CN114986654A - 一种3d打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，包括：刮料装置以及位于刮料装置行进方向上的辊筒，辊筒正下方的浆料经过辊筒转动后产生的运动方向与刮料装置的刮料方向相一致。通过辊筒的旋转运动降低高粘度陶瓷浆料的粘性，使得3D打印设备不再受到陶瓷浆料粘度的影响，从而提升打印成功率及打印件的尺寸精度，且本发明的结构设计可减少刮刀刃口压力，使得打印件层间结合更加牢固，满足对不同粘度陶瓷浆料的使用需求。

Description

一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统。

背景技术

目前通常采用平台下沉式打印方式打印高粘度的陶瓷浆料，此打印方式中陶瓷浆料的铺覆装置对打印零件的成型精度有着决定性的作用，目前大多是采用刮刀或刮板进行浆料的均匀铺覆。但是随着打印的层层叠加，即叠加至一定高度后经常出现局部打印面翘边的情况，严重时还会出现打印件被刮刀推倒的现象发生，其原因如下：

第一，打印层局部翘边：由于打印层局部尺寸较为精密小巧，使其在固化后上下打印面层间结合不牢固，且打印平台402上的陶瓷浆料401属于非牛顿流体，具有射流胀大的特征，陶瓷刮板403沿行进方向V3移动时最终造成该局部固化层被浆料挤压翘起的现象产生，如图1所示，严重时会导致该局部地区被刮刀翘翻的现象，最终导致打印失败。

第二，打印件被推倒：为了保证打印零件的尺寸精度，陶瓷刮板403与打印平台402的间隙大致为几十微米，由于陶瓷浆料401的流动性较差，在铺覆过程中对陶瓷刮板403产生阻力f，由于铺覆浆料时陶瓷刮板403处于匀速状态效果最佳，陶瓷刮板403对浆料的压力F在陶瓷刮板403运行方向的推力Fx等于浆料产生的阻力f，由此得知阻力f越大，陶瓷刮板403对浆料的压力F就越大，打印零件404被推倒的现象更容易发生，如图2所示。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，包括：刮料装置以及位于所述刮料装置行进方向上的辊筒，所述辊筒正下方的浆料经过所述辊筒转动后产生的运动方向与所述刮料装置的刮料方向相一致。

进一步的，所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，还包括：辊筒装置；所述辊筒装置包括：辊筒支架、支撑座、带轮、传动皮带及第一电机；所述辊筒支架的两端均设置有所述支撑座，所述辊筒的两端通过轴承与所述支撑座连接，所述带轮设置在所述辊筒的端部，且所述带轮通过所述传动皮带与所述第一电机的动力输出端连接。

进一步的，所述辊筒表面加工为网穴结构；所述网穴结构包括：螺纹形网穴结构、四棱台形网穴结构、六棱台形网穴结构、四棱锥形网穴结构、直线沟槽形网穴结构。

进一步的，所述辊筒两侧靠近所述支撑座的位置处加工有外螺纹，并且两侧外螺纹的旋向相反。

进一步的，所述刮料装置包括：翘板、刀架及刮刀；所述刮刀通过所述刀架固定在所述翘板的两侧，所述刀架上开设凹槽，所述翘板上设置与所述凹槽适配的凸块。

进一步的，所以辊筒与打印平台之间的距离大于所述刮刀与打印平台之间的距离。

进一步的，所述刮料装置还包括：驱动机构；所述驱动机构包括：第二电机、转杆、连杆、压板、弹簧及活塞；所述转杆一端与所述第二电机的动力输出端连接，另一端与所述连杆铰接，所述压板与所述翘板连接，且所述压板内开设空腔，所述弹簧位于所述空腔内，所述活塞伸入所述空腔内且与所述弹簧连接，所述连杆与所述活塞铰接。

