CN110509567B - 一种3d成型机及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D成型机及方法，包括基座平台，基座平台上对称设置有立柱，立柱的顶部装有横梁，横梁的中部固定有x向进退轴杆，x向进退轴杆上连接有主机头组合体，x向进退轴杆的端部设置有用于驱动主机头组合体沿x向进退轴杆运动的x轴伺服电机；主机头组合体包括能够沿x向进退轴杆运动的传导装置，传导装置上连接有a轴，a轴的底部通过夹紧装置连接有刀头，a轴的顶部设置有驱动其运动的a轴伺服电机；基座平台上还对称设置有一对y轴移动工作平台，每个y轴移动工作平台上对称设置有两个z轴杆立柱，y轴移动工作平台上连接有y轴伺服电机，每个z轴杆立柱上均设置有z轴伺服电机，z轴杆立柱的顶部安装有用于固定工件的工作台。
Description
技术领域
本发明属于快速成型设备技术领域，具体涉及一种融合机、电、软件等技术为一体的快速3D成型机及方法。
背景技术
纵观目前国内外3D打印市场，3D打印行业普遍存在应用材料和应用限制，其表现为以下几点。
1、产品前期研发制作的样板不能直接作为产品，而是作为一种验证手段来满足开发节奏。
2、研发耗用的时间相对于传统手段是加快了许多，但不可避免的带来了很多滞后污染问题，比如3D打印产品所带来的滞后问题：污染、废料、不可逆转的材料处理问题等等。
3、3D打印设备目前所消耗的材料都是特制，成本很高，基本都是国外公司垄断性在中国销售，对于市场上的型材和成熟的材料基本不可满足其3D打印设备制作要求。
4、在理念产品验证后，势必需要针对小批量、批量化生产开模具，而模具的制造大家都知道，是一项复杂而耗时、耗材、占用大资金的工程，根据批量、其产品的成本占用率可高达30％--50％，特殊行业甚至成本都收不回，比如国防产品和军事用品。再比如汽车行业和飞机的外蒙皮，很难做到个性化要求，其模具体积庞大，占用特殊钢材量很大，据2018年统计，我国的模具钢产量约为236.2万吨。其中，汽车行业消费模具钢约占市场总量的35％；家用电器行业消费模具钢约占市场总量的20％；电脑、手机、电子设备等电子通讯行业用模具钢约占市场的20％。
因此，为了加快和适应越来越多的个性化市场需求，节约模具钢投入和模具制作周期，避免3D打印耗料带来的滞后污染等问题和材料限制，加快研发进度和定制速度，势必需要开发出一种节约研发验证周期、节省研发期的模具验证资金投入，又能够从市场取材满足即刻制作的设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D成型机及方法，以克服现有技术存在的问题。本发明结构简单、操作方便、材料适用面宽，抛弃了繁琐复杂的传统模具，能够快速实现从设计理念到产品实物转化。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种3D成型机，包括基座平台，基座平台上对称设置有立柱，立柱的顶部装有横梁，横梁的中部固定有x向进退轴杆，x向进退轴杆上连接有主机头组合体，x向进退轴杆的端部设置有用于驱动主机头组合体沿x向进退轴杆运动的x轴伺服电机；
主机头组合体包括能够沿x向进退轴杆运动的传导装置，传导装置上连接有能够上下竖直运动的a轴，a轴的底部通过夹紧装置连接有用于对工件表面施加静态压力的刀头，a轴的顶部设置有驱动其运动的a轴伺服电机；
基座平台上还对称设置有一对y轴移动工作平台，每个y轴移动工作平台上对称设置有两个z轴杆立柱，y轴移动工作平台上连接有用于驱动z轴杆立柱沿y轴运动的y轴伺服电机，每个z轴杆立柱上均设置有能够使其独立上下升降的z轴伺服电机，z轴杆立柱的顶部安装有用于固定工件的工作台。
进一步地，横梁上对称设置有用于对主机头组合体进行导向的主机头导向杆，且主机头导向杆对称设置在x向进退轴杆的两侧。
进一步地，立柱上连接有主控电脑，主控电脑的输出信号接入控制箱，所述控制箱用于控制x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机以及a轴伺服电机运转，同时用于接收各个伺服电机反馈的脉冲数据监测信号。
