CN209813087U - 一种刮刀装置、铺粉装置及增材制造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种刮刀装置、铺粉装置及增材制造设备，所述刮刀装置包括刮刀架，用于在平行于所述成型平面上的第一方向做往复直线运动，所述刮刀架上设置有用于将成型平面上粉材刮平的刮刀；以及，故障处理机构，设置于所述刮刀架上，并被配置为当所述成型平面上形成有凸出部时用于机械去除所述凸出部。本实用新型的优点在于，通过故障处理机构去除所述凸出部，避免卡刀现象的发生，缩短工件成型时间，提高成型效率。

Description

一种刮刀装置、铺粉装置及增材制造设备

技术领域

本实用新型涉及增材制造技术领域，具体涉及一种刮刀装置、铺粉装置及增材制造设备。

背景技术

增材制造技术又被称之为3D打印技术，是一种以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件与数控成型系统将专用材料按照熔融、烧结、光固化、喷射等方式逐层堆积进而制造出实体工件的方式。

增材制造的一种常用工艺方式是在成型平台上逐层铺设粉材，然后通过高能束对每一层的粉材扫描成型，随着粉材层数的增加，三维实体工件最终成型。在制造过程中，每一次铺设粉材都需要采用刚性的刮刀将粉材刮平，然而，在高能束扫描的过程中，由于受成型平台的精度、成型参数、高能束扫描时的瞬时稳定性等因素的影响，导致工件在成型高度方向上产生尺寸误差而在成型平面上形成凸出部，进而在铺粉过程中刮刀会与凸出部发生刮擦、碰撞，严重时甚至出现卡刀现象，一旦出现卡刀现象则需要停机并由人工消除故障，从而造成工件成形时间延长，生产效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于消除成型平台上出现的凸出部进而避免卡刀，提高生产效率的刮刀装置、铺粉装置及增材制造设备。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种刮刀装置，用于铺平3D成型平面上的粉材，所述刮刀装置包括：

刮刀架，用于在平行于所述成型平面上的第一方向做往复直线运动，所述刮刀架上设置有用于将成型平面上粉材刮平的刮刀；以及，

故障处理机构，设置于所述刮刀架上，并被配置为当所述成型平面上形成有凸出部时用于机械去除所述凸出部。

可选地，所述刮刀装置还包括锁定机构，用于锁定所述刮刀架以使所述刮刀架相对于所述成型平面保持静止。

可选地，所述故障处理机构包括传动机构和敲打件，所述传动机构用于带动所述敲打件击打所述凸出部直至敲碎所述凸出部。

可选地，所述敲打件的最大宽度沿平行于成型平面的第二方向延伸，且所述第二方向垂直于所述第一方向。

可选地，所述传动机构用于带动所述敲打件在垂直于所述成型平面的方向上运动以击打所述凸出部。

可选地，所述敲打件为斜面攻锥。

可选地，所述故障处理机构包括导向机构和切削件，所述导向机构设置在所述刮刀架上，所述切削件可移动地设置在所述导向机构上；所述切削件移动至与所述凸出部接触而对所述凸出部进行切削。

可选地，所述切削件为磨具或锉刀。

可选地，所述导向机构包括一导轨，所述导轨在平行于成型平面的第二方向上延伸，所述切削件在第二方向上做往复移动对所述凸出部进行切削；且所述第二方向垂直于所述第一方向。

可选地，所述刮刀装置还包括监测机构，所述监测机构用于监测所述成型平面上是否形成有凸出部；

当所述监测机构监测到所述成型平面上形成有凸出部时，所述故障处理机构启动对所述凸出部进行处理。

可选地，所述刮刀装置还包括控制机构，分别与所述监测机构和所述故障处理机构通讯连接；

所述监测机构用于将成型平面上形成有凸出部的故障信息发送给所述控制机构，所述控制机构用于根据所述故障信息控制所述故障处理机构启动。

此外，为实现上述目的，本实用新型提供一种铺粉装置，其包括如上述的一种刮刀装置。

另外，为实现上述目的，本实用新型提供的一种增材制造设备，其包括如上述的一种铺粉装置。

与现有技术相比，本实用新型的刮刀装置、铺粉装置及增材制造设备具有如下优点：

本实用新型的刮刀装置包括刮刀架和设置于刮刀架上并随所述刮刀运动的故障处理机构，通过所述故障处理机构去除成型平面上形成的凸出部，从而避免卡刀现象的发生，进而缩短工件的成型时间，提高工作效率。同时本刮刀装置直接机械去除凸出部而不会增加单层粉材的厚度，这样不会影响到粉材的烧结质量，进而保持或提升了工件成品合格率。

