使用固体-固体增材制造方法用于自动逐层加工物体的方法和机器与流程

1.本发明涉及一种根据固体-固体增材制造方法用于自动逐层加工物体的机器和方法，比如所知的


背景技术：

2.本技术人开发的所谓的增材制造工艺在其最简单的版本中，包括，将代加工的物体数字化，以数字方式将其分解成不同的互补的基本层，并将其成套，然后通过切割和/或加工操作再制造这些不同的层从而获得薄片，并且最后叠加和/或并置、定位、组装和整体制作这些不同的薄片，从而再制造待加工的物体。
3.此外，根据待加工的零件的复杂性，可以考虑在制造薄片过程中，将组装元件添加到待生产的形状中，例如延伸件或桥接件，从而允许在装配过程中将一个零件相对于另一个零件进行索引，并在后续打算移除。应该注意的是，同样为了索引，可以考虑使用镶嵌件，其既用作定位销又用作薄片之间的连接。
4.一般来说，不同的薄片具有相同的厚度，并且从一块或多块材料板上切割而成，为了优化，选择材料板上不同薄片的定位和方位，从而形成一组薄片。
5.应该注意的另一个困难在于，由于不考虑尺寸，板的厚度本来可能会发生变化。当然，可以使用校准板或者在使用前重新校准该板，这会导致成本增加。
6.另一方面，还需要考虑，在粘接操作过程中，各个薄片之间的产生的接合处的厚度虽然在沉积过程中进行了校准，但也会对将要再制造的物体的最终尺寸产生影响。
7.一些待加工物体的复杂性以及不同层的复杂性，不仅会导致切割板材，还会导致3d铣削操作，从而创建拔模零件和底切零件，并在必要时与翻转一组薄片相关联。
8.这种制造过程在以手工方式实施时不会造成任何生产问题，如fr2789188中的情况。然而，当它必须工业化和自动化时，情况并非如此。本文介绍了逐层固体/固体增材制造方法，例如所知的未涉及自动化制造，而是采用手工甚至手动的形式。
9.众所周知，从手工制造到自动化的转变并不意味着手动操作的简单转换。


技术实现要素：

10.因此，本发明的主题旨在提供一种方法，所述方法允许根据固体-固体增材制造自动逐层加工物体，并且旨在消除任何人工干预。
11.使用固体-固体增材制造方法自动逐层加工物体的方法，包括以下步骤：
12.通过数字切片将所述物体沿一个或多个轴和厚度数字分解成不同的薄片；
13.将一组所述薄片优化分布在原材料板上；
14.计算一个或多个切削和/或加工工具的轨迹；
15.对薄片进行数字切片，然后在精加工中对一组所述薄片的正面进行微铣削；
16.翻转一组薄片；
17.将一组薄片楔入、进行标记和定位；
18.在粗加工中在一组薄片的背面进行微铣削；
19.提取一组薄片中的第一薄片，然后在称为水平xy平面上移位，并对所述薄片在安装和精加工区域上进行角度定位；
20.在所述第一薄片上沉积胶水；
21.提取一组薄片中的第二片薄片，然后沿所述xy平面移位，以及对所述薄片进行角度定位，并且将其沉积和保持在所述第一薄片上，然后对每个剩余待组装的薄片重复粘接和提取的步骤。
22.根据本发明的方法的附加特征，在所述物体的数字分解步骤和对一组薄片进行优化分布的步骤之间，具有确定物体内部或外部的组装元件的性质、形状和定位的步骤。
23.根据本发明的方法的附加特征，在粘接后将薄片沉积在另一薄片上的每一操作之后，具有在背面进行微铣削的步骤。
24.除精加工外，微铣削操作的目的还在于去除因粘接而产生的结合处的多余材料，最重要的是纠正与堆叠相关的缺陷。该操作是在每个薄片堆叠之后实施，以便重新调整每一层的尺寸参数，例如，在堆叠操作结束时对物体进行单个3d加工可能无法实施，或甚至于不可能实施。
25.已经有自动装置，允许执行一些操作来实施逐层固体/固体增材制造方法。
