TW202037482A - 三維列印產品的自動化定位加工系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種三維列印產品的自動化定位加工系統，三維列印完成的產品轉移到後續加工工序的設備，相應的設備能夠快速的通過基準點對產品進行加工定位，包括X，Y，Z 三個軸的定位，以便完成加工工序並提高加工的精度，尤其適用於形狀不規則的產品，如人造骨、人體植入物、手術工具等等，能夠有助於機械自動化定位完成高精度的生物列印產品的加工。
Description
本發明涉及製造醫療用具的技術領域，具體來說是一種便於用三維列印技術製造醫療用具的定位加工系統。
完成三維列印的金屬產品，還需要進行後續的加工程式，包括去除支撐，打磨，研磨及拋光等，以滿足使用的要求。而這些後續的加工程式一般不會同時安裝在三維列印設備上，需要將列印成型的產品轉移到相應的設備進行，為了達到較高的加工精度，這些後續加工的設備需要對產品進行定位，也就是找到加工的基準點。如果對於形狀規則的產品，較為容易實現定位。但是對於形狀不規則的產品，如人造骨、人體植入物、手術工具等等，就較難實現定位，從而影響到後續加工工序的加工精度。
針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種用於三維列印產品的自動化定位加工系統，以便於後續加工設備能夠精確對產品進行定位加工。
三維列印產品的自動化定位加工系統，包括設置於產品上或用於固定產品的底座上設有用於對產品後續加工工序進行定位的基準點；三維列印產品的後續加工工序為：
a.將產品或固定有產品的底座安裝至加工設備；
b.加工設備通過基準點對產品進行定位並進行後續加工。
其中，所述後續加工工序包括切割、打磨、研磨及拋光。
其中，所述基準點為在產品或底座表面通過三維列印形成的基準柱。
其中，所述基準柱在後續加工工序的最後一道工序進行定位後，該工序將基準柱去除。
其中，所述基準柱設置於產品外表的凸出面。
其中，所述基準柱設置位置與產品的重心同軸。
其中，所述後續加工工序中所使用的加工冷卻介質為高速噴射至產品或刀具的氣化的二氧化碳。
其中，所述產品的材料為鈦合金，鈷鉻合金或不銹鋼。
本發明的有益效果：三維列印完成的產品轉移到後續加工工序的設備，相應的設備能夠快速的通過基準點對產品進行加工定位，包括X，Y，Z 三個軸的定位，以便完成加工工序並提高加工的精度，尤其適用於形狀不規則的產品，如人造骨、人體植入物、手術工具等等，能夠有助於機械自動化定位完成高精度的生物列印產品的加工。
參照圖1及圖2所示，三維列印產品的自動化定位加工系統，包括設置於產品1上或用於固定產品1的底座2上設有用於對產品1後續加工工序進行定位的基準點3。所述用於定位的基準點3有兩類，一種是在三維列印的底座2，先將產品1安裝在特製底座2上，再將特製底座2安裝在三維印表機的機臺上。安裝方法可用螺絲，或氣動閥門安裝。另一種是在產品1的合適位置列印一個或多個的基準點3。基準點3可以之後被移除或被保留在列印品上。
在獲取到基準點3後金屬三維列印產品1的後續加工工序為：
a.將產品1或固定有產品1的底座2安裝至加工設備；
b.加工設備通過基準點3對產品1進行定位並進行後續加工。
對於如人造骨、人體植入物、手術工具等，加工金屬材料例如鈦合金，鈷鉻合金，不銹鋼，乃堅硬的材料。基準點3同樣使用堅硬的材料，例如金屬或高硬度的塑膠，使用時不易變形。
基準點3按情況設計為凹陷或突出的部件。例如，三維列印底座2的基準點3為凹陷的部件，使底板表面平整, 不影響列印過程。而三維列印的產品1上的基準點3為突出的部件，如在產品1或底座2表面通過三維列印形成的基準柱，留待完成加工後拆除。
底座2另外還設有固定裝置，將底座2固定到加工設備上，如螺絲槽，梯形凹槽。底座2也可以採用氣囊和抽氣口，使用氣動閥門在底座2下的抽氣口抽真空底座2使其固定到加工設備上。三維列印的產品1的基準點3可以在後續的加工中被移除或被保留在產品1上。例如產品1的支撐柱或外置的列印基準柱可以作為一個基準點3。為了便於後續加工工序的去除及打磨，則可以將基準柱設置在產品1的凸出面。三維列印的產品1的基準柱可以呈方柱體或圓柱體或不對稱的柱體。後續加工工序的設備的機械臂的末端安裝夾具固定基準柱，夾具與基準柱的形狀相匹配。為減低在加工過程中對產品1所施加外力導致產品1變形的可能性，基準柱與產品1的重心同軸。如產品1的長寬比例相對極端或外型不規則的產品1需用多於一個的基準柱實現定位。
