.
Устройство работает следующим образом.
1. В устройство загружается программа, по которой будет строиться деталь.
2. Загружаются строительные блоки, либо в экструдер загружается материал для экструдирования таких блоков.
3. Экструдер выдает блок.
4. Манипулятор берет блок с конвейера, окунает его в флюс или клей и ставит его на заданное программой место, приваривая или приклеивая его к этому месту.
5. Если не требуется механическая обработка - возврат на шаг 3.
6. Если требуется механическая обработка - механическая обработка выставленных блоков с использованием того же либо дополнительного манипулятора.
7. Удаление стружки.
8. Возврат на шаг 3.
Изобретенный процесс позволяет существенно повысить как скорость производства, так и технологическую стабильность. Поскольку размер и форма первичных «строительных блоков» может варьироваться, устройство позволяет создавать металлические конструкции различных форм, от небольших до крупных.
Поскольку метод позволяет подавать блоки разных размеров, химического состава и формы, устройство позволяет создавать изделия из различных материалов, например, используя пористые блоки внутри стенок и более износостойкие или химостойкие в тех местах, где это необходимо.

Claims

Формула изобретения
1. Устройство аддитивного производства изделий из блоков, содержащее стол, на котором строится изделие, механизм подачи блоков, механизм построения изделия и блок управления, отличающееся тем, что стол выполнен в виде горизонтальной плиты, рядом с которым установлен механизм подачи блоков в виде конвейера, подводящего готовые блоки к механизму построения изделия, который выполнен в виде манипулятора с захватом для подачи блоков с конвейера на стол и последующего их соединения.
2. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что блоки поступают на конвейер либо заранее изготовленные на заводах в виде небольших блоков необходимой формы, либо из экструдера, который прямо на месте производства изделий расплавляет легкоплавкий металл и экструдирует через форму в виде небольших блоков необходимой формы.
3. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что блоки соединяют склеиванием, пайкой, контактной, индукционной или лазерной сваркой.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что при соединении блоков склеиванием, манипулятор, после захвата блока с конвейера, опускает каждый блок в ванну с клеем, установленную рядом с механизмом подачи блоков.
5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что при соединении блоков пайкой или сваркой, манипулятор, после захвата блока с конвейера, опускает каждый блок в ванну с флюсом, установленную рядом с механизмом подачи блоков, для очистки контактных поверхностей блоков от окислов.
6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что при соединении блоков сваркой, захват манипулятора оборудуется устройством для сварки.
7. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что блоки выполнены металлическими, например, алюминиевыми, бронзовыми, стальными или либо из сплавов AISi, NiCrBSi.
8. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что установленный блок или ряд блоков после соединения обрабатывается механически в этом же устройстве.
9. Способ аддитивного производства изделий из блоков, осуществляемый с использованием устройства по любому из пп. 1-8.
PCT/RU2017/000104 2017-02-27 2017-03-01 Устройство и способ аддитивного производства изделий из блоков WO2018156045A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106063 2017-02-27
RU2017106063A RU2017106063A (ru) 2017-02-27 2017-02-27 Устройство и способ аддитивного производства изделий из блоков

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018156045A1 true WO2018156045A1 (ru) 2018-08-30

Family

ID=63254420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000104 WO2018156045A1 (ru) 2017-02-27 2017-03-01 Устройство и способ аддитивного производства изделий из блоков

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2017106063A (ru)
WO (1) WO2018156045A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110666936A (zh) * 2019-09-19 2020-01-10 孟津青城古建制品有限公司 一种仿古城墙砖的砖坯的运输及装窑方法
US20220194850A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Icon Technology, Inc. Utilizing unprocessed clay in the three dimensional additive printing of mortar onto a building structure

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113601009A (zh) * 2021-07-21 2021-11-05 上海工程技术大学 一种基于预置增材的钛合金激光增材制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1726237A1 (ru) * 1989-09-08 1992-04-15 Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Схват манипул тора дл роботизированной сборки сварных конструкций
US5506607A (en) * 1991-01-25 1996-04-09 Sanders Prototypes Inc. 3-D model maker
WO2004011177A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Akira Kawasaki Building a three-dimensional structure by manipulating individual particles
WO2004083540A2 (en) * 2003-03-19 2004-09-30 Essabe B.V. Apparatus and method for manufacturing a structural part from construction elements and adhesive material
WO2007076581A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-12 Goldwing Nominees Pty Ltd An automated brick laying system for constructing a building from a plurality of bricks

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1726237A1 (ru) * 1989-09-08 1992-04-15 Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Схват манипул тора дл роботизированной сборки сварных конструкций
US5506607A (en) * 1991-01-25 1996-04-09 Sanders Prototypes Inc. 3-D model maker
WO2004011177A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Akira Kawasaki Building a three-dimensional structure by manipulating individual particles
WO2004083540A2 (en) * 2003-03-19 2004-09-30 Essabe B.V. Apparatus and method for manufacturing a structural part from construction elements and adhesive material
WO2007076581A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-12 Goldwing Nominees Pty Ltd An automated brick laying system for constructing a building from a plurality of bricks

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110666936A (zh) * 2019-09-19 2020-01-10 孟津青城古建制品有限公司 一种仿古城墙砖的砖坯的运输及装窑方法
US20220194850A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Icon Technology, Inc. Utilizing unprocessed clay in the three dimensional additive printing of mortar onto a building structure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017106063A (ru) 2018-08-28
RU2017106063A3 (ru) 2018-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7402219B2 (en) Method and device for the production of a multi-layered three-dimensional component
EP2319641B1 (en) Method to apply multiple materials with selective laser melting on a 3D article
CN206415882U (zh) 一种大幅面零部件的增减材复合制造设备
WO2018156045A1 (ru) Устройство и способ аддитивного производства изделий из блоков
CN104526354B (zh) 升降梯层门板自动化生产线
CN104175077B (zh) 电梯门、壁板自动化生产线和生产工艺
JPH01500575A (ja) 薄片より一体型物体を形成する為の装置及び方法
ES2120414T3 (es) Metodo de fabricacion de piezas metalicas por un aparato de soldadura, y aparato para su realizacion.
WO2016198291A1 (en) A device for direct additive manufacturing by means of extrusion of metal powders and ceramic materials on a parallel kinematic table
JP2015523224A (ja) スタッキングラインシステム、及びブランキングシャーもしくはブランキングプレスからアウトプットされるブランクのスタッキング方法
US6710296B2 (en) Method and apparatus for free-forging of metal structures
US11638965B2 (en) Systems and methods for non-continuous deposition of a component
US20180193923A1 (en) Additive Manufacturing Method
JP2003509244A (ja) 材料の順次堆積による物体結合
US20210252803A1 (en) Three-dimensional printer and methods for assembling parts via integration of additive and conventional manufacturing operations
Dröder et al. Scalable process chain for flexible production of metal-plastic lightweight structures
CN110802227A (zh) 一种内部具有悬停面的产品的3d打印方法和数据处理方法
JPH11138388A (ja) ３次元造形装置
Yilmaz et al. Design, Construction, and controlling of a shaped metal deposition machine using arc metal-wire system
KR101503719B1 (ko) 서로 다른 두께의 금속판재를 사용한 3차원 금속판재 제작 시스템 및 방법
WO2018103075A1 (zh) 一种基于cmt的金属焊接成形系统和方法
WO2023175976A1 (ja) 溶接自動化装置および溶接自動化方法
CN2780382Y (zh) 粉末材料六轴机器手激光快速成型系统
CN108381078A (zh) 一种金属网架建造系统及方法
CN210100702U (zh) 基于fdm的3d打印设备

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17898286

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17898286

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1