进一步地，刀头的下侧设置有成型基板，成型基板上标有用于在每次成型工序中校准0基准点的0基校准点。
进一步地，所述刀头为耐压、耐温、耐磨及耐变形的硬质刀头。
一种3D成型方法，刀头在a轴伺服电机的带动下对工件进行层叠式加工，主机头组合体在x向进退轴杆带动下沿x轴进退，工作台在y轴伺服电机控制下沿y轴进退，z轴杆立柱在每一制作层完成后，带动工作台升降，刀头对工件表面实施一个静态压力，并按编程所控制行走的路径在工件表面形成型面，最终完成产品。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
一、本发明的结构简单、成本低、寿命长、操作方便，通过控制x轴、y轴、z轴和a轴四轴联动，可以快速地制作出同一产品的不同外观，并且可在短时间完成一个品种多样化的外观效果，提供了进行意见、评估交流的平台，其所制造的产品不再是样板、模型、评估首版等，而是真实的产品。
二、本发明采用y轴移动工作平台和设置在y轴移动工作平台上的z轴杆立柱支撑工作台，并并辅以x向进退轴杆形成了三维工作台，本发明简化了三维工作台，可抗外界干扰，使加工精度更加稳定。
三、本发明的刀头的适用面宽，可用于各种可塑性材料。
四、本发明抛弃了传统模具这一难以跨越的关口，可直接生成产品，并且其成品性能指标可达设计标准。
五、本发明可在a轴的控制下，做垂直面或水平面凹槽和倒顷角。
六、本发明在制作过程中无材料添加和切削废料产生，与现有的3D打印机有本质的区别，能够快速实现从设计理念到产品实物转化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1左视向结构示意图。
其中，1－主控电脑，2－控制箱，3－主机头组合体，4－a轴伺服电机，5－夹紧装置，6－刀头，7－x轴伺服电机，8－x向进退轴杆，9－主机头导向杆，10－立柱，11－y轴伺服电机，12－z轴杆立柱，13－工作台，14－工件，15－y轴移动工作平台，16－基座平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1和图2，一种3D成型机，由主体支架、工作台13、主机头组合体3、主控电脑1、控制箱2及***电路组成，所述的主体支架包括一个基座平台16以及对称设置在基座平台16上的立柱10，在立柱10的顶部装有横梁，横梁的中部设置有能够沿水平面x轴运动的x向进退轴杆8，主机头组合体3在x轴伺服电机7驱动下沿x向进退轴杆8运动，主机头组合体3含有能够沿x向进退轴杆8运动的传导装置，与传导装置相连的a轴、连接在a轴上的夹紧装置5、与夹紧装置5相连的刀头6。
刀头6是一种耐磨损、耐温、耐变形、耐压刀头。
工作台13是一个工件夹持装置，工作台13安装在受控制升降的z轴杆立柱12之上，z轴杆立柱12安装在y轴移动工作平台15上。z轴杆立柱12在y轴移动工作平台15上的移动由y轴伺服电机11控制。
主控电脑1输出信号和采集的反馈信号由控制箱2进出，主控电脑1控制四轴(x轴、y轴、z轴及a轴)联动，反馈信号用于控制精度和补偿加工精度，使用过程中采用逐层叠压压延的方式完成最后的理念设计实物。
下面结合附图对本发明实施例做详细描述：
一种3D成型机，由主体支架、工作平台、主机头组合体3、主控电脑1、控制箱2及***电路组成，其中，主体支架具有一个基座平台16以及对称设置在基座平台16上的立柱10，立柱10为对立的二个或四个，在立柱10的顶部装有横梁，x向进退轴杆8和横梁固定连接，x轴伺服电机7连接x向进退轴杆8，主机头组合体3连接在x向进退轴杆8上，在x向进退轴杆8带动下，主机头组合体3沿水平面x轴运动，横梁上还对称设置有用于对主机头组合体3起导向作用的主机头导向杆9，在立柱10上设有电脑编程控制和信号源出入口；工作平台包括4个独立z轴伺服电机驱动的可独立和连动的上下升降的z轴杆立柱12和一个安装在z轴杆立柱12顶端的工作台13，z轴杆立柱12下部连接在y轴移动工作平台15上。
主控电脑输出信号接入控制箱2，控制箱2设置的信号源入口和工作用的计算机接入口分别控制x、y、z、a各轴伺服电机以及反馈的脉冲数据监测信号接收控制器工作信号。