26.这种机器包括工作台，优选为真空类型，以及可移动地安装在所述工作台上方的加工工具，例如，通过横向构件可在所述工作台上方纵向移动，并沿着所述横向构件配备有移动式加工工具，其移动通过中央计算机单元进行管理。
27.然而，这样的机器的使用受到限制，其不允许实施根据本发明的整个过程。
28.因此，本技术的主题也是一种允许克服该缺陷的机器，并实施根据本发明的方法。
29.根据本发明，根据固体/固体增材制造方法允许自动逐层加工物体的机器，包括由真空维持的加工工作台和可移动地安装在所述加工工作台上方的至少一个加工工具，并且其中，还包括翻转台。一方面，所述翻转台包括横向构件，横向构件能够在所述工作台上方纵向移动，并可竖直移动；而且翻转台承载用于夹持板的工具，所述板可旋转地安装于沿平行于所述横向构件的轴线上；另一方面，所述翻转台包括用于支撑所述板的工具，其被设计成能够允许通过所述夹持工具由其两个面中的任何一个面夹持所述板；而另一方面，所述翻转台还包括在x和y方向上的楔形工具，其能够允许对板、一组薄片或薄片进行标记和定位。
30.应当注意的是，尽管翻转台最适合翻转一组薄片，但是完全可以根据需要将其配置为翻转薄片，就像它也可以翻转简单的板。
31.根据本发明的机器的附加特征，所述翻转台承载的夹持工具可移动地安装在两个工作椅上，而工具架沿可移动的横向构件可移动地安装于相同的两个工作椅上。
32.根据本发明的机器的另一附加特征，在工具架上可以设置用于夹持切割部件的工具，以及粘接工具等等。
33.根据本发明的机器的变形，加工机器也可以设置工具架。
34.事实上，如上所述，现有的每台机器都包括工作台和可移动地安装在所述工作台上方的加工工具。可以调整这些现有的工作台，以使它们符合本发明。因此，在这些能够切割和加工板从而以获得一组薄片的现有的工作台上一方面增加了车削工具以及工具架和用于夹持和粘接一组薄片中产生的零件的工具。
35.在不适应现有机器的机器上，工具架配置为也可携带切削和加工工具。
36.根据本发明的机器的另一个附加特征，还包括与工具架相关联的、用于清洁工作台的工具，与工具架相关联。
37.根据本发明的机器的另一个附加特征，包括装配区，该装配区包括与升降器相关联的安装工作台，所述升降器能够保持待加工的物体的高度，该高度依赖于所述加工工作台的高度。
38.根据本发明的机器的另一个附加特征，装配区包括在组装过程中和粘接之后用于抵靠所述安装工作台夹紧物体的工具，并且其与所述安装工作台的升降器配合，以执行对所述物体的按压。
39.根据本发明的机器的另一个附加特征，用于支撑板的工具可伸缩地安装在所述加工工作台中。
40.根据本发明的方法和机器的优点和特征将从下面的描述中更清楚地显现出来，该描述涉及附图，附图代表了多个非限制性实施例。
附图说明
41.在附图中：
42.图1、2、3、4、5和6示出了使用本发明的方法构造物体的不同步骤的示意性透视图。
43.图7示出了根据本发明的机器的示意性透视图。
44.图8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20示出了在根据本发明的方法的不同连续实施步骤中相同机器的示意性透视图。
45.图21示出了根据本发明的机器变体的示意性透视图。
46.图22示出了根据本发明的机器的另一个变体的示意性透视图。
47.图23示出了根据本发明的相同机器的另一个变体的示意性透视图。
48.图24、25、26、27、28和29分别示出在特定使用配置中，所统一机器变体的局部示意性透视图。
具体实施方式
49.参图1，可见使用固体/固体增材制造方法逐层加工物体来制备材料板m需要三个步骤。例如，已知的
