[發(fā)明專利]一種機器人激光3D打印系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610037584.9
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105499573B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王春巖;盧青
• 申請（專利權(quán)）人: 滄州致勝機器人科技有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所21224
• 代理人: 張群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D金屬打印領(lǐng)域，尤其涉及一種機器人激光3D打印系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

3D打印是一種快速成形技術(shù)，又稱快速原型制造(RPM)技術(shù)，誕生于20世紀80年代后期，是基于材料直接燒結(jié)堆積法的一種高效制造技術(shù)，被認為是近20年來制造領(lǐng)域的一個重大創(chuàng)新成果。它集機械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱鳌⑿略O(shè)計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的方案。即，快速成形技術(shù)就是利用三維CAD的數(shù)據(jù)，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型。

選擇激光燒結(jié)機技術(shù)(Selective Laser Sintering,SLS)作為快速原型技術(shù)的常用工藝，是利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，在計算機控制下層層堆積成型。與其他快速成型工藝相比，其最大的獨特性是能夠直接制作金屬制品，而且其工藝比較簡單、精度高、無需支撐結(jié)構(gòu)、材料利用率高。

專利號為CN201310288137.7的中國專利公開了“一種金屬零件的3D打印制造裝置和方法”，包括激光系統(tǒng)、鋪粉系統(tǒng)、氣氛保護系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)，一次鋪粉結(jié)束之后，通過激光系統(tǒng)對在成型區(qū)域的粉末進行燒結(jié)，依此往復(fù)。該打印制造裝置及方法能直接加工制造出任意結(jié)構(gòu)金屬零件，它是依靠振鏡的擺動實現(xiàn)工件打印。因此，打印工件尺寸受限制，存在著打印速度慢，效率不高的缺點。

專利號為201510528491.1的中國專利公開“一種新型3D激光打印設(shè)備”，由四個滾軸和導(dǎo)軌組成平面運動控制，其工件打印尺寸受滾軸和導(dǎo)軌限制。

可見當(dāng)前金屬零件的3D打印制造裝置和方法，工件打印尺寸都受到傳動系統(tǒng)的限制。所以，很有必要創(chuàng)一種不受或少受傳動系統(tǒng)限制的金屬零件的3D打印制造裝置和方法。

專利號為201310376201.7的中國專利公開了“一種基于工業(yè)機械手的3D打印機器人”，其結(jié)構(gòu)為多軸機械臂前端設(shè)置3D打印頭，并利用激光柵格定位裝置定位，但是并未公開激光柵格定位裝置的具體結(jié)構(gòu)，同時也沒有公開該機器人的具體結(jié)構(gòu)，以及該機器人的工作過程。

專利號為201510427361.9的中國專利公開“一種利用多自由度機器人的3D打印焊接方法”，依據(jù)焊縫路徑圖樣等進行焊接，并非零件的整體打印，而且該專利文件也未公開該機器人的具體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種機器人激光3D打印系統(tǒng)及方法，增大打印范圍，采用金屬粉末按零件形狀直接噴粉，在工作臺不運動的情況下，靠多自由度機器人自身運動控制完成3D打印，可直接加工任意形狀的金屬零件，加工靈活。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種機器人激光3D打印系統(tǒng)，利用機械臂帶動激光打印頭單元進行3D打印，所述的機械臂包括機座、水平回轉(zhuǎn)盤、臂關(guān)節(jié)、大臂、肘關(guān)節(jié)、小臂、腕關(guān)節(jié)、機器人手腕、連接盤、保護氣體供給管路、與粉末料倉相連的粉末供給管路，機座上設(shè)有水平回轉(zhuǎn)盤，水平回轉(zhuǎn)盤上固定有臂關(guān)節(jié)，水平回轉(zhuǎn)盤帶動臂關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，大臂一端通過臂關(guān)節(jié)與水平回轉(zhuǎn)盤活動鉸接，大臂另一端通過肘關(guān)節(jié)與小臂一端活動鉸接，小臂另一端通過腕關(guān)節(jié)與機器人手腕一端活動鉸接，機器人手腕另一端與連接盤固定，連接盤與激光打印頭單元連接，連接盤帶動激光打印頭單元旋轉(zhuǎn)，保護氣體供給管路、粉末供給管路通過固定環(huán)固定在大臂和小臂上；保護氣體供給管路、粉末供給管路端部與激光打印頭單元連接，分別為激光打印頭單元供保護氣體及金屬粉末料。

所述的激光打印頭單元包括外罩、攝像頭、激光整理腔，攝像頭設(shè)置在激光整理腔外部，激光整理腔包括擴束系統(tǒng)、動態(tài)聚焦系統(tǒng)、聚光鏡，激光整理腔內(nèi)由上至下同軸依次設(shè)置擴束系統(tǒng)、動態(tài)聚焦系統(tǒng)、聚光鏡，聚光鏡下方設(shè)置與聚光鏡同軸的錐形外罩，外罩側(cè)壁內(nèi)連通有保護氣體供給管路和粉末供給管路。

所述的激光打印頭單元還包括激光打印頭反射鏡、激光整理腔反射鏡，所述的動態(tài)聚焦系統(tǒng)底部設(shè)有激光整理腔反射鏡，激光打印頭反射鏡設(shè)置在聚光鏡上方，激光束通過激光打印頭反射鏡、激光整理腔反射鏡二次反射改變路徑。

還包括底板、工作臺、被打印件支座，工作臺固定在底板上，被打印件支座固定在工作臺上。

所述的機座通過移動裝置移動。