一种在流水线上大规模个性化定制的方法、产品及设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在流水线上大规模个性化定制的方法、产品及设备。这种方法是在流水线上添加增材制造(3D打印)设备和必要的自动识别技术系统，同时也涉及了提高生产效率的增材制造设备的打印头结构和零部件或产品的工装夹具。这种个性化产品的标准化部分由批量生产、处理或组装，多样化部分由增材制造而成的，产品上标有永久性或可去除的用于自动识别的标签。
【背景技术】
[0002]传统的流水线制造方式是现代工业的主流生产方式，是集中化、批量化生产的最有效模式，因而效率极高、成本很低，但最大的缺点就是不适合生产个性化、定制化产品。在大批量生产流水线上改进的混流生产线也只能实现多品种、模块化组合产品。工业界正在极力探寻大规模定制的有效模式。随着工业4.0技术的发展，利用智能技术的大规模定制流水线逐步成熟，可以使流水线生产的产品摆脱千篇一律的状况，实现单件定制。目前最先进的定制方式是在材料和零件上附加带定制信息的传感器，通过与加工设备的信息交换执行不同的加工方案。
[0003]对于结构复杂、不易加工及外部形状个性化的产品，采取逐层累积的增材制造技术是有效的解决方案，但由于技术、材料、设备等原因造成了增材制造成本很高、效率较低，无法匹配流水线的生产节拍。增材制造技术目前在产业界主要用于产品研发阶段和小批量甚至单件复杂结构产品的制造，尚未找到进入主流的生产、组装流水线的有效方法。
[0004]随着产品过剩越来越严重，消费者对个性化生产的需求更加旺盛，生产商和消费者的关系将日趋以消费者的创意需求来主导。因此，传统生产商如何解决好大规模生产和用户个性化定制的矛盾，利用增材制造技术提升和改造现有的流水线模式，达到生产效率、成本和用户需求之间的最优化平衡，并确保用户无差错得到自己定制的产品，是急需解决的现实问题。
[0005]彻底解决这个问题尚需时日，但针对消费者仅要求产品外部多样化、部分个性化而内部结构标准化、其他部位仍是统一造型的需求，或者产品主体多样化、后处理工序标准化的情况，在流水线上添加增材制造设备大规模解决单件产品个性化定制的问题是完全可行的。
[0006]将增材制造的设备、工序以及配套的自动识别技术系统引入批量生产、处理、组装、包装流水线进而形成大规模个性化定制流水线，并通过改进打印头结构最大程度地提高增材制造的速度以匹配流水线的节拍，是解决上述问题的方法。
【发明内容】
[0007]本发明的创新是:在传统的大规模生产、处理、组装、包装等流水线中添加增材制造设备，同时利用自动识别技术保证定制产品和用户信息的准确对应，用于指导后续流水线的产品包装或物流分拣工序中用户相关信息的标注或打印。本方案通过以下四种技术途径提高增材制造的效率以匹配流水线其他工序的节拍，从而使其成为大规模生产、处理、组装、包装流水线的一道工序。
[0008]1、“薄增材制造”效应:通过在批量生产的标准化产品或零部件表面增材制造以减少增材制造的工作量。在批量生产的产品或零部件表面根据用户提交的图像或文字信息增材制造出用户定制的个性化部分，其层数很少甚至只有一层图案而形成“薄增材制造”效应。
[0009]2、并行喷嘴:改进增材制造设备打印头部分的结构以提高增材制造的单层成型速度。增材制造的过程是由点到线到面的连续过程，为了提高制造速度，可以增加打印头喷嘴或激光、紫外线输出光束的数量，形成矩阵或单列结构，直接采取单层一次成型的方法或直接由线到面的过程。
[0010]3、曲面法向转换:当需要在曲面的表面进行增材制造的部分层数很少甚至只有一层图案时，将三维建模软件按逐平面层图案信息增材制造的过程转换为在零部件或产品表面按曲面上每点的法向方向上逐层制造的过程，这种转换减少了增材制造逐层累积的层数，提尚了生广效率。
[0011]4、多设备顺序开工的增材制造工序:对于产品或零部件主体是由增材制造完成而制造时间无法缩短的情况，通过增加增材制造设备的数量并按一定节拍顺序开工，使整个增材制造工序作为一道工序形成与后续流水线工序(如抛光、印刷、包装等)相匹配的生产节拍。
