[发明专利]一种提高工件成形质量的3D打印刮刀集成装置与方法

权利要求书

1.一种提高工件成形质量的3D打印刮刀集成装置，其特征在于：包括驱动伺服电机、双输出行星减速器、刮刀、刮刀运动装置以及调整装置、控制器；

驱动伺服电机的输出轴连接双输出行星减速器，双输出行星减速器的两个输出端分别连接刮刀运动装置，刮刀固定在两个刮刀固定板上，由刮刀运动装置带动刮刀固定板进而带动刮刀实现铺粉方向的前后移动；刮刀中内含应力传感器阵列，用于实时监测刮刀铺粉过程中的受力情况，并将测量数据传输给控制器；控制器根据该测量数据判断是否出现不满足预设条件的应力值波动，若未出现，则当前操作继续执行；否则控制刮刀暂停移动，控制器根据测量数据控制调整装置抬高刮刀在竖直方向的位置，并控制刮刀返回初始铺粉位置重新进行铺粉打印操作，实现零件的高质量成形；

所述的刮刀包括刮刀本体、以及传感器阵列；所有的传感器阵列安装在应力传感器安装支座内；传感器阵列中的每个阵列包括刮刀应力传感器、聚四氟乙烯垫片、橡胶条安装架以及橡胶条，其中刮刀应力传感器与橡胶条安装支架上下安装在刮刀应力传感器安装支座内部空腔中，橡胶条安装架的下部伸出刮刀应力传感器安装支座的下部，使得安装在橡胶条安装架下部的橡胶条最下方位置与刮刀本体上实施铺粉功能部分处于同一水平位置；聚四氟乙烯垫片安装在橡胶条安装架与应力传感器安装支座之间起润滑作用；

应力传感器安装支座上方安装应力传感器盖板，通过应力传感器盖板将传感器阵列安装在刮刀本体上并对内部的刮刀压力传感器进行压紧；

所述的控制器将实时接收到的测量数据与预设的阈值进行比较判断，根据差值判断是否应力发生较大波动，若未发生较大波动，则继续当前铺粉打印操作；否则，控制器控制刮刀暂定移动，并从测量数据中选取应力最大值对应的单个橡胶条安装架以及橡胶条模型进行有限元分析，边界条件为固定橡胶条安装架的左右两侧以及顶部的位移，初始条件为橡胶条底部的外力；通过有限元分析得出相应位置的橡胶条在竖直方向上的变形量，将此变形量作为工件成形表面突起的高度，然后通过控制调整装置抬高刮刀在竖直方向上的位置，抬高量为上述突起的高度，刮刀退回到零点位置即初始铺粉操作位置，重新进行铺粉打印操作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的调整装置包括调节伺服电机、调节螺杆组件；所述的调节螺杆组件包括减速器、联轴器、丝杆、丝杆螺母、连接板以及轴承组件，调节伺服电机的输出轴连接减速器，减速器的输出通过联轴器连接丝杠的一端，与刮刀固连的连接板与丝杠上的丝杠螺母固定，丝杠的另一端通过轴承组件连接在刮刀固定板上，通过控制调节伺服电机调节刮刀在竖直方向的位置。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的调节伺服电机与刮刀固定板相连，能够随刮刀的运动而运动。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的调整装置为两套且相对刮刀中心位置对称排布。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的刮刀运动装置包括同步带轮、同步带、直线导轨、刮刀固定板；双输出行星减速器通过联轴器和转轴带动同步带轮旋转，然后通过同步带带动刮刀固定板进而带动刮刀实现铺粉方向的前后移动。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的控制器置于3D打印设备的真空箱体外，提高工件成形质量的3D打印刮刀集成装置的其余部件置于真空箱体内，驱动伺服电机直接连接到双输出行星减速器的输入端法兰盘，双输出行星减速器直接固定到真空箱开孔壁板，安装端面装有密封圈防止真空箱漏气；除驱动伺服电机与双输出行星减速器以外的刮刀、刮刀运动装置以及刮刀调整装置通过两侧刮刀固定板安装到真空箱壁板上。