50.根据本发明的方法，需要再制造的物体事先将沿一个或多个轴(本文中只沿一个轴和一个厚度)数字分解成不同的薄片，这些薄片在板m上排列成一组p薄片，而一个或多个切削和加工工具的切削轨迹已经定义。
51.图1中，步骤a对应于在3d精加工中，板m的正面r的切片和微铣削，步骤b对应于翻转板m使得背面v暴露于工具上，并且步骤c对应于在2d粗加工中微铣削一组薄片的背面的微铣削。本文中一组薄片为5个薄片s1、s2、s3、s4和s5。
52.图2中，薄片s1从一组薄片p中提取从而进行定位，并且一方面进行3d精加工微铣削以及对其上边缘进行粘接。
53.图3中，薄片s2从一组薄片p中提取，从而与薄片s1一起沉积、定位和组装，然后整体暴露在3d精加工微铣削中，并粘接薄片s2的上边缘。
54.图4中，薄片s3从一组薄片p中提取，从而与薄片s2一起沉积、定位和组装。然后整体暴露在微铣削中，在3d精加工中去除多余的结合处，并粘接薄片s3的上边缘。
55.图5中，薄片s4从一组薄片p中提取，与薄片s3一起进行沉积、定位和组装，然后整体暴露于微铣削中，在3d精加工去除多余的结合处，并粘接薄片s4的上边缘。
56.最后，在图6中，将薄片s5从一组薄片p中提取出来，从而与薄片s4一起沉积并组装，然后整体暴露于3d精加工微铣削中，从而得到物体o。
57.应该注意的是，在每个步骤中，微铣削还允许沿着与xy平面正交的称为竖直z轴纠正缺陷，这些缺陷与板和接合处的厚度的潜在变化有关。
58.现在参考图7，可以发现根据本发明的机器1允许自动实施上述方法。
59.所述机器1包括工作台2，优选为真空工作台，以及笛卡尔龙门架3，笛卡尔龙门架3包括两个工作椅30和31，其与工作台2在纵向和横向上相邻，并可移动的横向构件可在其纵向上移动，横向构件上安装有可沿其移动的工具架33，而在工作台2的一端存放着拟与工具架33相适应的工具34。
60.应当注意的是，所述机器的描述是不受限制的，例如，所述机器可以设计成在底座水平面上进行纵向运动。
61.所述机器1还包括装载/翻转台4，与两个工作台30和31配合，其包括两个滑架40和41，可分别在工作椅30和31上移动；以及一个横向构件42，可在滑架40和41上竖直移动，并可轴向旋转以及承载工具43。翻转台4还包括控制台44，其布置在工作台2的端部，与存放工具34的端部相对。并且其主要包括彼此间隔开的两个托架45以形成中央空间，允许夹持工具43穿过。
62.在另一结构中，两个托架45可以由工作台2中的可伸缩叉的齿46代替，如图22所示。
63.参考图8-19，将对使用机器1实施的制造方法的步骤进行说明。
64.图8中，夹持工具43从存储位置中取出材料板m，从而将其放置在工作台2上，在所谓的xy水平面上通过楔入基台来实施定位，本发明中通过螺栓21实现。
65.图9中，使用工具34对板m的正面r进行3d精加工切片，以生成一组薄片p。
66.图10至14涉及一组薄片p的翻转。图10中，通过夹持工具43夹持板m，然后在图11中，通过其背面v沉积在控制台44上，然后在图12中，将夹持工具43放置于板m下方、托架45之间，从而由其背面v夹持板m，最后在图13中，将板m翻转，以便将其正面r放置在工作台2上，如图14。
67.值得一提的是，图13中，可以发现，在将板m翻转的过程中，工作台2的清洁是在屏蔽期间进行的，工具架33已经夹紧了清洁工具35，例如刮刀和真空吸尘器，其在表面上移动，以便将加工残留物从工作台2中推出和吸出，在这种情况下是为了将其落入容器20中。
68.图15中，对板m的背面v进行2d粗加工，而在图16中，薄片s1来自一组薄片p，而且在图17中，其放置于安装/堆叠区域中板m旁边的工作台2上。
