CN209289760U - 一种龙门式3d增材减材一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种龙门式3D增材减材一体化装置，包括：龙门机床运动平台，所述龙门机床运动平台具有Z轴垂直滑枕；关节机器人，所述关节机器人安装于所述Z轴垂直滑枕下端；挤出机构，所述挤出机构包括挤出机构和挤出头，所述挤出头安装于所述关节机器人的手臂末端，所述挤出机构用于3D增材打印；铣削装置，所述铣削装置安装在所述Z轴垂直滑枕下端，所述铣削装置进行减材加工。本实用新型可加工对大型构件进行3D增材制造，同时在无需移动工件位置的条件下，进行减材加工，实现增材减材一体化加工，并且可以在复杂型腔内部进行作业。

Description

一种龙门式3D增材减材一体化装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，特别是涉及3D打印技术中增材制造和减材加工一体化的装置。

背景技术

随着3D打印技术的蓬勃快速发展，其应用领域越来越广泛。3D打印技术给现有的建筑行业带来新的变革。根据建筑行业的发展需求，许多园林景观或者人行桥梁、建筑装饰等相对较大的建筑新材料构件的生产需要使用3D打印增材技术来实现完成生产。然而，对于传统的3D打印设备而言，其尺寸较小，一般适用于尺寸较小的构件，不足以满足较大的建筑新材料构件的一体成型加工。一般来说，增材制造和减材加工一般采用两个机床分别进行加工，对于大型的建筑构件而言，移动过程比较费时费力，生产效率较低。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种龙门式3D增材减材一体化装置，用于解决现有技术中3D打印设备较小，无法满足大型建筑构件加工的要求，增材制造和减材加工无法一体化，生产效率较低的问题，实现一机完成建筑大型构件的3D打印任务需求，同时可以根据形状、表面质量以及精度要求，对3D打印生产的构件进行铣削加工，最终实现建筑行业塑料构件的一体生产化任务。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供于一种龙门式3D增材减材一体化装置，包括：龙门机床运动平台，所述龙门机床运动平台具有Z轴垂直滑枕；关节机器人，所述关节机器人安装于所述Z轴垂直滑枕下端；挤出机构，所述挤出机构包括挤出机和挤出头，所述挤出头安装于所述关节机器人的手臂末端，所述挤出机构用于3D增材打印；铣削装置，所述铣削装置安装在所述Z轴垂直滑枕下端，所述铣削装置进行减材加工。

可选地，所述龙门机床运动平台还包括：床身和高架桥式横梁结构；其中，所述床身上安装有X轴导轨；所述高架桥式横梁结构在所述X轴导轨上移动；其中，所述高架桥式横梁结构安装有Y轴导轨，所述Y轴导轨上安装有Y轴滑枕，所述Y轴滑枕在所述Y轴导轨上移动；所述Y轴滑枕安装有Z轴导轨，所述Z轴导轨上安装有Z轴垂直滑枕，所述Z轴垂直滑枕在所述Z轴导轨上移动。

可选地，所述X轴导轨采用单侧双导轨，单侧双电机驱动；所述Y轴导轨和所述Z轴导轨采用双电机驱动。

可选地，所述挤出机放置在所述高架桥式横梁结构上。

可选地，所述挤出机包括：喂料***、主机、真空***和软水***、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵、真空吸料机和上料料斗；所述喂料***、主机、真空***和软水***、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵安装于所述高架桥式横梁结构的上方；所述真空吸料机和上料料斗安装于所述高架桥式横梁结构的侧壁。

可选地，所述主机为双螺杆式主机。

可选地，所述铣削装置包括铣削电主轴和铣刀；其中，所述铣削电主轴安装在所述Z轴垂直滑枕下端，所述铣刀安装在所述铣削电主轴的末端，所述铣削电主轴带动所述铣刀旋转，进行减材加工。

可选地，所述铣削电主轴安装在所述Z轴垂直滑枕下端的某一面，该面平行于Y轴和Z轴形成的基准面；所述关节机器人采用挂装的方式安装在所述Z轴垂直滑枕下端的另一面，与所述铣削电主轴安装位置相对的一面。

