一种并行多工位式3D打印机制造技术

本发明专利技术提出一种新型的适合于快速成型技术的并行多工位式3D打印机，包括计算机、支架、3D打印机组、输送带系统。其中3D打印机组是根据需要并排放置多个工位的3D打印机，由计算机进行打印任务调控，实现并行式流水线打印。进行单件小批量式生产时，能够保证所有工位上的打印机任务能够平均分配，并且能够使工人能够对打印完成的零部件进行平均有序的后处理。本发明专利技术改变了传统的间歇式作业方式，提高了生产效率、降低了生产成本，加速了产品研发周期，具有重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种并行多工位式3D打印机
本专利技术属于快速成型
，特别涉及一种新型并行多工位式工业生产3D打印机。
技术介绍
快速成型技术是近年来快速发展起来的基于三维CAD模型数据通过逐层制造生产产品的技术总称，是第三次工业革命的代表性技术之一。它的优势体现在数字化制造和降维分层堆积制造，所以大大降低了制造的难度，对于内部结构越复杂的零件产品，其优势也越明显。目前快速成型技术广泛应用于生物医疗、航空航天、汽车制造等领域，但尚未应用于大规模工业化生产制造，主要原因是现有的快速成型工业生产技术还不成熟，制造成本高，生产效率低等。其实不论是国家战略发展还是制造业的改革，其对于这种快速成型技术工业化生产的潜在要求都是巨大的。因此，应当着力研究一种适合于快速成型技术工业生产的新型并行多工位式3D打印机，大力提高生产效率，加速推进快速成型技术的工业化应用。快速成型技术是利用快速成型设备直接将数字模型转化为实物成品的一种生产制造方式。所谓快速成型设备，则是一种可以直接将任意数字模型转化为最终实物成品的机器。目前主流快速成型技术其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件，主要有以下几种方式：3DP技术：采用3DP技术的3D打印机使用标准喷墨打印技术，通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，以打印横截面数据的方式逐层创建各部件，创建三维实体模型，采用这种技术打印成型的样品模型与实际产品具有同样的色彩，还可以将彩色分析结果直接描绘在模型上，模型样品所传递的信息较大。FDM熔融层积成型技术：FDM熔融层积成型技术是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型。其成型材料种类多，成型件强度高、精度较高，主要适用于成型小塑料件。SLA立体平版印刷技术：SLA立体平版印刷技术以光敏树脂为原料，通过计算机控制激光按零件的各分层截面信息在液态的光敏树脂表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。一层固化完成后，工作台下移一个层厚的距离，然后在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，直至得到三维实体模型。该方法成型速度快，自动化程度高，可成形任意复杂形状，尺寸精度高，主要应用于复杂、高精度的精细工件快速成型。SLS选区激光烧结技术：SLS选区激光烧结技术是通过预先在工作台上铺一层粉末材料(金属粉末或非金属粉末)，然后让激光在计算机控制下按照界面轮廓信息对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该方法制造工艺简单，材料选择范围广，成本较低，成型速度快，主要应用于铸造业直接制作快速模具。DLP激光成型技术：DLP激光成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似，不过它是使用高分辨率的数字光处理器(DLP)投影仪来固化液态光聚合物，逐层的进行光固化，由于每层固化时通过幻灯片似的片状固化，因此速度比同类型的SLA立体平版印刷技术速度更快。该技术成型精度高，在材料属性、细节和表面光洁度方面可匹敌注塑成型的耐用塑料部件。UV紫外线成型技术：UV紫外线成型技术和SLA立体平版印刷技术比较相似类似，不同的是它利用UV紫外线照射液态光敏树脂，一层一层由下而上堆栈成型，成型的过程中没有噪音产生，在同类技术中成型的精度最高，通常应用于精度要求高的珠宝和手机外壳等行业。但上述快速成型技术有打印速度慢，无法有效满足生产的需求；难以批量成产，成产成本过高；使用的材料受打印形式的限制等问题，而且打印出来的零件往往需要进行人工后期处理，工作效率不高。目前市面上常用的三维切片软件有Cura、Makerbot、Kisslicer等，但它们的功能均只局限于对模型进行单一的由下而上地切片，然后把切片数据发送到打印机进行打印，不能对模型的打印时间进行平均分配，并把相应时间段对应的切片分别发送到不同的打印机进行打印。流水线又称为装配线,是一种工业上的生产方式，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工作，以提高工作效率及产量；按照流水线的输送方式大体可以分为：皮带流水装配线、板链线、倍速链、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、涨紧装置、改向装置和支承件等组成。流水线可扩展性高，可按需求设计输送量、输送速度、装配工位等，在现有的企业中已得到广泛应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种新型的适合于快速成型技术的并行多工位式3D打印机，其目的在于提高3D打印生产批量产品时的效率，由此解决传统3D打印生产效率低下的技术问题。在进行单件小批量式生产时，能够保证所有工位上的打印机任务能够平均分配，并且能够使工人能够对打印完成的零部件进行平均有序的后处理，相比起集中打印集中后处理更加协调。