一种3d金属打印机的成型缸体取出与回装机构
阅读说明：本技术 一种3d金属打印机的成型缸体取出与回装机构 (Forming cylinder body taking-out and reloading mechanism of 3D metal printer ) 是由 张君利 郭振华 关凯 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种3D金属打印机的成型缸体取出与回装机构,包括缸体模块、活塞模块、托盘模块、定位模块、举升模块、驱动模块和支撑框架；托盘模块,用于回装时对缸体模块进行粗定位,或用于分离时承接缸体模块；定位模块,用于回装时对缸体模块进行精确定位；举升模块,用于回装时将缸体模块从托盘模块上举升至定位模块上定位,实现成型缸体与成型室的密封,或用于取出时将缸体模块从定位模块上降落至托盘模块上,实现成型缸体与成型室的分离；驱动模块,安装在支撑框架上实现上下运动,并与活塞模块可分离式连接。本发明能够移动成型缸至设备外部取件站进行粉末清粉及取件工作,并能够对成型缸体进行快速回装,使得可以快速进行二次打印工作。(The invention relates to a taking-out and reloading mechanism for a formed cylinder of a 3D metal printer, which comprises a cylinder module, a piston module, a tray module, a positioning module, a lifting module, a driving module and a supporting frame, wherein the piston module is arranged on the cylinder module; the tray module is used for carrying out coarse positioning on the cylinder body module during reinstallation or is used for carrying the cylinder body module during separation; the positioning module is used for accurately positioning the cylinder body module during reinstallation; the lifting module is used for lifting the cylinder body module from the tray module to the positioning module for positioning during reloading to realize the sealing of the forming cylinder body and the forming chamber, or used for lowering the cylinder body module from the positioning module to the tray module during taking out to realize the separation of the forming cylinder body and the forming chamber; and the driving module is arranged on the supporting frame to realize up-and-down motion and is connected with the piston module in a separable way. The powder cleaning and piece taking device can move the forming cylinder to a piece taking station outside the device to perform powder cleaning and piece taking work, and can quickly reload the forming cylinder body, so that secondary printing work can be quickly performed.)
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，特别是涉及一种3D金属打印机的成型缸体取出与回装机构。
背景技术
增材制造技术是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，其是以计算机三维设计模型为基础，通过软件分层离散和数控成形系统，利用高能束将材料进行逐层堆积，最终叠加成形，制造出实体产品。
