一种自调平铺粉刮刀装置及其自调平方法

技术领域

本申请涉及激光技术领域中的增材制造技术领域，特别是涉及一种自调平铺粉刮刀装置及其自调平方法。

背景技术

激光选区熔化技术(SLM，Selective laser melting)是金属3D打印技术的重要分支。SLM制造工艺存在铺粉流程，即粉末由送粉机构送至激光打印区域后，由铺粉装置铺平，铺粉过程中直接接触粉末的是刮刀。铺粉动作需要保证刮刀下端工作面与打印面的平行度，以此保证整个幅面的铺粉层厚均匀程度，而铺粉均匀性是影响打印件致密度、力学性能等质量参数的关键要求。

现有铺粉刮刀装置保证与打印面平行度的方法主要是：首先，通过两组压缩弹簧和手动直线调平机构，如千分头、螺纹副等调节平行度；然后通过锁紧机构锁定刮刀。这种刮刀装配方式下，不同操作人耗费的时长都不相同。而每次维护设备时基本都需要拆换刮刀，这就大大影响了设备维护时间和维护成本预估。另外，手动调平机构并不具备可量化的平行度检测数据，调平效果仅凭操作人员的经验评判，极大影响了打印质量可靠性和稳定性。

发明内容

本申请提供一种自调平铺粉刮刀装置及其自调平方法。

本申请采用的一个技术方案是提供一种自调平铺粉刮刀装置，所述自调平铺粉刮刀装置，包括：

打印基板；

刮刀及其刮刀安装板，设置于所述打印基板上方；

调平定板，用于安装所述刮刀及其刮刀安装板；

所述刮刀安装板的第一端安装有转轴以及第一传感器，第二端安装有调平机构以及第二传感器；

所述调平机构根据所述第一传感器和所述第二传感器的信号差值控制所述刮刀安装板沿所述转轴移动，以使所述刮刀与所述打印基板保持平行。

其中，所述调平机构包括电机和移动件，所述移动件的一端与所述电机固定连接，所述移动件的另一端顶在所述刮刀安装板上，所述电机根据所述信号差值控制所述移动件上下移动，以使时所述刮刀安装板沿所述转轴移动。

其中，所述电机为旋转电机，所述移动件为支头螺母，所述支头螺母与所述旋转电机通过螺纹连接；所述支头螺母远离所述旋转电机的一端安装有球头，所述球头顶在所述刮刀安装板上。

