多轴机器人增材制造系统技术方案

一种多轴机器人增材制造系统(100)包括可在六个自由度上移动机械臂(102)。所述系统包括构建平台(106)，其可在至少两个自由度上移动且独立于所述机械臂(102)的运动以根据部件的几何形状来定位被打印的所述部件(110)以抵消重力的影响。所述系统(100)包括安装在所述机械臂(102)末端的挤出器(104)。所述挤出器被配置为用多种流率挤出至少部件材料，其中，所述机械臂(102)和所述构建平台(106)的运动与挤出材料的流率同步以构建所述3D部件(106)。

Multi axis robot additive manufacturing system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多轴机器人增材制造系统
技术介绍
本公开大体上涉及增材制造,更具体地涉及一种多轴机器人构建系统。增材制造或3D打印通常是一种增材制造过程，其中利用物体的计算机模型构建三维(3D)物体。典型的操作包括将三维计算机模型切成薄的横截面，将所述结果转换成二维的位置数据，并且输送所述数据以控制打印机，所述打印机使用一种或多种增材制造技术以分层的方式制造三维结构。增材制造在制造方法上需要许多不同的方法，包括熔融沉积成型、喷墨、选择性激光烧结、喷射粉末/粘合剂、电子束熔化、电子照相成像和立体光刻工艺。增材制造技术可用于原型设计(已经使用多年)以及最终使用的生产部件。对于最终使用的部件生产，需要打印净成形的部件或近净成形的部件(即，与作为源数据文件提供的数字图像非常接近匹配的部件，因此需要很少或不需要印后处理以获得所述部件的尺寸和形状的理想公差)。在熔融沉积建模系统中，3D打印机通过沿着工具路径挤出可流动的部件材料，以逐层的方式创建3D打印的部件，其中，所述工具路径是由部件的数字表示而生成的。所述部件材料是通过系统的打印头所携带的挤出尖端挤出。挤出的部件材料与先前沉积的部件材料熔合，并在温度下降时固化。在典型的打印机中，材料沉积在平面层中，作为在限定构建平面的基板上构建的一系列路径。然后打印头相对于基板的位置沿着打印轴(垂直于构建平面)改变，然后重复该过程以形成类似于数字表示的打印部件。在通过沉积部件材料的层来制造打印部件时，支撑层或支撑结构通常构建在悬垂部分下方或构造中的打印部件的腔中，其不由部件材料本身支撑。可以利用与沉积部件材料相同的沉积技术来构建支撑结构。主计算机产生附加的几何形状，用作所形成的打印部件的悬垂部分或自由空间部分的支撑结构。然后在打印过程中根据产生的几何形状沉积支撑材料。所述支撑材料可以在制造期间粘附到部件材料上，并且在打印过程完成时可以从已完成的打印部件上移除。使用具有可选支撑结构的逐层打印可能导致部件需要较长构建时间、额外的后处理以及需要大量的支撑材料。此外，使用逐层打印构建的部件尽管仍然提供足够的质量和强度的部件以用于至少一些工业，但在可以打印的几何形状方面受到限制。
技术实现思路
本公开的第一方面包括一种多轴机器人增材制造系统，所述系统包括可在六个自由度上移动的机械臂。所述系统包括构建平台，其可在至少两个自由度上移动且独立于所述机械臂的运动，以根据部件的几何形状来定位被打印的所述部件以抵消重力的影响。所述系统包括安装在所述机械臂末端的挤出器。所述挤出器被配置为用多种流率挤出至少部件材料，其中，所述机械臂和所述构建平台的运动与挤出材料的流率同步以构建所述3D部件。本公开的另一方面涉及一种使用多轴机器人构建系统打印3D部件的方法。所述方法包括使用安装在机械臂上的挤出器沿着3D工具路径在构建平台上打印所述部件的至少一部分，其中，所述机械臂在六个自由度上移动。所述方法还包括基于被打印部件的几何形状通过在打印过程中移动所述构建平台来定向所述部件，其中，所述构建平台独立于机械臂的运动，其中，所述构建平台的运动和所述机械臂的运动被同步以在没有支撑结构的情况下打印所述部件。本公开的还一方面涉及一种在烘箱外打印环境中打印3D部件的方法。所述方法包括在具有六个自由度的机械臂上提供挤出器，以及提供可至少在两个旋转轴上移动的构建平台。所述方法包括沿着第一3D工具路径挤出所述部件的第一部分的至少第一段，以及沿着第二3D工具路径将所述部件的第二部分的至少第二段共形挤出到所述部件的所述第一部分的表面。挤出所述部件的第二部分包括在所述工具路径的该部分上进行挤出之前，沿着所述部件的第二部分的第二3D工具路径对所述第一部分的部分进行局部预加热。定义除非另有说明，否则本文使用的以下术语具有以下含义：术语“优选的”、“优选地”、“示例”和“示例性的”是指在某些情况下本专利技术创造的实施例可以提供某些益处。然而，在相同或其他情况下，其他实施例也可以是优选的或示例性的。此外，对一个或多个优选的或示例性的实施例的描述并不意味着其他实施例是无用的，并且不旨在将其他实施例排除在本公开的范围之外。