激光选区熔化SLM是金属件直接成型的一种方法，是增材制造技术的最新发展。该技术基于快速成型的最基本思想，即逐层熔覆的“增量”制造方式，根据三维CAD模型直接成型出特定几何形状的零件，成型过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合。采用传统的机加工手段无法制造出来的形状结构复杂的金属零件，是激光快速成型技术应用的主要方向之一。
在采用现有技术的设备中，当零件打印结束后，成型缸内的垂直驱动机构缓慢将零件顶起进入成型室，成形平台被逐渐顶起，同时操作人员对零件上多余的粉末进行清理，最终零件由成型室舱门取出。但由于3D金属打印成型的零件粉量较大，若在成型室内进行清粉会对光学保护镜片造成污染，同时由于零件打印在基板上，拆卸基板不便，并且零件过重等不便因素，因此，需要研发一种可将成型缸体连同活塞取出至设备外部取件站，实现清粉取件工作，并同时可实现成型缸体再次回装的机构。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种3D金属打印机的成型缸体取出与回装机构，通过将成型缸体及缸体内的活塞与驱动部分分离，便于移动成型缸体及缸体内的活塞至设备外部取件站，实现对处于成型缸体内零件的粉末清粉及取件工作，并且便于更换新的成型缸体及缸体内的活塞，使得可以快速进行二次打印工作，具备“一站取多机”的大批量工厂化应用条件。
本发明是这样实现的，一种3D金属打印机的成型缸体取出与回装机构，包括缸体模块、活塞模块、托盘模块、定位模块、举升模块、驱动模块和支撑框架；
所述活塞模块位于缸体模块的成型缸体内部；
所述托盘模块，安装在支撑框架上，用于回装时对缸体模块进行粗定位，或用于分离时承接缸体模块；
所述定位模块，位于托盘模块上方，安装在支撑框架上，用于回装时对缸体模块进行精确定位；
所述举升模块，安装在托盘模块上，用于回装时将缸体模块从托盘模块上举升至定位模块上定位，实现成型缸体与成型室的密封；或用于取出时将缸体模块从定位模块上降落至托盘模块上，实现成型缸体与成型室的分离；
所述驱动模块，安装在支撑框架上实现上下运动，并与活塞模块可分离式连接，当缸体模块回装精确定位后与活塞模块锁紧连接，控制活塞模块升降。
在回装缸体模块时，先将缸体模块落在可使成型缸体移动的托盘模块上，再通过举升模块向上运动将缸体模块举升至定位模块处，由定位模块精确定位，并使缸体模块与成型室底板紧贴并密封，最后驱动模块上升与活塞模块底板锁紧连接，完成设备工作前的准备工作。设备工作完成后，缸体模块的取出过程按相反过程进行操作，先将驱动模块与活塞模块底板分离，解除缸体模块与成型室底板间密封、定位模块定位，之后通过举升模块向下运动将缸体模块落入托盘模块上，然后进行托盘模块定位解除，最后将托盘模块上的缸体模块与分离驱动模块的活塞模块一同拉出，运至外部设备取件站进行清粉取件工作。
在上述技术方案中，优选的，所述缸体模块包括成型缸体、叉取支架和正反锥定位销；所述叉取支架位于成型缸体的两侧，用于叉车的叉臂叉入，移动成型缸体；成型缸体底板上设置有四个正反锥定位销，正反锥定位销的反向锥用于成型缸体粗定位于托盘模块上，正反锥定位销的正向锥用于成型缸体精确定位于定位模块上。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述成型缸体顶部设置有气动密封圈，用于与成形室的底板接触，实现密封。
在上述技术方案中，优选的，所述活塞模块的底板上安装有零点定位系统的定位锁钉，所述定位锁钉用于与零点定位系统的零点定位卡盘锁紧连接，所述零点定位卡盘安装在驱动模块顶部的卡盘基体内。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述活塞模块的底板上固定有用于与活塞模块内的加热板导线连接的弹性探针公头，所述卡盘基体上安装有弹性探针母头，当活塞模块与驱动模块连接时，弹性探针母头与弹性探针公头弹性接触。
在上述技术方案中，优选的，所述托盘模块包括固定托盘、移动托盘和转角气缸，所述固定托盘安装在支撑框架上，所述移动托盘通过直线导轨安装在固定托盘上，可在固定托盘上沿直线导轨滑动；所述移动托盘的顶部设置有四个用于与成型缸体底板上的正反锥定位销的反向锥配合的定位销孔一，所述定位销孔一用于对缸体模块进行粗定位；所述转角气缸安装在固定托盘上，用于将粗定位后的移动托盘进行旋压固定。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述直线导轨的末端设置有缓冲器，用于回装时对人工推入承载成型缸体的移动托盘进行缓冲减震。
在上述技术方案中，优选的，所述定位模块为定位板，所述定位板上设置有四个用于与成型缸体底板上的正反锥定位销的正向锥配合的定位销孔二，所述定位销孔二用于对缸体模块进行精确定位。
在上述技术方案中，优选的，所述举升模块包括举升电机、一出二换向器、直角换向器和蜗轮蜗杆减速器，所述举升电机通过联轴器与一出二换向器的输入端连接，所述一出二换向器的两个输出端分别与一直角换向器的输入端连接，所述直角换向器的输出端与蜗轮蜗杆减速器的输入端连接，所述蜗轮蜗杆减速器的蜗杆顶部设置有支撑托，所述支撑托用于与成型缸体底部接触。