其中，所述调平机构还包括拉簧，所述拉簧的一端固定在所述刮刀安装板上，所述拉簧的另一端固定在所述调平定板。

其中，所述调平定板和所述刮刀安装板内设置有横梁，用于安装所述拉簧。

其中，所述转轴通过转轴润滑套安装在所述调平定板上。

其中，所述调平定板上还安装有锁紧套，用于将所述转轴固定在所述调平定板内。

其中，所述第一传感器和所述第二传感器为激光位移传感器。

本申请采用的另一个技术方案是提供一种自调平铺粉刮刀装置的自调平方法，所述自调平铺粉刮刀装置为上述的自调平铺粉刮刀装置，所述自调平方法包括：

控制外部升降机构将所述打印基板运输到预设位置；

将所述刮刀移动至所述打印基板的上方，读取所述第一传感器的第一读数以及所述第二传感器的第二读数；

基于所述第一读数和所述第二读数的差值，控制所述刮刀安装板沿所述转轴移动，直至所述第一传感器的实时读数和所述第二传感器的实时读数一致。

其中，所述基于所述第一读数和所述第二读数的差值，控制所述刮刀安装板沿所述转轴移动，包括：

在所述第一读数大于所述第二读数时，按照所述差值绝对值控制所述刮刀安装板沿所述转轴向上移动；

在所述第一读数小于所述第二读数时，按照所述差值绝对值控制所述刮刀安装板沿所述转轴向下移动。

本申请的有益效果是：本申请提供的自调平铺粉刮刀装置包括：打印基板；刮刀及其刮刀安装板，设置于所述打印基板上方；调平定板，用于安装所述刮刀及其刮刀安装板；所述刮刀安装板的第一端安装有转轴以及第一传感器，第二端安装有调平机构以及第二传感器；所述调平机构根据所述第一传感器和所述第二传感器的信号差值控制所述刮刀安装板沿所述转轴移动，以使所述刮刀与所述打印基板保持平行。本申请的自调平铺粉刮刀装置实现电驱自调平，使刮刀与基板平行度可量化，并减少操作人的工作量、避免了不同人之间的操作差别、提高了铺粉质量、提高了设备稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的自调平铺粉刮刀装置一实施例的主视图；

图2是本申请提供的自调平铺粉刮刀装置一实施例的背视图；

图3是本申请提供的自调平铺粉刮刀装置一实施例的正视图；

图4是图3中A-A切面的示意图；

图5是图3中B-B切面的示意图；

图6是本申请提供的基于自调平铺粉刮刀装置的自调平方法一实施例的流程示意图；

图7是本申请提供的自调平铺粉刮刀装置一实施例的结构示意图；

图8是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1至图5，其中，图1是本申请提供的自调平铺粉刮刀装置一实施例的主视图，图2是本申请提供的自调平铺粉刮刀装置一实施例的背视图，图3是本申请提供的自调平铺粉刮刀装置一实施例的正视图，图4是图3中A-A切面的示意图，图5是图3中B-B切面的示意图。

如图1至图5所示，本申请提供的自调平铺粉刮刀装置100包括：打印基板1；刮刀2及其刮刀安装板3，设置于所述打印基板1上方；调平定板4，用于安装所述刮刀2及其刮刀安装板3；所述刮刀安装板3的第一端安装有转轴5以及第一传感器61，第二端安装有调平机构7以及第二传感器62；所述调平机构7根据所述第一传感器61和所述第二传感器62的信号差值控制所述刮刀安装板3沿所述转轴5移动，以使所述刮刀2与所述打印基板1保持平行。

其中，调平定板4安装于外部机构上，固定不动。刮刀安装板3和刮刀固定板9通过螺栓安装，用于夹持刮刀2。

本申请的自调平铺粉刮刀装置100中的第一传感器61和第二传感器62分别安装在刮刀安装板3的两端，可以分别测量刮刀安装板3以及刮刀2两端与打印基板1的距离。比较第一传感器61的读数和第二传感器62的读数，即可获知刮刀2与打印基板1之间是否保持平行。进一步地，根据第一传感器61的读数和第二传感器62的读数的差值，能够获知需要调平的方向的距离。

具体地，如图5所示，本申请实施例中的调平机构7包括电机71和移动件72，其中，移动件72的一端与电机71固定连接，移动件72的另一端顶在刮刀安装板3上。移动件72向上移动时，刮刀安装板3绕着转轴5随之向上移动，移动件72向下移动时，刮刀安装板3绕着转轴5随之向下移动。其中，调平定板4加工有螺栓安装孔(图中未示出)，用于安装电机71。

具体地，移动件72移动的方向及其距离按照第一传感器61的读数和第二传感器62的读数的差值决定。例如，当第一传感器61的读数和第二传感器62的读数的差值为正值时，移动件72向上移动；当第一传感器61的读数和第二传感器62的读数的差值为负值时，移动件72向下移动。第一传感器61的读数和第二传感器62的读数的差值绝对值，即作为移动的距离。

在一种具体的实施例中，电机71为一种旋转电机，移动件72为一种支头螺母。其中，旋转电机的转轴上加工有细牙螺纹段，细牙螺纹段与支头螺母通过螺纹连接。支头螺母的前端，即远离旋转电机的一端安装有球头，球头顶在刮刀安装板3，与拉簧8形成一组调节副。其中，如图3所示，拉簧8的一端固定在所述刮刀安装板3上，所述拉簧8的另一端固定在所述调平定板4。调平定板4和刮刀安装板3上加工有横梁，用于安装拉簧，能够有效节省装置空间。

