3D打印工件的腔体的清理方法与流程

本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种3d打印工件的腔体的清理方法。

背景技术：

3d打印技术可以改变传统的造型方式，因此在铸造领域得到了广泛的应用。但是当3d打印工件(如3d打印砂型、粉末床3d打印金属零件等)结构复杂且存在多个腔体时，在对工件的各腔体进行清理时，通常需要将工件吊起，然后利用清扫工具和吹气装置对各腔体进行人工清理，这种清理方法费时费力，且腔体内的粉末难以清除干净，清理效果差。

技术实现要素：

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种3d打印工件的腔体的清理方法，其能够对具有多个腔体结构的3d打印工件进行自动化清理，提高清理效率和清除效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种3d打印工件的腔体的清理方法，所述3d打印工件的腔体的清理方法使用的清理装置包括底座、支撑架、外转环、内转环、第一电机、第二电机、第一转轴、第二转轴、取向识别系统、万向旋转控制系统，机械振动系统和卡具；支撑架固定于底座上并沿宽度方向对立设置，外转环经由第一转轴悬空支撑在支撑架之间，内转环的直径小于外转环的直径，内转环与外转环同心设置且经由第二转轴支撑在外转环上，第一电机连接于第一转轴并带动外转环以第一转轴为轴线翻转，第二电机连接于第二转轴并带动内转环以第二转轴为轴线翻转，万向旋转控制系统受控连接于第一电机和第二电机，卡具固定于内转环上，卡具用于固定工件，工件包括多个开口朝外的腔体，各腔体内收容有待清理物，取向识别系统受控连接于万向旋转控制系统，机械振动系统连接于底座；清理3d打印工件的腔体的方法包括：将工件固定于卡具上；取向识别系统读入工件的stl格式文件，记录stl格式文件的工件的坐标系，将stl格式文件中的所有腔体的开口进行排序并标记，然后记录stl格式文件中的各开口的原始法线方向；取向识别系统识别被卡工件的实际坐标系，并将被卡工件的实际坐标系与stl格式文件中的坐标系进行位置标定，并根据stl格式文件中的各开口的原始法线方向计算出被卡工件的各开口的实际法线方向，然后以被卡工件的各开口的实际法线方向计算出各开口依次转动至竖直向下位置时内转环和外转环分别需要旋转的角度；万向旋转控制系统根据取向识别系统计算出的第一个开口的旋转角度来控制第一电机、第二电机转动，以使第一电机带动外转环转动对应的角度、第二电机带动内转环转动对应的角度，从而将第一个开口转动至竖直向下；开启机械振动系统，带动底座和支撑架振动进而带动被卡工件的振动，以使第一个腔体内的待清理物经由第一个开口掉落，直到第一个腔体内没有待清理物掉落时关闭机械振动系统；万向旋转控制系统将按顺序标记的多个开口中的第二个开口按照计算的角度旋转至竖直向下的位置，再次开启机械振动系统以对第二个腔体进行清理；依此类推，继续下一个腔体的清理。

在一实施例中，当内转环和外转环将对应的开口转动至竖直向下的位置后，锁定内转环和外转环。

在一实施例中，所述清理3d打印工件的腔体的方法使用的清理装置还包括压缩空气清理系统，压缩空气清理系统包括压缩空气枪；底座停止振动后且在清理下一个腔体之前，开启压缩空气清理系统的压缩空气枪，以使压缩空气枪对准所述腔体的开口并向腔体内吹气。

在一实施例中，所述清理3d打印工件的腔体的方法使用的清理装置还包括内窥镜观察检测系统；对所述腔体进行吹气清理后，开启内窥镜观察检测系统，通过内窥镜观察检测系统对腔体进行监测和检查，判断所述腔体是否清理干净，如果未清理干净，再次进行吹气清理直至腔体内的待清理物全部清理干净。

在一实施例中，内转环的旋转步进为0.5度-2度；外转环的旋转步进为0.5度-2度。

本发明的有益效果如下：本发明的3d打印工件的腔体的清理方法能够对具有多个腔体结构的3d打印工件的各腔体进行有效地清理，实现了打印工件的自动化清理，提高了清理效率，且省时省力，清除效果好。

