一种自动化牙模成型系统

技术领域

本发明涉及一种自动化牙模成型系统，属于齿科矫正技术领域。

背景技术

在隐形矫正器制备的现有技术中，目前较常见的制作方式为人工或半自动化。整个制作过程包括获取患者口内数字模型、3D打印牙齿模型、牙模清洗、固化、压膜、切割、脱膜、抛光、清洗、检验、包装等工序。而半自动化制作只是其中的一些工序实现了机械化生产，所述两种制作方式均需要人工参与完成。

在上述制备过程中，牙模打印完成后往往需要人工逐一铲下并取出，才能进行后续的加工步骤，自动化程度较低，人力及时间成本较高，对操作人员的依赖性较大，容易对牙模造成损伤，不仅降低了隐形矫正器的生产效率，也使得产品质量的稳定性得不到保证，因此大大限制了隐形矫正器的生产产能。

发明内容

发明目的：为克服上述牙模成型工艺所存在的问题，本发明提出一种自动化牙模成型系统，能够实现牙模自动化成型下料，整个过程无需人工参与，节约大量人力及时间成本，有效地保证产品质量的稳定性，极大地提高生产效率，降低生产成本。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出一种自动化牙模成型系统，包括成型模块、转运模块、分离模块、后处理模块；

其中成型模块包括3D打印机及布置于3D打印机内的打印面板，通过3D打印机在打印面板上快速成型牙模，所述转运模块用于实现打印面板的抓取转运，所述分离模块包括分离台及分离机构，通过分离机构实现分离台上牙模与打印面板的分离，所述后处理模块用于对牙模进行后处理。

由于打印后的牙模会黏在打印面板上，不方便进行下料和后处理，故而通过分离模块来实现牙模与打印面板的自动分离，而后通过后处理模块对牙模进行后处理。

进一步地，所述分离机构包括增压气缸，所述增压气缸的活塞杆上连接有顶出板，所述顶出板上排布有顶出销，所述打印面板上排布有柱形孔，通过增压气缸驱动顶出板带动顶出销穿过柱形孔将打印面板上的牙模顶出，实现牙模与打印面板的分离。

进一步地，所述分离机构还包括用于安装增压气缸的气缸面板，所述气缸面板与顶出板之间设置导向柱和无油衬套，以保证顶出板伸缩的稳定性。

进一步地，所述分离台上设有限位机构，用于实现打印面板的限位固定。

进一步地，所述限位机构包括用于容纳打印面板的限位框，所述限位框侧边上设有转角气缸，所述转角气缸上连接有压块，通过转角气缸驱动压块的旋转实现打印面板的压紧限位。

进一步地，所述转运模块包括地轨及布置于地轨上的转运机器人，所述转运机器人的自由端设有前端夹具，用于实现打印面板的抓取。

进一步地，所述前端夹具包括一字板，所述一字板中心处设有与转运机器人连接的拉杆，所述一字板两端设置伸缩气缸，所述伸缩气缸活塞杆连接有卡爪，通过伸缩气缸驱动卡爪实现打印面板侧边的抓取。

进一步地，所述一字板两端还设置直线滑轨，所述直线滑轨上设置直线滑块，所述伸缩气缸活塞杆通过直线滑块与卡爪相连，通过滑块和滑轨的配合提高夹具抓取的稳定性。

进一步地，所述卡爪上设置与打印面板侧边相适配的卡槽，以实现卡爪与打印面板侧边的卡合，保证打印面板转运的稳定性。

进一步地，所述3D打印机内设有限位块，用于实现打印区域的分割以及打印面板的限位放置。每个打印区域对应一块打印面板，限位块围绕每个打印区域的边缘布置，可实现分区交替打印和上下料，衔接高效，有效提高打印效率。

有益效果：本发明提出的一种自动化牙模成型系统，相对于现有技术，具有以下优点：

1、自动化程度高。本发明能够实现全自动化牙模成型，整个过程无需人工参与，节约人力及时间成本，有效保证产品质量的稳定性，降低生产成本。

2、批量成型。通过机器人配合前端夹具实现打印面板在多个加工模块之间的自动转运，继而实现以打印面板为单位的批量牙模加工成型，极大地提高生产效率，实现自动化控制。

2、分离高效。通过增压气缸配合顶出板实现多个牙模的快速分离，分离过程安全高效，有效减少牙模损伤，大大提高牙科矫正器的生产产能，降低人工分离的依赖性和不确定性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是本发明优选实施方式的整体结构示意图；

图2是本发明优选实施方式中打印面板的结构示意图；

图3是本发明优选实施方式中前端夹具的结构示意图；

图4是本发明优选实施方式中限位机构的结构示意图；

图5是本发明优选实施方式中分离机构的结构示意图；

图中包括：1、3D打印机，2、打印面板，2-1、柱形孔，3、地轨，4、转运机器人，5、分离台，6、缓存台，7、清洗池，8、固化机，9、传送辊，10、拉杆，11、一字板，12、伸缩气缸，13、卡爪，14、限位框，15、转角气缸，16、压块，17、增压气缸，18、气缸面板，19、顶出板，20、顶出销。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图1所示为一种自动化牙模成型系统的优选实施方式，包括成型模块、转运模块、分离模块、后处理模块；