在上述技术方案中，优选的，所述驱动模块包括驱动框架、伺服电机、丝杆、丝母和卡盘基体，所述伺服电机安装在驱动框架上，伺服电机通过皮带带动丝杆转动，所述丝杆另一端安装于轴承座内，轴承座安装于驱动框架上，所述丝杆和丝母螺纹连接，所述丝母安装在支撑框架上，所述驱动框架两侧通过直线导轨安装在支撑框架上，通过直线导轨完成驱动模块升降，所述卡盘基体安装在驱动模块顶部。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的3D金属打印机的成型缸体取出与回装机构，通过将成型缸体及缸体内的活塞与驱动部分分离，使得能够移动成型缸体及缸体内的活塞至设备外部取件站，实现对处于成型缸体内零件的粉末清粉及取件工作，便于取出零件，同时避免了对光学保护镜片造成污染；并且设置的托盘模块、定位模块和举升模块，便于对成型缸体进行快速回装，同时便于更换新的成型缸体及缸体内的活塞，使得可以快速进行二次打印工作，具备“一站取多机”的大批量工厂化应用条件。
附图说明
图1是本发明实施例提供的成型缸体取出与回装机构的主视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是本发明实施例提供的缸体模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的活塞模块与驱动模块连接处的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的托盘模块的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的举升模块的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的举升模块安装在托盘模块上的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的驱动模块的结构示意图。
图中：10、缸体模块；101、成型缸体；1011、成型缸体顶板；1012、成型缸体底板；102、叉取支架；103、后溢粉腔；104、气动密封圈；105、正反锥定位销；106、前溢粉腔；
20、活塞模块；201、活塞模块的底板；202、定位锁钉；
30、托盘模块；301、固定托盘；302、移动托盘；3021、定位销孔一；303、缓冲器；304、转角气缸；305、直线导轨一；
40、定位模块；401、定位销孔二；
50、举升模块；501、一出二换向器；502、直角换向器；503、蜗轮蜗杆减速器；5031、支撑托；504、举升电机；505、联轴器；
60、驱动模块；601、伺服电机；602、丝杆；603、丝母；604、卡盘基体；6041、零点定位卡盘；6042、冷却流道；6043、弹性探针母头；605、驱动框架；606、直线导轨二；
70、支撑框架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，并配合附图对本发明进行进一步详细说明。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而这些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明中明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1～8，本实施例提供一种3D金属打印机的成型缸体取出与回装机构，包括缸体模块10、活塞模块20、托盘模块30、定位模块40、举升模块50、驱动模块60和支撑框架70；
所述活塞模块20位于缸体模块10的成型缸体101内部；
所述托盘模块30，安装在支撑框架70上，用于回装时对缸体模块10进行粗定位，或用于分离时承接缸体模块10；
所述定位模块40，位于托盘模块30上方，安装在支撑框架70上，用于回装时对缸体模块10进行精确定位；
所述举升模块50，安装在托盘模块30上，用于回装时将缸体模块10从托盘模块30上举升至定位模块40上定位，实现成型缸体101与成型室的密封；或用于取出时将缸体模块10从定位模块40上降落至托盘模块30上，实现成型缸体101与成型室的分离；
所述驱动模块60，安装在支撑框架70上实现上下运动，并与活塞模块20可分离式连接，当缸体模块10回装精确定位后与活塞模块20锁紧连接，控制活塞模块20升降。
所述缸体模块10包括成型缸体101、叉取支架102、后溢粉腔103、气动密封圈104、和正反锥定位销105；所述叉取支架102位于成型缸体101的两侧，用于叉车的叉臂叉入，移动成型缸体101；所述后溢粉腔103安装在成型缸体顶板1011上，成型缸体101顶部设置有气动密封圈104，用于与成形室的底板接触，实现密封；成型缸体底板1012上设置有四个正反锥定位销105，正反锥定位销105的反向锥用于成型缸体101粗定位于托盘模块30上，正反锥定位销105的正向锥用于成型缸体101精确定位于定位模块40上。叉取支架102用来坐落在叉车的叉臂上，后溢粉腔103与成型缸体101一起移动，前溢粉腔106不与成型缸体101一起移动。气动密封圈104用于成型缸体101举升后的密封作用。正反锥定位销105实现成型缸体101在举升过程中脱离托盘模块30的粗定位并与定位模块40实现最终精确定位的作用。