附图说明

图1是本发明的3d打印工件的腔体的清理方法使用的清理装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

b底座2第二电机

s支撑架3第一转轴

r1外转环4第二转轴

r2内转环5万向旋转控制系统

f卡具6机械振动系统

a工件w宽度方向

1第一电机h高度方向

具体实施方式

下面参照附图详细说明根据本发明的所述3d打印工件的腔体的清理方法。

参照图1，所述3d打印工件的腔体的清理方法使用的清理装置包括底座b、支撑架s、外转环r1、内转环r2、第一电机1、第二电机2、第一转轴3、第二转轴4、取向识别系统(未示出)、万向旋转控制系统5、机械振动系统6和卡具f。清理装置还包括压缩空气清理系统(未示出)和内窥镜观察检测系统(未示出)。

支撑架s固定于底座b上，且支撑架s为两个并沿底座b的宽度方向w对立设置，外转环r1经由第一转轴3悬空支撑在两个支撑架s之间，内转环r2的直径小于外转环r1的直径，内转环r2与外转环r1同心设置且经由第二转轴4支撑在外转环r1上，第一电机1连接于第一转轴3并带动外转环r1以第一转轴3为轴线翻转，第二电机2连接于第二转轴4并带动内转环r2以第二转轴4为轴线翻转，万向旋转控制系统5受控连接于第一电机1和第二电机2，卡具f固定于内转环r2上，卡具f用于固定工件a，工件a包括多个腔体，各腔体的开口朝外且各腔体内收容有待清理物，取向识别系统受控连接于万向旋转控制系统5，机械振动系统6连接于底座b。需要说明的是，第一电机1、第一转轴3分别设置为两个，各第一转轴3的一端支撑于一个支撑架s上并连接于对应的第一电机1，另一端连接于外转环r1，两个第一转轴3沿宽度方向w以外转环r1的中心线对称布置，以使外转环r1能够以第一转轴3为轴线360度翻转；同理，第二电机2和第二转轴4分别设置为两个，各第二转轴4的一端支撑于外转环r1并连接于对应的第二电机2，另一端连接于内转环r2，两个第二转轴4沿高度方向h以外转环r1的中心线对称布置，以使内转环r2能够以第二转轴4为轴线360度翻转；此外，外转环r1和内转环r2的转动相对独立，互不干涉，从而保证被卡工件a的任一腔体的开口均能转动至垂直向下的位置。在该清理装置中，当工件a固定于卡具f上后，若需将工件a的任意方向的一个开口旋转至竖直向下的位置时，只需通过第一电机1带动外转环r1旋转至一定角度，然后通过第二电机2带动内转环r2旋转至一定角度，便能够将工件a的所述腔体的开口旋转至竖直向下的位置。

本发明的清理3d打印工件的腔体的方法是利用上述的清理装置来实现的，本发明的清理3d打印工件的腔体的方法包括：将工件a固定于卡具f上(保证工件a未有晃动松动的现象)；取向识别系统读入工件a的stl格式文件，记录stl格式文件的工件a的坐标系，将stl格式文件中的所有腔体的开口进行排序并标记(即，将stl格式文件中的所有开口排序并分别标记为第一个开口o1、第二个开口o2、第三个开口o3，依次类推)，然后记录stl格式文件中的各开口的原始法线方向；取向识别系统识别被卡工件a的实际坐标系，并将被卡工件a的实际坐标系与stl格式文件中的坐标系进行位置标定，并根据stl格式文件中的各开口的原始法线方向计算出被卡工件a的各开口的实际法线方向，然后以被卡工件a的各开口的实际法线方向计算出各开口依次转动至竖直向下位置时内转环r2和外转环r1分别需要旋转的角度；取向识别系统将计算出的数据传输给万向旋转控制系统5，万向旋转控制系统5根据取向识别系统计算出的第一个开口o1的旋转角度来控制第一电机1、第二电机2转动，以使第一电机1带动外转环r1转动对应的角度、第二电机2带动内转环r2转动对应的角度，从而将第一个开口o1转动至竖直向下，当内转环r2和外转环r1旋转到指令角度后锁定内转环r2和外转环r1；开启机械振动系统6，带动底座b和支撑架s振动进而带动被卡工件a的振动，以使第一个腔体内的待清理物经由第一个开口o1掉落，直到第一个腔体内没有待清理物掉落时关闭机械振动系统6；内转环r2和外转环r1解除锁定，万向旋转控制系统5继续将被卡工件a的按顺序标记的多个开口中的第二个开口o2按照计算的角度旋转至竖直向下的位置，然后锁定内转环r2和外转环r1，再次开启机械振动系统6以对第二个腔体进行清理；依此类推，继续下一个腔体的清理。需要说明的是，第一个开口o1清理完成之后，万向旋转控制系统5无需将被卡工件a旋转至初始位置，而是根据计算结果直接将排序标记的第二个开口o2旋转至竖直向下的位置，然后进行清理。锁定内转环r2和外转环r1，使得在底座b振动过程中，内转环r2和外转环r1能够与底座b同步振动，使得竖直向下的腔体内的待清理物更容易松脱掉落。