进一步的，所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，还包括：滑板装置；所述滑板装置包括：滑板主体、导轨、动力皮带、第三电机；所述滑板主体上设置轴承座，所述轴承座通过销轴与所述翘板连接；所述滑板主体与所述导轨的运动件连接，且所述滑板主体与所述动力皮带连接，所述动力皮带与所述第三电机的动力输出端连接。

进一步的，所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，还包括：定位装置；所述定位装置包括：微调螺栓及定位块，所述微调螺栓设置在所述翘板上，所述定位块设置在所述滑板主体上。

进一步的，所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，还包括：锁紧装置；所述锁紧装置包括：电磁铁及金属块，所述电磁铁设置在所述翘板上，所述金属块设置在所述滑板主体上。

本发明所带来的有益效果：通过辊筒的旋转运动降低高粘度陶瓷浆料的粘性，使得3D打印设备不再受到陶瓷浆料粘度的影响，从而提升打印成功率及打印件的尺寸精度，且本发明的结构设计可减少刮刀刃口压力，使得打印件层间结合更加牢固，满足对不同粘度陶瓷浆料的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于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它的附图。

图1是射流胀大现象的示意图；

图2是陶瓷刮板受力示意图；

图3是本发明一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统的结构示意图；

图4是本发明滑板装置的结构示意图；

图5是本发明刮料装置的结构示意图；

图6是本发明辊筒装置的结构示意图；

图7是本发明辊筒与刮刀的位置示意图；

图8是本发明辊筒的结构示意图；

图9是图8的A部放大图；

图10是图8的B部放大图；

图11是螺纹形网穴结构的示意图；

图12是四棱台形网穴结构的示意图；

图13是六棱台形网穴结构的示意图；

图14是四棱锥形网穴结构的示意图；

图15是直线沟槽形网穴结构的截面图；

图16是本发明定位装置与锁紧装置的结构示意图；

图17是本发明驱动机构的结构示意图；

图18是本发明转杆、连杆与活塞的连接示意图；

图19是图5的C部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3-19所示，本发明提供一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，实现将不同粘度的光固化高粘度陶瓷浆料进行高精度的均匀铺覆，解决了3D打印机因为陶瓷浆料粘度过高而出现无法铺覆完成，最终造成打印产品质量和精度不佳等情况。

本发明的刮刀系统包括：滑板装置100、刮料装置200、辊筒装置300、定位装置及锁紧装置。

滑板装置100为该系统的安装平台，用于承载刮料装置200与辊筒装置300，同时为两者提供稳定的安装与工作状态，并且滑板装置100本身保持较高的定位精度。

如图3-4所示，滑板装置100包括：滑板主体101、导轨、动力皮带105、第三电机102、轴承座106。

滑板装置100的主体结构为铝材加工的滑板主体101。滑板主体101与导轨的运动件103连接，导轨的承导件104铺设在打印平台上，运动件103可沿承导件104移动，因此，滑板主体101可沿导轨在打印平台402的上方移动。

运动件103与滑板主体101的安装面进行高精度加工，使滑板主体101安装在运动件103上后，运动件103与滑板主体101受到的载荷均匀分布，保证装置定位精度的同时延长运行时间。

滑板主体101与动力皮带105连接，动力皮带105与第三电机102的动力输出端连接。第三电机102的动力输出端转动时带动动力皮带105移动，进而带动滑板主体101移动。通过运动件103和第三电机102的脉冲控制提高了滑板装置100在运动过程中的定位精度。

轴承座106设置在滑板主体101上，滑板装置100通过轴承座106与刮料装置200连接，轴承座106起到旋转支撑的作用，以实现滑板装置100可在滑板主体101上进行摆动。滑板装置100移动时带动刮料装置200移动，滑板装置100移动时将打印平台402上的浆料刮平。

刮料装置200安装在滑板装置100上，保证了刮刀可与滑板主体101同时进行往复运动，以此完成将浆料铺覆至打印平台402的效果，且每层铺料层厚的误差在微米级别，保证了打印零件的高质量、高精度。

