CN103465475A - 一种微积分3d建造方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微积分3D建造方法及装置，主要是根据数学上的微积分思想，先将大型、复杂制品造型并进行单元分割成有限的多面体微小单元，将多面体微小单元分别制造并分类存放，机械臂动作执行机构在数据处理系统的控制下将多面体微小单元组合成大型制品，在成型的过程中在多面体微小单元的表面喷涂热熔聚合物，以便获得集合成一体的制品。装置主要包括机座、机械臂动作执行机构、多自由度球头连接装置、热熔喷嘴装置、机械手执行端、数据处理系统，机座与机械臂动作执行机构共同构成运动主体，能实现360°旋转，机械臂动作执行机构能在机座上做往返水平运动。采用本发明方法及装置可大大缩短加工制造时间、降低加工成本、减了作业人员的劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种微积分3D建造方法及装置，尤其涉及一种大型复杂塑料制品3D打印成型方法及装置。
技术背景
目前，3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。现有的3D打印机多是利用热熔喷嘴、激光束、光固化等方式将金属粉末、塑料等材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业车、铣、刨、磨等机械加工方式相比，具有劳动强度低，速度快，价格便宜等优点。但目前的3D打印技术基本都是加工制造小制品，或者通过先加工小零件在组装而成整体。对于加工大型尺寸的塑料制品时，尤其是形状复杂的制品，制品体积和重量大、表面结构复杂，制造难度大、效率低、加工成本高且加工精度低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术所存在的不足，设计一种微积分3D建造方法及装置，提供一种克服以上缺点的机械手装置，加工高精度的大型塑料制品，提高复杂制品的生产效率和加工成本。
本发明采用的技术方案是：一种微积分3D建造方法，主要是根据数学上的微分和积分（即微积分）的思想，先将大型、复杂的制品造型并进行单元分割成有限的多面体微小单元，将多面体微小单元分别制造并分类存放，一个或多个机械臂动作执行机构在数据处理系统的控制下将多面体微小单元组合成大型制品，3D成型的原料不是熔体而是多面体微小单元，在成型的过程中在多面体微小单元的表面喷涂热熔聚合物，以便获得集合成一体的制品。
采用上述一种微积分3D建造方法的成型装置主要包括机座、机械臂动作执行机构、多自由度球头连接装置、热熔喷嘴装置、机械手执行端、数据处理系统，机座与机械臂动作执行机构共同构成运动主体，能实现360°旋转，机械臂动作执行机构能在机座上做往返水平运动。
本发明一种微积分3D建造装置，机座滑轨固定安装在地基上，机械臂支承座与机座滑轨连接，在导轨丝杆驱动电机的驱动下，可沿轨道来回运动，实现机械手在大范围内的快速移动，为生产大型制品提供了可能。
本发明一种微积分3D建造装置，机械臂动作执行机构有一个或多个，机械臂前端为机械手执行端，机械手执行端包括多自由度球头连接装置、热熔喷嘴和夹具，多自由度球头连接装置与夹具相连，用于夹持多面体微小单元，多自由度球头连接装置与夹具相连的上端有热熔喷嘴，用于向多面体微小单元喷涂热熔胶，机械臂动作执行机构包括上机械臂动作执行机构和下机械臂动作执行机构，分别由上机械臂驱动电机和下机械臂驱动电机驱动，上下机械臂动作执行机构可以绕竖直方向旋转和在竖直平面内上下运动，上、下机械臂动作执行结构与机座滑轨的联合运动可以实现机械手在竖直平面内的运动，从而达到“叠层增材”的效果。
本发明一种微积分3D建造装置，数据处理系统控制着上机械臂动作执行机构、下机械臂动作执行机构完成精确定位；数据处理系统控制着机械手执行端夹持多面体微小单元或喷涂粘合剂或卯榫拼接多面体微小单元；数据处理系统控制机械手实现制品表面的自动打磨修复。
本发明的有益效果是：
（1）本发明一种微积分3D建造方法及装置，通过这种先单元分割再组合成型的方法，化整为零，制作出1:1的大型复杂制品，打破了大型复杂制品难以3D制造成型的局限，降低了大型复杂制品整体加工的难度，大大缩短了加工制造时间、降低了加工成本、减轻了作业人员的劳动强度。
（2）本发明一种微积分3D建造方法及装置，采用热熔喷嘴将多面体微小单元粘合及卯榫连接相结合的新型3D打印方法，不仅提高了组合精度，并能增加制品的强度；并且经过简单打磨及填补就能达到制品所需表观质量。
附图说明
图1是本发明一种微积分3D建造装置结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是图2的俯视图。
图4是本发明一种微积分3D建造装置工作示意图。
图5是本发明一种微积分3D建造装置加工的制品的示意图。
图6是本发明一种微积分3D建造装置的机械手执行端局部放大图。
图7是本发明一种微积分3D建造装置的多面体微小单元示意图。