可选地，所述关节机器人为六轴关节机器人。

可选地，所述的龙门式3D增材减材一体化装置还包括：数控***，所述数控***发出控制信号；电气控制控柜，所述电气控制控柜包括驱动器和电气元件，所述电气控制柜接收所述数控***发出的所述控制信号，驱动所述龙门式3D增材减材一体化装置的运动。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型中提供了一种3D打印材料挤出机构和机床铣削主轴共存的方案，能够实现不移动工件位置的前提下，一次性完成3D打印和铣削加工的过程，提供了一个增材制造与减材制造一体化装置。

进一步，将增材制造和减材加工一体化装置的工作平台尺寸提升到为大型龙门设备，能打印生产景观桥梁或小型人行桥梁等较大工程塑料构件，在建筑领域中有很广泛的应用场景。

进一步，本实用新型中采用在关节机器人末端执行器上安装3D打印挤出头的方式，扩展了作业空间的位置和角度，能内探至较小空间内进行打印，解决大构件放不进小口径型腔内的问题。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中的一种龙门式3D增材减材一体化装置结构示意图。

图2是本实用新型一实施例中的龙门机床运动平台结构示意图。

图3是本实用新型一实施例中的一种龙门式3D增材减材一体化装置的局部放大结构示意图。

元件标号说明

1 龙门式3D增材减材一体化装置

10 龙门机床运动平台

100 床身

101 X轴导轨

102 X轴拖链

110 高架桥式横梁结构

111 Y轴导轨

112 Y轴滑枕

114 Z轴垂直滑枕

115 Z轴拖链

11 关节机器人

111 关节机器人安装板

121 挤出机

122 挤出头

123 挤出头安装板

13 铣削装置

131 铣削电主轴

132 铣刀

133 铣削电主轴水冷机

14 数控***

15 电气控制柜

16 气动元件电控柜

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

请参阅图1和图2，本实施例提供一种龙门式3D增材减材一体化装置1，所述龙门式3D增材减材一体化装置1包括：龙门机床运动平台10，关节机器人11，挤出机构，铣削装置13。

于本实施例中，如图2和图3所示，所述龙门机床运动平台10具有Z轴垂直滑枕114；所述关节机器人11安装于所述龙门机床运动平台10的所述Z轴垂直滑枕114的下端；所述挤出机构包括挤出机121和挤出头122，所述挤出头122安装于所述关节机器人11的手臂末端，所述挤出机构用于3D增材打印，通过所述龙门机床运动平台10和所述关节机器人11的运动从而带动的所述挤出头122进行运动，实现各个角度和空间的3D打印，实现3D增材打印制造；所述铣削装置13安装在所述Z轴垂直滑枕114下端，所述铣削装置13随着所述龙门机床运动平台100的运动从而实现对3D打印完成的材料进行表面的铣削加工，进行减材制造。

于本实施例中，如图2所示，所述龙门机床运动平台10还包括：床身100和高架桥式横梁结构110；所述床身100包括X轴导轨101；所述高架桥式横梁结构110在所述X轴导轨101上移动；所述高架桥式横梁结构110包括Y轴导轨111，所述Y轴导轨111上安装有Y轴滑枕112，所述Y轴滑枕112由Y轴电机拖动从而在所述Y轴导轨111上横向移动；所述Y轴滑枕112安装有Z轴导轨113，所述Z轴导轨113上安装有Z轴垂直滑枕114，所述Z轴垂直滑枕114由Z轴电机拖动从而在所述Z轴导轨113上下移动。所述床身100可采用混凝土结构，起到支撑和减震的作用。所述X轴导轨101放置在所述床身100的上端，所述高架桥式横梁结构110在所述X轴导轨101上实现纵向移动。

于本实施例中，所述X轴导轨101采用单侧双导轨，单侧双电机驱动，双电机驱动X轴的齿轮运动，通过齿轮齿条结构从而带动高架桥式横梁结构110在X轴导轨101上运动。所述所述Y轴导轨111和所述Z轴导轨113采用双电机驱动，双电机驱动所述Y轴和所述Z轴的齿轮运动，通过齿轮齿条结构从而带动所述Y轴滑枕112在所述Y轴导轨111上运动，所述Z轴垂直滑枕114在所述Z轴导轨113上运动。