本专利技术所提出的一种并行多工位式3D打印机，其特征在于，包括计算机101、支架103、3D打印机组104和输送带系统106；其中3D打印机组104是根据需要并排放置多个工位的3D打印机；所述3D打印机还包括位置检测传感器214，用于模型在各个工位的准确定位；3D打印机组104、输送带系统106均安装在支架103上；输送带系统106包括伺服电机和传送带300；伺服电机用于驱动传送带；传送带300表面每隔一段距离有一对卡槽301，该卡槽301用于给打印基板定位；在每个卡槽之间的传送带300表面安装有一块定位磁铁302，定位磁铁302上吸附安装一个打印基板210，用于放置打印模型，打印基板为磁性材料；打印基板210侧边缘中心点设有定位标记303；位置检测传感器214用于检测每块打印基板210的位置，以第一个工位的打印基板210为基准，通过检测其余工位上的定位标记303的位置确定后续3D打印机中打印基板210的位置相对于设定位置的偏离量；计算机101与3D打印机组104的各个3D打印机相连，计算机101用于发送操作指令，并将三维模型切片，生成一系列带有序号的截面轮廓图，转换成3D打印机能够识别的代码，送至各个3D打印机进行打印作业；工作时，在计算机101中设定打印速度v，即喷头移动速度，根据3D打印机组104中3D打印机的数量N，将打印模型分块为N个打印时间均等的模型子块；将每个模型子块数据生成打印机能够识别的代码，分别发送到3D打印机组104中每一工位的打印机中；启动打印流程，打印基板在输送带系统106的作用下慢慢移动到各个工位3D打印机下方，每个工位的打印机开始执行各自的打印任务；当所有工位的打印机都完成打印任务，传送带300继续前进；最后一个工位打印机完成打印时，基板运动到输送带末端工位，该工位对应输送带上的定位磁铁302断电消磁，将模型推送到操作平台105上；取出操作平台105上的输出模型，完成打印作业。进一步的，所述的并行多工位式3D打印机中的计算机1根据喷头移动速度和运动路径，算出打印每个模型子块所需时间，再把所有模型子块打印时间相加获得打印零部件总时间T，根据生产线上工位打印机的数量N，重新划分模型子块，使每个模型子块打印时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并行多工位式3D打印机，其特征在于，包括计算机(101)、支架(103)、3D打印机组(104)和输送带系统(106)；其中3D打印机组(104)是根据需要并排放置多个工位的3D打印机；所述3D打印机还包括位置检测传感器(214)，用于模型在各个工位的准确定位；3D打印机组(104)、输送带系统(106)均安装在支架(103)上；输送带系统(106)包括伺服电机和传送带(300)；伺服电机用于驱动传送带；传送带(300)表面每隔一段距离有一对卡槽(301)，该卡槽(301)用于给打印基板定位；在每个卡槽之间的传送带(300)表面安装有一块定位磁铁(302)，定位磁铁(302)上吸附安装一个打印基板(210)，用于放置打印模型，打印基板为磁性材料；打印基板(210)侧边缘中心点设有定位标记(303)；位置检测传感器(214)用于检测每块打印基板(210)的位置，以第一个工位的打印基板(210)为基准，通过检测其余工位上的定位标记(303)的位置确定后续3D打印机中打印基板(210)的位置相对于设定位置的偏离量；计算机(101)与3D打印机组(104)的各个3D打印机相连，计算机(101)用于发送操作指令，并将三维模型切片，生成一系列带有序号的截面轮廓图，转换成3D打印机能够识别的代码，送至各个3D打印机进行打印作业；工作时，在计算机(101)中设定打印速度v，即喷头移动速度，根据3D打印机组(104)中3D打印机的数量N，将打印模型分块为N个打印时间均等的模型子块；将每个模型子块数据生成打印机能够识别的代码，分别发送到3D打印机组(104)中每一工位的打印机中；启动打印流程，打印基板在输送带系统(106)的作用下慢慢移动到各个工位3D打印机下方，每个工位的打印机开始执行各自的打印任务；当所有工位的打印机都完成打印任务，传送带(300)继续前进；最后一个工位打印机完成打印时，基板运动到输送带末端工位，该工位对应输送带上的定位磁铁(302)断电消磁，将模型推送到操作平台(105)上；取出操作平台(105)上的输出模型，完成打印作业。...

【技术特征摘要】
1.一种并行多工位式3D打印机，其特征在于，包括计算机(101)、支架(103)、3D打印机组(104)和输送带系统(106)；其中3D打印机组(104)是根据需要并排放置多个工位的3D打印机；所述3D打印机还包括位置检测传感器(214)，用于模型在各个工位的准确定位；3D打印机组(104)、输送带系统(106)均安装在支架(103)上；输送带系统(106)包括伺服电机和传送带(300)；伺服电机用于驱动传送带；传送带(300)表面每隔一段距离有一对卡槽(301)，该卡槽(301)用于给打印基板定位；在每个卡槽之间的传送带(300)表面安装有一块定位磁铁(302)，定位磁铁(302)上吸附安装一个打印基板(210)，用于放置打印模型，打印基板为磁性材料；打印基板(210)侧边缘中心点设有定位标记(303)；位置检测传感器(214)用于检测每块打印基板(210)的位置，以第一个工位的打印基板(210)为基准，通过检测其余工位上的定位标记(303)的位置确定后续3D打印机中打印基板(210)的位置相对于设定位置的偏离量；计算机(101)与3D打印机组(104)的各个3D打印机相连，计算机(101)用于发送操作指令，并将三维模型切片，生成一系列带有序号的截面轮廓图，转换成3D打印机能够识别的代码，送至各个3D打印机进行打印作业；工作时，在计算机(101)中设定打印速度v，即喷头移动速度，根据3D打印机组(104)中3D打印机的数量N，将打印模型分块为N个打印时间均等的模型子块；将每个模型子块数据生成打印机能够识别的代码，分别发送到3D打印机组(104)中每一工位的打印机中；启动打印流程，打印基板在输送带系统(106)的作用下慢慢移动到各个工位3D打印机下方，每个工位的打印机开始...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏青松，谭杰文，文世峰，占豪，史玉升，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42