[发明专利]七轴并联随形曲面熔融沉积增材制造装置

说明书

一种七轴并联随形曲面熔融沉积增材制造装置，包括相互配合的上平台和下平台，上平台为非对称式五轴并联机器人，下平台为两轴并联结构动平台；在上动平台下面安装熔融头，塑料丝经由挤丝机送入熔融头，加工成型表面在下动平台上面；本发明实现随形曲面熔融沉积成型，具有结构紧凑简洁、控制灵活、刚度高、精度高、自由度大、成型范围大的优点。

技术领域

本发明属于三维增材制造熔融沉积成型技术领域，具体涉及一种七轴并联随形曲面熔融沉积增材制造装置。

背景技术

熔融沉积成型技术作为增材制造技术的一种，具有使用简单、成本低廉、无公害无污染等优点，在工业级和消费级市场中得到了广泛应用。目前主流的熔融沉积成型增材制造装置主要包括：采用直角坐标机器人的XYZ型3D打印机、采用并联机器人的三角洲打印机、采用串并联复合结构的CoreXY型3D打印机。这些增材制造装置运动机构具有三个自由度，可进行水平、垂直运动，采用平面层叠成型技术进行熔融沉积成型。由于受限于平面层叠成型技术限制，现有的熔融沉积成型增材制造装置存在三方面问题：一是层与层之间与层内相比的粘结力较小，虽可采用交叉填充线的方式改进，但是不能从根本上消除层叠方向抗剪切力能力差的问题；二是对于曲面零件，平面层叠会使曲面轮廓产生台阶效应，目前的自适应切片方法可减少台阶效应，但无法完全消除；三是对于有内部空间和有悬臂结构的零件，为了防止熔丝塌陷，必须紧密填充内部轻量化结构与外部支撑，外部支撑最后还需要去除，这样不但增加了后续处理过程，而且造成材料的浪费和制件效率的降低。总之，由于受限于主流的平面层叠成型技术，层熔融沉积成型的应用受到了很多限制。

随形曲面成型是指根据零件表面的曲面进行离散化叠加的增材制造技术，切层方式为三维曲面切层方法，填充方式为三维曲线填充策略。随形曲成型可解决平面层叠成型的许多问题，首先，由于随形曲面成型层叠方向不唯一，可以解决层叠方向抗剪切力能力差的问题；其次，由于可根据零件表面的曲面变化规划喷丝路径，可消除曲面轮廓的台阶效应；再次，曲面分层方式能减少层数，节省打印时间。为了实现随形曲面成型，需要建立三轴以上的成形装置。

现有的多轴熔融沉积成型装置一般效仿五轴数控机床，在原有的三自由度运动机构上串联旋转结构，形成可旋转的熔融头或可旋转摇摆平台。但是串联结构不但会产生累积误差，而且下级结构要负载上级结构的重量，造成刚度差、提高精度成本高的问题。现在的多轴并联机器人，一般采用对称结构，虽可实现多自由度运动，但由于连杆之间的干涉影响，无法使末端旋转到任意角度，作工作范围受到了一定限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种七轴并联随形曲面熔融沉积增材制造装置，实现随形曲面熔融沉积成型，具有结构紧凑简洁、控制灵活、刚度高、精度高、自由度大、成型范围大的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种七轴并联随形曲面熔融沉积增材制造装置，包括相互配合的上平台和下平台，上平台为非对称式五轴并联机器人，下平台为两轴并联结构动平台。

所述的上平台包括上定平台和与之连接的上动平台12，上定平台包括桁架11，桁架11上固定有第一驱动单元1、第二驱动单元2、第三驱动单元3、第四驱动单元4和第五驱动单元5，第一驱动单元1、第二驱动单元2、第三驱动单元3、第四驱动单元4、第五驱动单元5通过第一连杆6、第二连杆7、第三连杆8、第四连杆9和第五连杆10和上动平台12连接，第一驱动单元1和第二驱动单元2控制上动平台12水平面运动，第三驱动单元3和第四驱动单元4控制上动平台12平面转动，第五驱动单元5控制上动平台12垂直方向运动；第一驱动单元1、第二驱动单元2、第三驱动单元3、第四驱动单元4、第五驱动单元5、第一连杆6、第二连杆7、第三连杆8、第四连杆9、第五连杆10、桁架11和上动平台12构成空间闭环结构。