後續的加工工序：設備設有兩組機械手分別固定產品元件的底座2和基準柱，配合另外一組帶有加工刀具的機械手會以固定基準柱的機械手所確定的定位為基準並循產品1的外形進行精准加工。實際的工序可以有以下多種方案。方案一：機械手將產品元件連底板由三維列印設備轉移到後續加工設備進行精准加工，完成後機械手將產品元件連底座2由後續加工設備轉移回到三維列印設備繼續進行三維列印操作。由於各個設備及機械手都分別有定位裝置與基準柱進行定位，產品元件轉移後不需要重新定位。方案二：無須轉移產品元件。機械手由後續加工設備伸展至三維列印設備直接對產品元件進行精准加工。方案三：混合使用方案一及方案二。
去除底座2的基準點/基準柱的工序：設備的至少兩組機械手分別固定產品元件的底座2和基準點/基準柱，配合另外一組帶有加工刀具的機械手循產品1的基準點/基準柱切割，將之與底座2分離。
產品1的打磨工序：機械手裝配打磨工具，同時與連接產品1基準柱的機械手配合,為產品1的切割面和其他表面進行打磨, 研磨和拋光。按程式根據圖檔按需要將列印品打磨成光滑弧面。
如產品元件設有多個基準點或基準柱，按需要交替重複去除基準點或基準柱，以滿足精確加工和打磨的工序。
若產品1的成品需要保留基準柱，則後續加工程式即為完成。否則，需要去除產品1上最後的基準柱：在如基準柱阻擋了需要打磨的產品1表面，或基準柱需要被切割移除的情況下，機械手可配合定制夾具將產品1的另一側面固定產品1，原固定基準柱的機械手釋放基準柱，最後由裝配有切割刀具的機械手將基準柱切割移除。
三維列印的支撐設計軟體：金屬三維列印的支撐設計軟體的設計原則順序如下：先配合三維印表機刀具中途加工的理想方位擺放產品1，後以最多打磨面朝上為原則。放置基準點的位置以最不阻擋打磨面為本，基準點的大小根據產品1的重量按比例設計並以列印最少支撐和節省列印時間為本。
生物用製品的打磨：現有的金屬切削、打磨、拋光等加工一般都需要採用切削液對產品1或刀具進行冷卻，但是對於生物製品而言，切削液可能會對生物製品造成污染，為此需要更換合適的介質進行冷卻，本發明採用在室溫以高壓釋放低溫固態二氧化碳，通過噴嘴向加工部位高速噴射氣化二氧化碳作冷卻，氣化後的二氧化碳不會對生物製品造成任何污染。
1:產品
2:底座
3:基準點
下面結合附圖對本發明進一步說明：
圖1是本發明的示意圖；
圖2是三種不同設計的基準柱的示意圖。
1:產品
2:底座
3:基準點
Claims (8)
- 三維列印產品的自動化定位加工系統，其特徵在於：包括設置於產品（1）上或用於固定產品（1）的底座（2）上設有用於對產品（1）後續加工工序進行定位的基準點（3）；三維列印產品（1）的後續加工工序為： a.將產品（1）或固定有產品（1）的底座（2）安裝至加工設備； b.加工設備通過基準點（3）對產品（1）進行定位並進行後續加工。
- 根據權利要求1所述的三維列印產品的自動化定位加工系統，其特徵在於：所述後續加工工序包括切割、打磨、研磨及拋光。
- 根據權利要求1所述的三維列印產品的自動化定位加工系統，其特徵在於：所述基準點（3）為在產品（1）或底座（2）表面通過三維列印形成的基準柱。
- 根據權利要求3所述的三維列印產品的自動化定位加工系統，其特徵在於：所述基準柱在後續加工工序的最後一道工序進行定位後，該工序將基準柱去除。
- 根據權利要求3所述的三維列印產品的自動化定位加工系統，其特徵在於：所述基準柱設置於產品（1）外表的凸出面。
- 根據權利要求3或5所述的維列印產品的自動化定位加工系統，其特徵在於：所述基準柱設置位置與產品（1）的重心同軸。
- 根據權利要求2所述的三維列印產品的自動化定位加工系統，其特徵在於：所述後續加工工序中所使用的加工冷卻介質為高速噴射至產品（1）或刀具的氣化的二氧化碳。
- 根據權利要求2所述的三維列印產品的自動化定位加工系統，其特徵在於：所述產品（1）的材料為鈦合金，鈷鉻合金或不銹鋼。
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