69.值得一提的是，图中所示的安装/堆叠区域和加工区域可以互换，如图22所示。在图18中，从一组薄片中取出薄片s2并放置在薄片s1旁边，而在图19中，薄片s3从一组薄片中取出放置在加工后的薄片s1和s2上，然后将其粘接。
70.图20中，可以看到成品的物体o，而工具架33和清洁工具35排出残留物。
71.现在参考图21，可以看到根据本发明的机器的变体，尤其是对现有机器的适配。
72.现有的机器包括工作台5，可移动龙门架6与工作台5相关联，所述工作台包括可沿工作台5移动的两个侧柱60和61，以及连接它们的横向构件62，因此其可在工作台5上方移动；工具架63可沿着横向构件62移动，工具架63能够夹持存放在工作台5末端的加工工具64。
73.根据本发明，对现有的工作台5进行了补充，使其能够再现本发明的方法。一方面，通过增加龙门架3。龙门架3包括两个工作椅30和31、可移动的横向构件32用于移动工具架33，然而其保留用于夹持、粘接和按压薄片的操作，并用于清洁工作台5；另一方面，增加翻转台4，其包括两个托架40和41、横向构件42、夹持工具43和控制台44。
74.在所示的实施例中，机器与加工工位7外部相关联，加工工位7允许进行精加工，包括但不限于移除用于索引的延伸部或扳机护罩。
75.值得一提的是，加工工位7通过具有两个旋转轴的工具架或用于五轴加工的双旋转头将加工工具与工具架33相关联，来有利地替换。这种配置将所有功能集成到同一台机器上。
76.现在参考图22，我们可以发现另一种变体，即图7中所示机器的变体。
77.在该机器上增加了额外的可移动横向构件8，该横向构件8与工具架80相关联，工具架80专门用于粘接和处理用于装配的薄片，以便能够实现分离加工/清洁和粘接/堆叠功能。这种分离可以在屏蔽期间允许更有效的处理。
78.当提到图23以及图24、25、26、27、28和29时，可以发现机器的变体，其允许自动实施本发明的方法，其中，用于一个或多个操作的设计与之前描述的工作台不同。
79.因此，图23中，从整体上描述该机器时，可以发现所述机器包括工作台2、配置有工具架63的移动式龙门架6、用于板m的装载/翻转台4，其包括移动式龙门架，该移动式龙门架包括两个移动立柱47，夹持的板48可以在两个移动立柱之间移动，最后是用于安装待生产的物体的装配区9。
80.从图24和25中可以更详细地示出，装配区9包括安装工作台90，该安装工作台与升降器相关联，使得被安装的物体可以随着安装工作台的移动逐渐下降，从而最后组装的薄片可以始终与工作台2处于同一水平面。
81.此外，安装工作台90与提升螺栓91配合，提升螺栓91可通过孔92穿过安装工作台，以便在组装完成后提取出物体。
82.当参考图26时，可以发现安装工作台90与其升降器以及装载/翻转台4的夹持的板48相关联，可以便于粘接后的按压操作。
83.因此，夹持的板48在安装工作台90上(未示出)堆叠的新粘接的板上进行倒置，而一方面，装配区域包括的法兰93在安装工作台90的外围夹紧夹持的板48，另一方面，与其升降器相关联的安装工作台90从底部向顶部按压堆叠。
84.有利地，压力由法兰93接收，而不是由装载/翻转台4的龙门架接收。
85.当参考图27和28时，可以发现工作台2包括叉子22，叉子22能够从其上拔出，以便在前侧进行加工后升起板m(未示出)，以便允许夹持的板48从其下方通过，从而通过其未加工的背面进行夹持，这有利于其夹持，以便将其翻转。
86.当参考图29时，可以看出龙门架6配备有设置了三个夹持点66的夹爪65，允许以非常稳定的方式夹紧薄片。
87.本发明中这些图中所示的机器可以与上述机器以相同的方法实施，同时具有更紧凑和精确的设计。