该调节副可调节调平定板4和刮刀安装板3夹角，并保持角度不变。具体地，当旋转电机控制支头螺母向上移动时，球头离开刮刀安装板3，此时，拉簧8将刮刀安装板3向上移动，以保持球头与刮刀安装板3抵接的状态。同时，拉簧8还具备结构消隙功能，保证调节精度。其中，结构消隙功能体现在消除移动过程中，螺纹之前的误差产生的结构间隙。

在其他实施例中，电机71也可以选用其他类型的电机，在此不一一列举。

进一步地，本申请实施例的转轴5上设置有螺纹，通过转轴润滑套10和锁紧套11安装在调平定板4上，形成一组旋转副。其中，转轴润滑套10辅助转轴5能够保持良好的润滑效果，保证顺滑的转动效果。

在其他实施例中，也可以采用轴承或者其他结构替换转轴润滑套10。

本申请实施例提供的第一传感器61和第二传感器62均可以为激光位移传感器。其中，第一激光位移传感器和第二激光位移传感器通过螺栓固定在刮刀安装板3上。其中，第一激光位移传感器安装于旋转副端，第二激光位移传感器安装于调节副端。以上激光位移传感器与电机均与外部工控机连接，而打印基板1则安装在外部升降机构上。

在其他实施方式中，第一传感器61和第二传感器62还可以为超声测距仪等其他距离传感器。

在本申请实施例中，自调平铺粉刮刀装置包括：打印基板；刮刀及其刮刀安装板，设置于所述打印基板上方；调平定板，用于安装所述刮刀及其刮刀安装板；所述刮刀安装板的第一端安装有转轴以及第一传感器，第二端安装有调平机构以及第二传感器；所述调平机构根据所述第一传感器和所述第二传感器的信号差值控制所述刮刀安装板沿所述转轴移动，以使所述刮刀与所述打印基板保持平行。本申请的自调平铺粉刮刀装置实现电驱自调平，使刮刀与基板平行度可量化，并减少操作人的工作量、避免了不同人之间的操作差别、提高了铺粉质量、提高了设备稳定性和可靠性。

基于图1至图5请继续参阅图6，图6是本申请提供的基于自调平铺粉刮刀装置的自调平方法一实施例的流程示意图。

如图6所示，本申请提供的自调平方法具体包括以下步骤：

步骤S21：控制外部升降机构将打印基板运输到预设位置。

步骤S22：将刮刀移动至打印基板的上方，读取第一传感器的第一读数以及第二传感器的第二读数。

步骤S23：基于第一读数和第二读数的差值，控制刮刀安装板沿转轴移动，直至第一传感器的实时读数和第二传感器的实时读数一致。

在本申请实施例中，在所述第一读数大于所述第二读数时，按照所述差值绝对值控制所述刮刀安装板沿所述转轴向上移动；在所述第一读数小于所述第二读数时，按照所述差值绝对值控制所述刮刀安装板沿所述转轴向下移动。

以上实施例，仅是对本申请的其中一种常见案例而已，并非对本申请的技术范围做任何限制，故凡是依据本申请方案的实质对以上内容所做的任何细微修改、等同变化或者修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

请继续参见图7，图7是本申请提供的自调平铺粉刮刀装置一实施例的结构示意图。本申请实施例的自调平铺粉刮刀装置500包括处理器51、存储器52、输入输出设备53以及总线54。

该处理器51、存储器52、输入输出设备53分别与总线54相连，该存储器52中存储有程序数据，处理器51用于执行程序数据以实现上述任意实施例所述的自调平方法。

在本申请实施例中，处理器51还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器51可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器51还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Process)、专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammable Gate Array)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器51也可以是任何常规的处理器等。

本申请还提供一种计算机存储介质，请继续参阅图8，图8是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图，该计算机存储介质600中存储有程序数据61，该程序数据61在被处理器执行时，用以实现上述任意实施例的自调平方法。

本申请的实施例以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，方式利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。