上述的3D打印成型机中，刀头6为耐压式硬质头，在下设有基准成型基板，基板上标有0基校准点，由传感器拾取并与制作软件兼合，在每制作一层后用于校准0基准点。
上述的3D成型机中，主体支架的基座平台16上连装有y轴移动工作平台15，工作平台活动于y轴移动工作平台15上。
主机头组合体下端通过一个由a轴伺服电机4控制的a轴与用于夹持刀头6的夹紧装置5连接，刀头6在a轴伺服电机4的控制下，可做180°角度调整，刀头6可在a轴伺服电机4的带动下对工件14做层叠式加工，并且可对垂直于z轴面(或平行于z轴面)做凹陷面和小倒角制作，主机头组合体沿x轴进退，y轴由伺服电机11控制工作台做y轴向进退运动，z轴杆立柱12在每一制作层完成后，带动工作台升降，刀头对工件14表面实施一个静态压力，并按编程所控制行走的路径在材料表面形成型面，最终完成产品。
实际工作中，当操作者用电脑绘制出概念性数字产品后，即可由主控电脑控制开始制作实际产品(如汽车外壳产品等)。在制作前，需要做一些前期工作，比如：固定材料、坐标对零、试运行等等，一切就绪后，由主控电脑数据转化控制该3D成型机进行常规制作，整个制作过程无需人工管理，一切由电脑负责。具体工作原理是：使主控电脑输出信号接入3D打印成型机信号源入口，分别控制y轴伺服电机11、x轴伺服电机7、z轴伺服电机，主机头组合体负责按编程轨迹施压行走，x、y、z轴在主控电脑控制下，对三维工作台(工作台13)进行坐标控制位移，当刀头6源源不断的送出压力时，三维工作台随主控电脑指令而动，使工件在三维工作台面生成产品。由于所制作的产品在各个断层上的截面不同，其最终产品会在外观上表现出细微的或者是局部的不同，最终可同时提供产品的对比样件。当产品制作终了后，需设计者审验。如果需要不同的细微改观效果，可以一次性投入多台设备同时做N个同品种产品，以便于对比、定型。
Claims (4)
1.一种3D成型机，其特征在于，包括基座平台(16)，基座平台(16)上对称设置有立柱(10)，立柱(10)的顶部装有横梁，横梁的中部固定有x向进退轴杆(8)，x向进退轴杆(8)上连接有主机头组合体(3)，x向进退轴杆(8)的端部设置有用于驱动主机头组合体(3)沿x向进退轴杆(8)运动的x轴伺服电机(7)；
主机头组合体(3)包括能够沿x向进退轴杆(8)运动的传导装置，传导装置上连接有能够上下竖直运动的a轴，a轴的底部通过夹紧装置(5)连接有用于对工件(14)表面施加静态压力的刀头(6)，a轴的顶部设置有驱动其运动的a轴伺服电机(4)；
基座平台(16)上还对称设置有一对y轴移动工作平台(15)，每个y轴移动工作平台(15)上对称设置有两个z轴杆立柱(12)，y轴移动工作平台(15)上连接有用于驱动z轴杆立柱(12)沿y轴运动的y轴伺服电机(11)，每个z轴杆立柱(12)上均设置有能够使其独立上下升降的z轴伺服电机，z轴杆立柱(12)的顶部安装有用于固定工件(14)的工作台(13)；
横梁上对称设置有用于对主机头组合体(3)进行导向的主机头导向杆(9)，且主机头导向杆(9)对称设置在x向进退轴杆(8)的两侧；立柱(10)上连接有主控电脑(1)，主控电脑(1)的输出信号接入控制箱(2)，所述控制箱(2)用于控制x轴伺服电机(7)、y轴伺服电机(11)、z轴伺服电机以及a轴伺服电机(4)运转，同时用于接收各个伺服电机反馈的脉冲数据监测信号。
2.根据权利要求1所述的一种3D成型机，其特征在于，刀头(6)的下侧设置有成型基板，成型基板上标有用于在每次成型工序中校准0基准点的0基校准点。
3.根据权利要求1所述的一种3D成型机，其特征在于，所述刀头(6)为耐压、耐温、耐磨及耐变形的硬质刀头。
4.一种3D成型方法，采用权利要求1所述的一种3D成型机，其特征在于，刀头(6)在a轴伺服电机(4)的带动下对工件(14)进行层叠式加工，主机头组合体(3)在x向进退轴杆(8)带动下沿x轴进退，工作台(13)在y轴伺服电机(11)控制下沿y轴进退，z轴杆立柱(12)在每一制作层完成后，带动工作台(13)升降，刀头(6)对工件(14)表面实施一个静态压力，并按编程所控制行走的路径在工件(14)表面形成型面，最终完成产品。
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