所述活塞模块的底板201上安装有零点定位系统的定位锁钉202，所述定位锁钉202用于与零点定位系统的零点定位卡盘6041锁紧连接，所述零点定位卡盘6041安装在驱动模块60顶部的卡盘基体604内。本实施例的卡盘基体604内还设置有冷却流道6042，用来避免活塞系统的加热功能带来的不良热源对驱动模块60的传动精度造成影响。
优选的，所述活塞模块的底板201上固定有用于与活塞模块20内的加热板导线连接的弹性探针公头，所述卡盘基体604上安装有弹性探针母头6043，当活塞模块20与驱动模块60连接时，弹性探针母头6043与弹性探针公头弹性接触，使得活塞模块20加热功能的供电能够实现结合与分离，不会造成活塞模块20受到加热线的影响无法分离。
所述托盘模块30包括固定托盘301、移动托盘302、缓冲器303和转角气缸304，所述固定托盘301安装在支撑框架70上，所述移动托盘302通过直线导轨一305安装在固定托盘301上，可在固定托盘301上沿直线导轨一305滑动；所述移动托盘302的顶部设置有四个用于与成型缸体底板1012上的正反锥定位销105的反向锥配合的定位销孔一3021，所述定位销孔一3021用于对缸体模块10进行粗定位；所述缓冲器303位于直线导轨一305的末端，用于回装时对人工推入承载成型缸体101的移动托盘302进行缓冲减震；所述转角气缸304安装在固定托盘301上，用于将粗定位后的移动托盘302进行旋压固定。
所述定位模块40为定位板，所述定位板上设置有四个用于与成型缸体底板1012上的正反锥定位销105的正向锥配合的定位销孔二401，所述定位销孔二401用于对缸体模块10进行精确定位。
所述举升模块50包括举升电机504、一出二换向器501、直角换向器502和蜗轮蜗杆减速器503，所述举升电机504通过联轴器505与一出二换向器501的输入端连接，所述一出二换向器501的两个输出端分别与一直角换向器502的输入端连接，所述直角换向器502的输出端与蜗轮蜗杆减速器503的输入端连接，所述蜗轮蜗杆减速器503的蜗杆顶部设置有支撑托5031，所述支撑托5031用于与成型缸体101底部接触。本实施例中每个直角换向器502的输出端分别连接两个蜗轮蜗杆减速器503，四个支撑托5031顶部与成型缸体101底部接触，使得能够实现四点平稳举升，便于将缸体模块10从托盘模块30上举升至定位模块40上定位、或将缸体模块10从定位模块40上降落至托盘模块30上。本实施例中举升模块50安装在托盘模块30上，且位于托盘模块30内侧，一出二换向器501和两个直角换向器502安装在固定托盘301，四个蜗轮蜗杆减速器503通过安装在支撑框架70的平台上的凸字形托支撑，确保对成型缸体平稳举升。此外，本实施例中的蜗轮蜗杆减速器503为大减速比减速器，主要需求其精确定位及自锁功能。并且能够设置速度及力矩范围。其中举升电机504可由气动马达替代。
所述驱动模块60包括驱动框架605、伺服电机601、丝杆602、丝母603和卡盘基体604，所述伺服电机601安装在驱动框架605上，伺服电机601连接主动带轮，主动带轮与从动带轮通过皮带连接，从动带轮与丝杆602的一端连接，伺服电机601通过皮带带动丝杆602转动，所述丝杆602另一端安装于轴承座内，轴承座安装于驱动框架605上，所述丝杆602和丝母603螺纹连接，所述丝母603安装在支撑框架70上，所述驱动框架605两侧通过直线导轨二606安装在支撑框架70上，通过直线导轨二606完成驱动模块60升降，所述卡盘基体604安装在驱动模块60顶部。本实施例中采用直线导轨二606完成驱动模块60升降，且驱动模块60升降由光栅尺实现闭环反馈。
此外需要说明的是，本发明在缸体取出与回装的实现过程的每一步骤完成后全部通过传感器进行反馈，每步骤完成后方可执行下一步。
缸体模块10通过四点正反锥定位销105坐落在带有四点定位销孔一3021的移动托盘302上，移动托盘302被人工推入目标工位，目标工位设置有传感器检测移动托盘302到位后，通过转角气缸304将移动托盘302锁紧定位，转角气缸304设置的传感器检测到旋压完成后进行缸体模块10的举升工作，缸体模块10被举升至定位模块40的定位销孔二401内实现定位，举升模块50的举升电机504接收到安装在定位模块40上的传感器到位信号后停止工作，最后驱动模块60上升实现零点定位卡盘6041与活塞模块20底部的定位锁钉202连接锁紧，至此缸体的回装完成。
缸体的取出与回装过程相反，首先驱动模块60顶部的零点定位卡盘6041与安装在活塞模块20底部的定位锁钉202松开并向下运动实现脱离，举升模块50向下运动将缸体模块10通过四点正反锥定位销105坐落在带有四点定位销孔一3021的移动托盘302上，举升模块50的向下运动设置传感器，在检测到缸体模块10落入移动托盘302后转角气缸304松开，转角气缸304设置的传感器检测到松开过程完成后，移动托盘302被人工拉出。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
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