上文所述的清理装置通过外转环r1和内转环r2的配合旋转，能够将固定于内转环r2上的被卡工件a旋转至任一角度，从而能够控制被卡工件a上的任一腔体的开口转动至竖直向下的位置，而本发明的清理3d打印工件的腔体的方法利用清理装置的这一特点，通过取向识别系统计算被卡工件a的各开口转动至竖直向下的位置时，外转环r1和内转环r2分别旋转的角度，并将对应的数据传输给万向旋转控制系统5，万向旋转控制系统5将按顺序标记的各开口依次旋转至竖直向下的位置，然后通过机械振动系统6将对应的腔体内的待清理物振动排出，这种清理方法能够对具有复杂腔体结构的3d打印工件的各腔体进行有效地清理，实现了打印工件的自动化清理过程，且相比于人工清理方法省时省力，清除效果好，提高了清理效率。

需要补充的是，取向识别系统将被卡工件a的实际坐标系与stl格式文件中的坐标系进行位置标定，标定后，取向识别系统便能够根据stl格式文件中的各开口的原始法线方向计算出被卡工件a的与stl格式文件中的对应开口的实际法线方向，进而可根据被卡工件a的各开口的实际法线方向计算出各开口旋转至竖直向下的位置时，内转环r2和外转环r1分别旋转的角度，这一操作过程能够准确快速地将被卡工件a的所有开口按顺序依次旋转至竖直向下的位置，提高了对具有复杂腔体结构的3d打印工件的清理效率。

在一实施例中，内转环r2的旋转步进为0.5度-2度；外转环r1的旋转步进为0.5度-2度。

在一实施例中，机械振动系统6的振动频率可以根据需要进行调节。需要说明的是，机械振动系统6的开启由系统主动控制，即，当内转环r2和外转环r1锁定后，系统指令机械振动系统6开启。

压缩空气清理系统包括压缩空气枪；底座b停止振动后且在清理下一个腔体之前，开启压缩空气清理系统的压缩空气枪，以使压缩空气枪对准所述腔体的开口并向腔体内吹气。压缩空气枪能够喷出高压力的压缩空气，而高压力的压缩空气能够有效地冲击附着在腔体内壁上的待清理物，从而进一步将残留在腔体中的待清理物清除干净，提高了对打印工件的各腔体的清理效果。当然，也可以在对所有腔体进行完振动清理后再利用压缩空气清理系统进行清理。

对所述腔体进行吹气清理后，开启内窥镜观察检测系统，通过内窥镜观察检测系统对腔体进行监测和检查，判断所述腔体是否清理干净，如果未清理干净，再次利用压缩空气枪进行吹气清理直至腔体内的待清理物全部清理干净。内窥镜观察检测系统的设置对各腔体进行了有效的检测，保证各腔体内的待清理物能够被清除干净。需要说明的是，待清理物为粉末或颗粒。