于本实施例中，所述挤出机121放置在所述高架桥式横梁结构110上。如图3所示，在3D打印过程中，所述挤出机121能够跟随着所述高架桥式横梁结构110共同运动，解决了所述挤出机121固定放置，挤出机构的挤出头122喷嘴行程范围受限的问题。所述挤出头122的挤出材料为熔融状态的工程塑料。

所述挤出机121的出料口通过金属软管经过所述Z轴垂直滑枕114的中行线槽中穿出，接出至所述关节机器人11末端的所述挤出头122上，通过控制程序，实现3D打印工作。

于本实施例中，所述挤出机121包括：喂料***、主机、真空***和软水***、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵、真空吸料机和上料料斗；所述喂料***、主机、真空***和软水***、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵安装于所述高架桥式横梁结构110的上方；所述真空吸料机和上料料斗安装于所述高架桥式横梁结构110的侧壁。所述真空与软水***提供真空环境，打印原料通过所述真空吸料机与上料料斗传送至所述喂料***中。所述喂料***将打印原材料输入至所述主机内，所述高温油温机和稳压溶体泵提供热量，使得打印原料在所述主机内加热至熔融状态。所述主机将打印材料原料挤出，经打印软管输送至所述挤出头。由所述挤出头122挤出，进行3D打印任务。

于本实施例中，所述主机为双螺杆式主机。采用双螺杆式主机，在3D打印增材制造时，加工效果较高，满足尺寸较大的建筑工件的加工要求。

于本实施例中，如图3所示，所述铣削装置13包括铣削电主轴131和铣刀132；所述铣削电主轴131安装在所述Z轴垂直滑枕114下端，所述铣刀132安装在所述铣削电主轴132的末端。所述铣削电主轴131带动所述铣刀132旋转，进行减材加工。

所述铣削电主轴131的转速可达20000转/分钟，用铣削电主轴水冷机133采用水冷的方式进行冷却。在加工时，可以根据不同的加工要求和工艺，更换相应的铣削刀具，例如，盘铣刀，球头铣刀等。

于本实施例中，如图3所示，所述铣削电主轴131安装在所述Z轴垂直滑枕114下端的某一面，该面平行于Y轴和Z轴形成的基准面；所述关节机器人11采用挂装的方式安装在所述Z轴垂直滑枕114下端的另一面，与所述铣削电主轴安装位置相对的一面。如图3所示，所述铣削电主轴131安装在所述Z轴垂直滑枕114外防护钣金盖板的一面，可采用螺栓连接的方式固定，所述关节机器人11通过螺栓安装在所述Z轴垂直滑枕114下端的关节机器人安装板111上，安装在所述Z轴垂直滑枕114的另一面，所述挤出头122通过挤出头安装板123安装在所述关节机器人11的手臂末端。在所述挤出机构完成3D打印工艺生产之后，在同一个工作平台上实现铣削加工处理，实现增材制造与减材制造的一体化生产。

于本实施例中，所述关节机器人11可以为六轴关节机器人。扩展三轴龙门运动平台的自由度，实现所述龙门机床运动平台10内各个点位各个角度的空间加工作业。所述挤出头122可以安装在所述六轴关节机器人的第六轴法兰盘端面上。

于本实施例中，如图1所示，所述的龙门式3D增材减材一体化装置还包括：数控***14，所述数控***14发出控制信号；电气控制控柜15，所述电气控制控柜15包括驱动器和电气元件，所述电气控制柜15接收所述数控***14发出的所述控制信号，驱动所述龙门式3D增材减材一体化装置1的运动。

所述数控***14向所述电气控制柜15发出控制信号，所述电气控制柜15中的驱动器和电气元件接收到所述控制信号后驱动所述龙门机床运动平台10的运动，所述电气控制柜15发送控制信号给气动元件电控柜16，气动元件电控柜16控制所述铣刀132的松开和夹紧；所述数控***14给所述关节机器人11的控制器发送控制信号从而所述关节机器人11进行运动，所述关节机器人11带动安装在所述手臂末端的所述挤出头122运动；所述数控***14给所述挤出机构的控制器发送控制信号控制所述挤出机构挤出材料，进行3D打印，所述数控***14向所述铣削电主轴131发送的驱动器运动控制指令，驱动所述铣削电主轴131转动，带动所述铣刀132转动，进行减材加工。