其中成型模块包括多个3D打印机1及布置于3D打印机内的打印面板2，3D打印机根据任务需求在打印面板上快速成型牙模；转运模块包括地轨3及布置于地轨3上的转运机器人4，用于实现打印面板2的抓取转运；分离模块包括分离台5及分离机构，通过分离机构实现分离台5上牙模与打印面板的分离；后处理模块用于对牙模进行后处理，后处理包括清洗、风干、固化的一种或多种。

本实施例中，后处理模块包括清洗池7和固化机8，清洗池7、固化机8的大小与打印面板2相适应，以实现打印面板2上牙模的清洗、固化。进一步地，固化机8的入料端和出料端布置传送辊9，用于实现打印面板2的入料和出料传送。

进一步地，成型模块、分离模块、后处理模块沿地轨3进行布置，通过转运机器人4沿地轨3的滑动实现打印面板2在成型模块、分离模块和后处理模块之间的转运。

如图2所示，打印面板2优选为矩形面板，且打印面板2上排布有柱形孔2-1，一方面可以减少重量和接触面积，另一方面也是便于实现牙模与打印面板的自动分离。

由于3D打印牙模的周期较长，为有效提高成型效率，可采用分区交替打印和上下料，实现各工序之间的高效衔接。每个打印区域对应一块打印面板，围绕每个打印区域的边缘布置限位块，从而实现3D打印机内打印区域的分割以及打印面板2的限位放置。

进一步地，转运机器人的自由端连接有用于抓取打印面板的前端夹具，除此以外还可以采用底托、吸盘等取料方式。

如图3所示，前端夹具包括一字板11，一字板11中心处设有与机器人自由端连接的拉杆10，一字板11两端设有伸缩气缸12，伸缩气缸12活塞杆连接卡爪13，通过伸缩气缸12驱动卡爪13实现打印面板侧边的抓取。

进一步地，卡爪13上设有与打印面板侧边相适配的卡槽，以实现卡爪与打印面板侧边的卡合，保证打印面板转运的稳定性。卡槽内可设置缓冲层，例如橡胶层，橡胶层上可以设置齿纹结构，以增大摩擦力。

进一步地，伸缩气缸12与卡爪13之间设置直线滑轨，伸缩气缸12的活塞杆通过滑块和卡爪13相连，通过滑块和滑轨的配合提高夹具抓取的稳定性。

进一步地，分离台5上设有限位机构，用于实现打印面板的限位固定。

如图4所示，限位机构包括可容纳打印面板的限位框14，限位框14的侧边上设有转角气缸15，转角气缸15上连接有压块16，通过转角气缸15驱动压块16的旋转实现打印面板的压紧限位。

进一步地，限位框14上还设有定位柱，可布置于四个顶角处，通过定位柱与打印面板上定位孔的配合实现打印面板在限位框14上的精准定位。

进一步地，限位框14侧边还开设有与前端夹具相适配的凹槽，以便前端夹具伸入限位框14内进行上下料。

如图5所示，分离机构包括安装于气缸面板18上的增压气缸17，增压气缸17的活塞杆上连接有顶出板19，顶出板19上分布有与柱形孔2-1相适配的顶出销20，通过增压气缸17驱动顶出板19带动顶出销20穿过柱形孔2-1将打印面板2上的牙模顶出，实现牙模与打印面板的分离。

本实施例中，分离机构采用顶出分离的方式实现牙模与打印面板的快速分离，在其他实施方式中也可以采用推铲、夹取等方式实现牙模分离，但是相比于其他实施方式，顶出分离方式更加的安全高效，有效减少对牙模的损伤，大大提高隐形矫正器的生产产能。

进一步地，所述气缸面板18与顶出板19之间设置导向柱和无油衬套(图中未作示意)，以保证顶出板19伸缩的稳定性。本实施例中，无油衬套呈四角分布于气缸面板18上，导向柱贯穿无油衬套并连接于顶出板19底部。

进一步地，分离模块还包括缓存台6，用于实现打印面板的缓存放置。多个打印面板的转运过程无法同时进行，通过暂存台可实现打印面板的缓存放置，便于机器人实现有序转运，同时牙模打印完成后可静置一段时间以加强固化。

此外，还有上述自动化牙模成型系统的成型方法，包括以下步骤：

S1通过3D打印机1在打印面板2上快速成型牙模，而后通过转运机器人4将完成打印的打印面板2转运至分离台5；

S2通过分离台5上的限位机构实现打印面板2的限位固定，而后通过增压气缸17驱动顶出板19带动顶出销20穿过柱形孔2-1将打印面板2上的牙模顶出，实现牙模与打印面板的分离；

S3通过转运机器人4将分离后的牙模与打印面板2依次转运至清洗池7和固化机8内进行清洗和光固化。

本发明通过转运机器人配合前端夹具实现牙模的批量成型下料，并进行牙模的自动分离和后处理，牙模分离和后处理的具体工序可根据实际应用情况进行设计调整，从而有效提高牙科矫正器的生产产能，减少人工作业带来的依赖性和不确定性，具有结构紧凑、可快速夹取、自动化控制等优点，市场前景良好，适于推广使用。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。