图中，1-储料箱，2-数据处理系统，3-上机械臂动作执行机构，4-机械手执行端，5-工作台，6-多面体微小单元，7-下机械臂动作执行机构，8-下机械臂驱动电机，9-上机械臂驱动电机，10-导轨丝杆驱动电机，11-机械臂支承座，12-机座滑轨，13-部分制品，14-完整制品，15-多自由度球头连接装置，16-热熔喷嘴，17-夹具。
具体实施方式
现结合附图对本发明专利详细描述如下：
本发明一种微积分3D建造方法及装置，如图1、图4以及图5所示，首先将预加工的制品在计算机上造型并输入到数据处理系统2，上机械臂动作执行机构3和下机械臂动作执行机构7在数据处理系统2的控制下，分别从储料箱1中夹取多面体微小单元6（图中以六棱柱小单元为例），然后在机械手上先由热熔喷嘴装置16进行多面体微小单元表面均匀地喷涂粘接剂，然后卯榫拼接在工作台上，如图4所示是部分制品完成图的效果图，继续3D打印就可以得到最后的制品。
本发明一种微积分3D建造装置，如图1所示，该试验平台包括储料箱1、数据处理系统2、上机械臂动作执行机构3、机械手执行端4、工作台5、多面体微小单元6、下机械臂动作执行机构7、下机械臂驱动电机8、上机械臂驱动电机9、导轨丝杆驱动电机10、机械臂支撑座11、机座滑轨12、多自由度球头连接装置15、热熔喷嘴装置16、夹具17、上机械臂动作执行机构3与下机械臂动作执行机构7以及机械手执行端4共同构成试验台运动主体，机械臂支撑座11能在机座滑轨12上做水平方向的往复运动，而且能实现在竖直平面内平面内的旋转，上机械臂动作执行结构3与下机械臂动作执行结构7分别通过上机械臂驱动电机9和下机械臂驱动电机8驱动控制，实现机械臂在竖直方向上的运动。
本发明一种微积分3D建造装置，如图3、图4和图5所示，机械臂支承座11、上机械臂动作执行结构3、下机械臂动作执行结构7组成该机械臂运动的主体，机械臂支承座11与机座滑轨12连接，下机械臂动作执行机构7安装在机械臂支撑座11上，由下机械臂驱动电机8驱动控制，可在竖直平面内进行摆动，上机械臂动作执行机构3安装在下机械臂动作执行机构7的末端，通过上机械臂驱动电机9带动，上机械臂动作执行机构3和下机械臂动作执行机构7与机座滑轨12的联合运动可以实现机械手在竖直平面内的360°运动，从而实现“叠层增材”的效果。
本发明一种微积分3D建造装置，如图6所示，机械手执行端4由多自由度球头连接装置15、热熔喷嘴装置16和夹具17组成，能实现精细的小范围调整，使该3D打印装置更加精确，而且热熔喷嘴装置16能使多面体微小单元表面涂满粘合剂。
本发明一种微积分3D建造装置，数据处理系统2控制着上机械臂动作执行机构3、下机械臂动作执行机构7完成精确定位；数据处理系统2控制着机械手执行端4的夹具17夹持多面体微小单元6、喷涂粘合剂、卯榫拼接多面体微小单元6；数据处理系统2控制机械手实现制品表面的自动打磨修复。
本发明一种微积分3D建造装置，如图7所示，多面体微小单元6（图中以六棱柱小单元为例）事先整齐的堆放在储料箱1里，该多面体微小单元6根据所需加工的最终完整制品14的大小以及质量要求的变化而变化的，如图7所示，多面体微小单元6分为两类，其中一类的上下底面有凸出的小圆柱体，另一类的上下底面有凹型的小圆柱体，以方便他们之间通过卯榫连接，侧面通过热熔喷嘴装置4喷涂上均匀的粘合剂使其粘接。
Claims (4)
1.一种微积分3D建造方法，其特征在于：先将大型、复杂的制品造型并分割成有限的多面体微小单元，将多面体微小单元分别制造并分类存放，一个或多个机械臂动作执行机构在数据处理系统的控制下将多面体微小单元组合成大型制品，3D成型的原料为多面体微小单元，多面体微小单元在成型的过程中其表面喷涂热熔聚合物。
2.采用权利要求1所述的一种微积分3D建造方法的装置，其特征在于：主要包括机座、机械臂动作执行机构、多自由度球头连接装置、热熔喷嘴装置、机械手执行端、数据处理系统，机械臂动作执行机构有一个或多个，机械臂前端为机械手执行端，机械手执行端包括多自由度球头连接装置、热熔喷嘴和夹具，多自由度球头连接装置与夹具相连，多自由度球头连接装置与夹具相连的上端有热熔喷嘴，机座与机械臂动作执行机构共同构成运动主体，能实现360°旋转，机械臂动作执行机构能在机座上做往返水平运动，机座滑轨固定安装在地基上，机械臂支承座与机座滑轨连接，机械臂支承座在导轨丝杆驱动电机的驱动下沿轨道来回运动；机械臂动作执行机构包括上机械臂动作执行机构和下机械臂动作执行机构，分别由上机械臂驱动电机和下机械臂驱动电机驱动，上下机械臂动作执行机构能够绕竖直方向旋转和在竖直平面内上下运动，上机械臂动作执行结构、下机械臂动作执行结构与机座滑轨的联合运动能够实现机械手在竖直平面内的运动。
3.根据权利要求2所述的一种微积分3D建造装置，其特征在于：多面体微小单元为六棱柱。
4.根据权利要求2所述的一种微积分3D建造装置，其特征在于：数据处理系统控制着机械手执行端夹持多面体微小单元或喷涂粘合剂或卯榫拼接 多面体微小单元。
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Effective date of abandoning: 20160803 |
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