[0012]上述四种技术途径既可以独立运用，也可以相互组合，如“并行喷嘴”与“曲面法向转换”的组合可以形成“曲面矩阵式多喷嘴喷头”的结构。
[0013]本发明所说的自动识别技术包括:条码识别技术、生物识别技术、图像识别技术、磁卡识别技术、1C卡识别技术、光学字符识别技术(OCR)、射频识别技术(RFID)。增材制造设备和自动识别技术系统的标签标注设备是流水线上两个相邻工序的设备，自动识别技术系统的识别装置位于生产、组装流水线的终端，也可以位于后续的流水线产品包装或物流分拣工序的前端。
[0014]为了便于理解本发明的创新，将在上述流水线中大规模定制个性化产品的生产、组装的总体步骤说明如下:
(1)用户提交个性化图像或文字的数字文件，经过计算机的三维建模处理后，将信息发送到流水线上的增材制造设备的计算机控制系统；(2)在流水线上采用普通的增材制造设备甚至多喷嘴喷头或多光束照射的并行方式快速增材制造出产品的个性化定制部分，其可以是全部由增材制造而成的零部件或产品，也可以是在批量生产的零部件或产品表面增材制造而与零部件或产品融为一体的薄层结构；(3)随即对生产出的个性化定制部分进行自动识别技术所需的标签标注工序，标签信息和用户信息即时在是计算机数据库中建立对应关系；(4)产品生产、组装成型后用自动识别技术确认定制产品和用户的对应关系。
[0015]当需要在批量生产的零部件或产品表面增材制造个性化定制部分时，步骤(2)和
(3)也可以对调，即先进行自动识别技术所需的标签标注工，随即在其表面增材制造个性化定制部分。
[0016]步骤(2)和(3)所述的增材制造工序和标签标注工序是相邻的两个工序，其中的标签可以是永久性的，也可以是临时性的以便于用户收到产品后去掉表面的标签。当运用自动识别技术所需的标注工序的标签可以用增材制造的方式制作时，则用户定制的个性化部分和标注的标签在同一个增材制造的工序中生产出来，以省去单独的标签标注工序从而提尚生广效率。
[0017]本发明所说的流水线也可仅由增材制造设备和自动识别技术系统组成。
[0018]当需要在流水线上对批量生产的零部件或产品表面增材制造个性化定制部分时，利用工装夹具实现零部件或产品的准确定位。
[0019]【附图说明】:
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对技术方案中所需使用的附图做简单介绍。
[0020]图1是需要增材制造部分的三维建模软件中两层图案1、2信息示意图；
图2是零部件或产品曲面表面法向两层材料1、II的逐层制造过程及零部件或产品的尚度调整不意图；
图3是当零部件或产品表面是旋转曲面时通过绕零部件或产品轴线旋转的方式完成的单层增材制造过程示意图；
图4是特制的曲面矩阵式多喷嘴喷头及单层一次性增材制造过程示意图的主视图；
图5是特制的曲面矩阵式多喷嘴喷头及单层一次性增材制造过程示意图的俯视图；
图6是单列式多喷嘴喷头在规则变化的曲面外表进行增材制造过程示意图的左视图；图7是单列式多喷嘴喷头在规则变化的曲面外表进行增材制造过程示意图的主视图；图8是单列式多喷嘴喷头在规则变化的曲面外表进行增材制造过程示意图的俯视图及X、Y轴向示意。
[0021]【具体实施方式】:
下面将结合本发明实施例的附图，对技术方案进行清晰、完整的描述。
[0022]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。凡根据本技术方案思想做出的产品、设备的所有形状、结构均落入本发明的权利要求书保护范围内。
[0023]实施例:
为直观起见，下面的示意图逐层之间留出了距离，实际制造过程中层与层之间紧密结合。如图1中的三维建模软件中两层图案1、2信息分别转换为图2中零部件或产品曲面表面法向两层材料1、II的逐层制造，并通过计算机控制工装夹具的移动、旋转来自动调整零部件或产品表面的高度、角度，保证增材制造位置的曲面法向与设备的喷嘴3完全一致或基本一致，每层增材制造时喷嘴与零部件或产品表面距离恒定，保障每层材