如图3、5所示，刮料装置200包括：翘板201、刮刀203、刀架205、驱动机构206。

刮料装置200的主体结构为有一定角度的翘板201。刮刀203通过刀架205固定在翘板201的两侧，具体的，刮刀203通过螺栓固定在刀架205上，刀架205通过螺栓固定在翘板201上，这样就可以通过翘板201两侧的往复摆动完成刮刀的切换。

在翘板201端面的中间位置设置销轴，翘板201通过销轴与滑板装置100连接，具体的，销轴与轴承座106中的轴承的内圈连接，因此，翘板201以销轴为旋转中心可进行摆动，翘板201摆动时使两侧的刮刀203在高度方向上进行移动，从而实现两侧刮刀的切换。

如图19所示，刀架205上开设凹槽202，翘板201上设置与凹槽202适配的凸块204，两者配合使用可进行刮刀的快速安装与定位。

如图16所示，定位装置包括：微调螺栓8及定位块9。

微调螺栓8设置在翘板201上，定位块9设置在滑板主体101上，与微调螺栓8的位置相对应。定位装置起到限位作用，在滑板装置100与刮料装置200的两侧均设置有定位装置。当刮料装置200向其中一侧摆动时，当前侧的微调螺栓8会撞击到当前侧的定位块9，使得翘板201无法再继续向当前摆动方向进行摆动，即可保证刮刀203与打印平台402之间的间距是固定的，为刮刀203切换提供了重复定位精度，可通过调整微调螺栓8伸出的长度调整刮刀203与打印平台之间的间距。

如图16所示，锁紧装置包括：电磁铁10及金属块11。

电磁铁10设置在翘板201上，金属块11设置在滑板主体101上。锁紧装置起到锁住刮料装置200的作用，在滑板装置100与刮料装置200的两侧均设置有锁紧装置。当刮刀切换完成后，即可为当前侧的电磁铁10通电，使得电磁铁10吸住当前侧的金属块11，当刮刀切换至另外一侧时使得另外一侧的电磁铁10通电即可。本发明通过电磁铁10与金属块11之间的相互吸力使切换后的刮刀位置保持不动，保证了刮刀位置的稳定，使单层铺料的层厚一致。

由于锁紧装置内电磁铁10与金属块11之间的间隙越小，吸力越大，刮刀运行过程中越稳定，所以需要尽量减小间隙的宽度。但是电磁铁10与金属块11之间若不存在间隙，两者之间会相互碰撞磨损，不仅降低打印过程中刮刀的稳定性，还影响刮刀的定位精度，因此在不影响刮刀定位精度的同时应使间隙尽可能的小。本发明可通过调节具有细牙螺纹的微调螺栓8来改变电磁铁10与金属块11之间的间隙，使电磁铁10在不接触对方的情况下提供最大吸力。目前可以用塞尺调试测量，间隙可调至几十微米。

刮刀在切换过程中通过驱动机构206实现上下的往复切换运动。如图17-18所示，驱动机构206包括：第二电机12、转杆13、连杆14、压板15、弹簧16及活塞17。

转杆13一端与第二电机12的动力输出端连接，另一端与连杆14铰接。压板15与翘板201其中一侧连接，且压板15内开设空腔，弹簧16位于空腔内，活塞17伸入空腔内且与弹簧16连接，连杆14与活塞17铰接。

第二电机12、转杆13、连杆14与活塞17组成曲柄连杆机构，将第二电机12的旋转运动转换为活塞17的直线运动。活塞17在上下移动时带动翘板201进行摆动，从而实现刮料装置两侧刮刀的切换。

现有技术中刮刀切换方式均需要经过零件之间的摩擦碰撞才可完成切换，例如离合凸轮切换方式及撞针切换方式。切换机构经过长时间多次数的摩擦碰撞后，会出现零件损耗的现象，使得切换零件的工作寿命缩短，无法保证每次均可切换成功，因此需经常对零件进行检查、测试和更换。若不及时发现并处理该现象，将导致后续打印过程中刮刀无法切换的现象产生，进而导致打印层的层间结合不牢固，打印件结构不稳定，严重时还会导致打印失败。