所述铣削电主轴131的动力线缆通过所述Z轴垂直滑枕114的钣金盖板内部中空走线槽先经过Z轴拖链115，在经过X轴拖链102，与电气控制控柜16内的主轴伺服驱动器连接。所述数控***14控制电器柜内的主轴伺服驱动器，从而控制铣削电主轴131旋转运动。

在工作中，根据需要打印的工件模型由3D打印软件生成3D打印程序，将3D打印程序放到数控***里，由CNC数控***控制龙门运动平台的执行构件沿着X轴，Y轴，Z轴运动，从而带动关节机器人和关节机器人手臂末端的挤出头运动，挤出机头挤出材料，从而实现3D打印的工作。

等待3D工作平台上的3D打印构件打印完成之后，根据工件的形状和尺寸要求，由三维软件生成机加工G代码，由CNC数控***控制龙门机床运动平台的执行构件沿着X轴，Y轴，Z轴运动，CNC数控***控制铣削电主轴带动铣刀进行铣削加工，实现减材制造加工过程，去除多余的材料堆积，改善工件表面质量，在龙门式3D增材制造和减材制造一体化装置中，实现工程塑料材质工件的一次成型。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，包括：

龙门机床运动平台，所述龙门机床运动平台具有Z轴垂直滑枕；

关节机器人，所述关节机器人安装于所述Z轴垂直滑枕下端；

挤出机构，所述挤出机构包括挤出机和挤出头，所述挤出头安装于所述关节机器人的手臂末端，所述挤出机构用于3D增材打印；

铣削装置，所述铣削装置安装在所述Z轴垂直滑枕下端，所述铣削装置进行减材加工。

2.如权利要求1所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，所述龙门机床运动平台还包括：

床身和高架桥式横梁结构；

其中，所述床身上安装有X轴导轨，所述高架桥式横梁结构在所述X轴导轨上移动；

所述高架桥式横梁结构安装有Y轴导轨，所述Y轴导轨上安装有Y轴滑枕，所述Y轴滑枕在所述Y轴导轨上移动；

所述Y轴滑枕安装Z轴导轨，所述Z轴导轨上安装有所述Z轴垂直滑枕结构，所述Z轴垂直滑枕在所述Z轴导轨上移动。

3.如权利要求2所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，所述X轴导轨采用单侧双导轨，单侧双电机驱动；所述Y轴导轨和所述Z轴导轨采用双电机驱动。

4.如权利要求2所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，所述挤出机放置在所述高架桥式横梁结构上。

5.如权利要求1所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，所述挤出机包括：喂料***、主机、真空***和软水***、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵、真空吸料机和上料料斗；

所述喂料***、主机、真空***和软水***、挤出机控制柜、高温油温机和稳压熔体泵安装于所述高架桥式横梁结构的上方；

所述真空吸料机和上料料斗安装于所述高架桥式横梁结构的侧壁。

6.如权利要求5所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，所述主机为双螺杆式主机。

7.如权利要求1所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，所述铣削装置包括铣削电主轴和铣刀；

其中，所述铣削电主轴安装在所述Z轴垂直滑枕下端，所述铣刀安装在所述铣削电主轴的末端，所述铣削电主轴带动所述铣刀旋转，进行减材加工。

8.如权利要求7所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，所述铣削电主轴安装在所述Z轴垂直滑枕下端的某一面，该面平行于Y轴和Z轴形成的基准面；

所述关节机器人采用挂装的方式安装在所述Z轴垂直滑枕下端的另一面，与所述铣削电主轴安装位置相对的一面。

9.如权利要求1-8中任一项所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，所述关节机器人为六轴关节机器人。

10.如权利要求1-8中任一项所述的龙门式3D增材减材一体化装置，其特征在于，还包括：

数控***，所述数控***发出控制信号；

电气控制柜，所述电气控制控柜包括驱动器和电气元件，所述电气控制柜接收所述数控***发出的所述控制信号，驱动所述龙门式3D增材减材一体化装置的运动。