诸如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等的方向取向是参考3D部件的层打印方向进行的。在下面所示的实施例中，所述层印刷方向是沿垂直的z轴的向上方向。在这些实施例中，术语“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等是基于垂直的z轴。然而，在沿着不同的轴(例如沿着水平的x轴或y轴)打印3D部件的层的实施例中，术语“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等是相对于给定的轴。当在权利要求中陈述时，术语“提供”，例如用于“提供材料”，并不旨在要求任何特定的递送或接收所提供的物品。相反，出于清楚和易于阅读的目的，术语“提供”仅用于叙述将在权利要求的后续内容中提及的物品。除非另有说明，否则本文提及的温度是基于大气压(即一个大气压)。本文使用术语“约”和“基本上”针对本领域技术人员所知的预期变化(例如，测量的限制和可变性)的可测量的值和范围。术语“近净部件”是指部件被打印成使得它在初始打印后非常接近其最终形状。近净部件与作为源数据文件提供的数字图像紧密匹配，因此需要很少或不需要后打印处理来达到所述部件的尺寸和形状的理想公差。术语“非烘箱”指的是未被封闭在温度受控的环境室内的构建环境，但是在环境室的范围之外使用和操作。本文参考的所有引用的专利和打印的专利申请均通过引用整体并入。附图说明图1为根据本公开一实施例的多轴机器人构建系统的透视图。图2为图1的系统的放大透视图。图3为在图1的系统上被打印的部件的透视图。图4为在图1的系统上被打印的图3的部件的透视图，根据本公开一实施例所述系统具有倾斜的构建平台。图5为使用本公开一实施例所打印的部件的透视图。图6为图5的部件的一部分的局部特写透视图。图7A为使用本公开一实施例所打印的另一部件的透视图。图7B为以平面逐层的方式打印的具有附加部分的7A的部件的透视图。图8为图7A的部件的一部分的局部特写透视图。图9为根据现有技术的一种打印方法的部件和支撑结构的截面图。图10为本公开一实施例打印部件的透视图，例如如图9所示部件。图11为显示其优点和缺点的一系列部件的视图，包括根据本公开实施例打印的部件。图12为根据本公开一实施例的部件和点对点支撑结构的俯视图。图13为根据本公开一实施例的方法的流程图。图14为根据本公开另一实施例的方法的流程图。图15为根据本公开另一实施例的方法的流程图。图16为根据本公开另一实施例的方法的流程图。具体实施方式本公开的系统实施例使用机械臂在六个轴上的运动，以及构建平台在两个轴上的运动，以允许基于部件的几何形状确定熔融沉积建模部件的打印定位，并且不需要支持结构。基于部件几何形状定义印刷定位可以改善对部件性能的控制(例如复合打印材料中纤维的强度和方向性)，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多轴机器人增材制造系统，其特征在于，所述系统包括：/n可移动的机械臂；/n构建平台，其可在至少两个自由度上移动且独立于所述机械臂的运动以基于部件的几何形状来定位被构建的所述部件以抵消重力的影响；/n挤出器，其安装在所述机械臂的末端并被配置为以多种流率挤出材料，其中，所述机械臂和所述构建平台的运动与挤出材料的流率同步，以使用3D工具路径打印所述部件；以及/n预加热器，其被配置为在由所述挤出器沿着3D工具路径挤出材料之前，沿着所述3D工具路径局部地预加热所述部件的先前已打印的部分，以共形地打印所述部件的随后部分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20160822 US 62/378,0241.一种多轴机器人增材制造系统，其特征在于，所述系统包括：
可移动的机械臂；
构建平台，其可在至少两个自由度上移动且独立于所述机械臂的运动以基于部件的几何形状来定位被构建的所述部件以抵消重力的影响；
挤出器，其安装在所述机械臂的末端并被配置为以多种流率挤出材料，其中，所述机械臂和所述构建平台的运动与挤出材料的流率同步，以使用3D工具路径打印所述部件；以及
预加热器，其被配置为在由所述挤出器沿着3D工具路径挤出材料之前，沿着所述3D工具路径局部地预加热所述部件的先前已打印的部分，以共形地打印所述部件的随后部分。


2.根据权利要求1所述的多轴机器人增材制造系统，其中，所述构建平台被配置为围绕中心轴旋转。


3.根据权利要求1所述的多轴机器人增材制造系统，其中，所述构建平台被配置为从基本上竖直到基本上水平地倾斜在一平面中。


4.根据权利要求1所述的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：克林特·纽厄尔，
申请(专利权)人：斯特塔思有限公司，
类型：新型
国别省市：美国;US