本发明利用驱动机构取代现有技术中摩擦碰撞的切换方式，可大幅降低零件损耗，具有使用寿命长的优点，而且切换方式简单、稳定、可靠。

本发明的活塞17与压板15及弹簧16配合使用，起到缓冲作用。切换过程中，第二电机的旋转运动转变成活塞17的上推下拉往复运动，通过活塞17在往复运动中挤压压板15内的弹簧16，使压板15与翘板201一同做上起下落的往复运动，完成刮刀的往复切换。并且弹簧16作为缓冲件，使微调螺栓8在切换的过程对定位块9所产生的冲击力载荷减小，使翘板201在切换过程中以平缓顺滑的回旋摆动完成刮刀203的往复切换。

由于定位装置在定位过程中会产生碰撞，该过程会产生无法避免的冲击载荷，冲击载荷越大，定位块9表面产生形变越剧烈，造成单层打印层厚变薄或空打的现象，且增加零件的更换频率，占用设备的工作时间，影响打印进度，因此需尽可能的减少定位过程中的冲击载荷。因此，本发明设计弹簧16作为缓冲件，使微调螺栓8在切换的过程对定位块9所产生的冲击力载荷进一步减小，在兼顾到定位精度的前提下，最大程度的降低了各结构之间的磨耗程度，延长了定位装置的工作寿命。

辊筒装置300安装在滑板主体101下表面两侧。

如图6-10所示，辊筒装置300包括：支撑座301、辊筒302、辊筒支架303、带轮304、传动皮带305及第一电机306。

辊筒支架303通过螺栓安装在滑板主体101下表面。辊筒支架303的两端均设置有支撑座301，辊筒302的两端通过轴承与支撑座301连接，具体的，可在辊筒302两端加工出销轴，销轴与轴承的内圈连接，轴承的外圈与支撑座301连接，从而实现辊筒302可在辊筒支架303上自由旋转。

带轮304设置在辊筒302的端部，即设置在辊筒302穿过轴承的部分上，带轮304通过传动皮带305与第一电机306的动力输出端连接。第一电机306设置在滑板主体101上，第一电机306运转时带动传动皮带305移动，从而带动带轮304转动，进而带动辊筒302转动。

如图7所示，辊筒302位于刮料装置200行进方向上，具体是位于刮刀203的行进方向，刮刀203的行进方向即为刮料装置200的铺覆方向。通过传动皮带305使辊筒302与滑板装置上的第一电机306保持同步转动，通过第一电机306主动控制实现辊筒302的多种转速，让经过辊筒302回旋的浆料均可发生剪切变稀的现象，降低浆料被刮刀203铺覆时的粘度，以满足装置对不同粘度浆料均可打印的需求。

高速转动中的辊筒302使周围区域内浆料均具有流动性，并且辊筒302正下方的浆料经过辊筒302转动后产生的运动方向V1与刮料装置200的铺覆方向V2相同，该现象的出现会减少浆料对刮刀203的阻力，最终降低刮刀203对浆料的压力，进而减少打印零件在打印过程中被刮刀203推倒的风险，使浆料更加顺利的被铺覆至打印面上。

辊筒302作用是辅助刮刀，需预留足够的浆料给刮刀铺覆，因此辊筒302与打印平台402之间的距离大于刮刀203与打印平台402之间的距离。

辊筒302表面加工为网穴结构，网穴结构是指在辊筒302表面开设出均匀分布的网穴，且网穴的大小、形状、深度都是相同的。如图11-15所示，网穴结构包括：螺纹形网穴结构、四棱台形网穴结构、六棱台形网穴结构、四棱锥形网穴结构、直线沟槽形网穴结构。通常情况下网穴深度越大，越密集，效果更明显。辊筒302表面的网穴可以将刮刀203与辊筒302之间堆积的过多浆料转移。通过减少刮刀刃口前浆料的浓度，降低射流胀大现象对打印件的影响，使打印过程中局部翘边的现象减少。

如图8-10所示，辊筒302两侧靠近支撑座301的位置处加工有外螺纹，并且两侧外螺纹的旋向相反。反螺纹结构在辊筒302的高速旋转时形成动密封，使打印过程中螺纹处的浆料被转送至辊筒中间，防止浆料在打印过程中进入轴承导致轴承损坏。图9中，辊筒302的转动方向为V4，浆料的运动方向为V5。图10中，辊筒302的转动方向为V6，浆料的运动方向为V7。

本发明将辊筒应用于打印高粘度陶瓷浆料401中，用于辅助刮刀进行浆料的铺覆，通过辊筒的转动可以降低浆料的粘度，降低了浆料射流胀大现象和其所受刮刀刃口处的压力，在保证打印精度的同时提高了打印的成功率和生产效率。

辊筒的回转运动在打印过程中可降低陶瓷浆料对刮刀的粘附程度，可避免打印零件被刮刀和陶瓷浆料401推倒的现象发生，保证刮刀每次都可将高粘度的陶瓷浆料401铺覆至打印平台402上，大幅提升刮料成功率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，包括：刮料装置以及位于所述刮料装置行进方向上的辊筒，所述辊筒正下方的浆料经过所述辊筒转动后产生的运动方向与所述刮料装置的刮料方向相一致。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，还包括：辊筒装置；

所述辊筒装置包括：辊筒支架、支撑座、带轮、传动皮带及第一电机；

所述辊筒支架的两端均设置有所述支撑座，所述辊筒的两端通过轴承与所述支撑座连接，所述带轮设置在所述辊筒的端部，且所述带轮通过所述传动皮带与所述第一电机的动力输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，所述辊筒表面加工为网穴结构；

所述网穴结构包括：螺纹形网穴结构、四棱台形网穴结构、六棱台形网穴结构、四棱锥形网穴结构、直线沟槽形网穴结构。

4.根据权利要求3所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，所述辊筒两侧靠近所述支撑座的位置处加工有外螺纹，并且两侧外螺纹的旋向相反。

5.根据权利要求4所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，所述刮料装置包括：翘板、刀架及刮刀；所述刮刀通过所述刀架固定在所述翘板的两侧，所述刀架上开设凹槽，所述翘板上设置与所述凹槽适配的凸块。

6.根据权利要求5所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，所以辊筒与打印平台之间的距离大于所述刮刀与打印平台之间的距离。

7.根据权利要求6所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，所述刮料装置还包括：驱动机构；

所述驱动机构包括：第二电机、转杆、连杆、压板、弹簧及活塞；

所述转杆一端与所述第二电机的动力输出端连接，另一端与所述连杆铰接，所述压板与所述翘板连接，且所述压板内开设空腔，所述弹簧位于所述空腔内，所述活塞伸入所述空腔内且与所述弹簧连接，所述连杆与所述活塞铰接。

8.根据权利要求7所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，还包括：滑板装置；

所述滑板装置包括：滑板主体、导轨、动力皮带、第三电机；

所述滑板主体上设置轴承座，所述轴承座通过销轴与所述翘板连接；

所述滑板主体与所述导轨的运动件连接，且所述滑板主体与所述动力皮带连接，所述动力皮带与所述第三电机的动力输出端连接。

9.根据权利要求8所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，还包括：定位装置；所述定位装置包括：微调螺栓及定位块，所述微调螺栓设置在所述翘板上，所述定位块设置在所述滑板主体上。

10.根据权利要求9所述的一种3D打印陶瓷浆料粘度主动控制刮刀系统，其特征在于，还包括：锁紧装置；所述锁紧装置包括：电磁铁及金属块，所述电磁铁设置在所述翘板上，所述金属块设置在所述滑板主体上。

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