附图说明

图1是本实用新型根据第一实施例提供的刮刀装置的结构示意图；

图2是图1所示的刮刀装置去除成型平面上的凸出部时的示意图；

图3是图1所示刮刀装置中的故障处理机构的结构示意图；

图4是图1所示刮刀装置中所述故障处理机构的一种替换结构；

图5是图1所示刮刀装置中所述故障处理机构的另一种替换结构；

图6是本实用新型根据第二实施例提供的刮刀装置的结构示意图，其中切削件为磨具；

图7是图6所示的刮刀装置去除成型平面上的凸出部时的示意图；

图8是图6所示刮刀装置中的故障处理机构的结构示意图；

图9本实用新型根据第二实施例提供的刮刀装置的结构示意图，其中切削件为锉刀；

图10是图9所示的刮刀装置去除成型平面上的凸出部时的示意图；

图11是本实用新型根据一实施例提供的双向铺粉装置中的刮刀装置的结构示意图。

图中：

1100-刮刀架；

1200-故障处理机构；

1210-传动机构；1220-敲打件；1230-连接杆；1240-导向机构；1241-第二导轨；1242-第三导轨；1250-切削件；

1300-刮刀；

1400-第一导轨；

1500-第一驱动机构；

1600-限位件。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本实用新型提出的各种实施例作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，以及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

如背景技术所述，高能束在对每一层粉材扫描成型时由于受成型平台的精度、成型参数、高能束扫描时的瞬时稳定性等因素的影响，导致工件在成型高度方向上产生尺寸误差而在成型平面上形成凸出部，进而影响刮刀铺粉的工作。针对此问题，目前已有生产厂家开发了一种刮刀故障自动处理方法，该方法首先检测用于驱动刮刀的伺服电机的当前扭矩是否超过预设值，若超过，则判定成型平面上形成有凸出部，此时启动刮刀故障自动处理程序；刮刀自动处理程序包括如下步骤：将成型平台下降A高度，执行刮刀故障复位命令，使刮刀归零并回到初始位置；随后在成型平面上铺粉，并使成型平台上升A高度，刮刀再次执行铺粉工作，若刮刀能够成功通过当前粉层的成型区域，则刮刀故障自动处理程序结束，若刮刀未能成功通过当前粉层的成型区域，则重复上述操作。该方式通过向成型平面上增加当前粉层的层厚以消除凸出部对刮刀的影响，但增加粉层的厚度会影响到粉材的烧结质量，进而降低工件成品合格率。

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种刮刀装置，该刮刀装置能够在不增加粉层厚度的情况下消除凸出部对刮刀的影响。

如图1及图2所示，所述刮刀装置包括刮刀架1100和故障处理机构1200，所述刮刀架1100用于在平行于成型平面2000的第一方向做往复直线运动，且所述刮刀架1100上设置有刮刀1300；所述故障处理机构1200设置于刮刀架1100上并被配置为当所述成型平面2000上形成有凸出部2100时用于机械去除所述凸出部2100。在本实用新型实施例中，所述成型平面2000可呈矩形，所述矩形的成型平面2000的长边和短边分别沿三维坐标系中的X轴和Y轴延伸，前述的第一方向可为所述的Y轴方向。

具体地，所述刮刀装置可包括第一导轨1400，所述第一导轨1400的长度沿所述Y轴方向延伸。所述刮刀1300的最大宽度沿所述X轴方向延伸并不小于所述成型平面2000在所述X轴方向上的边长。另外，所述刮刀架1100可移动地设置于所述第一导轨1400上，当所述刮刀架1100在所述第一导轨1400上从所述成型平面2000的一侧运动至另一侧时，带动所述刮刀1300同步运动进而铺平所述成型平面2000上的粉材；而当所述成型平面2000上形成有所述凸出部2100时，所述凸出部2100阻碍所述刮刀1300运动，此时启动故障处理机构1200工作以机械去除所述凸出部2100。

实际上，本实施例的刮刀架1100、刮刀1300及第一导轨1400均可采用与现有技术中的刮刀装置完全相同的配置。换句话说，在现有的刮刀装置上增加故障处理机构1200，以去除所述成型平面2000上形成的凸出部2100进而达到避免卡刀的目的，同时因本刮刀装置是直接机械去除凸出部2100而不会增加成型平面2000上单层粉材的厚度，这样不会影响到粉材的烧结质量，进而保持或提升了工件成品合格率。

较佳地，所述刮刀装置还可包括锁定机构(图中未示出)，当所述故障处理机构1200去除所述成型平面2000上形成的所述凸出部2100时，所述锁定机构用于锁定所述刮刀架1100以使所述刮刀架1100在所述第一导轨1400上保持固定，从而故障处理机构1200能够准确地去除凸出部2100。实践中，所述锁定机构可以是任何能够起到制动作用并将所述刮刀架1100固定于所述第一导轨1400上的构件，例如锁定机构是一通过电机驱动旋转的锁紧螺栓，通过该锁紧螺栓的紧固而将所述刮刀架1100固定在所述第一导轨1400上。

作为进一步的优化，所述刮刀装置还包括监测机构(图中未示出)，所述监测机构用于监测所述成型平面2000上是否形成有所述凸出部2100，当所述监测机构监测到所述成型平面2000上形成有凸出部2100时，便可启动所述故障处理机构1200对所述凸出部2100进行处理。详细地，所述刮刀装置包括用于驱动所述刮刀架1100在所述第一导轨1400上运动的第一驱动机构1500，所述第一驱动机构1500可为伺服电机，该伺服电机具有预设的输出扭矩值，所述监测机构可用于监测所述伺服电机的当前输出扭矩值，若所述当前输出扭矩值大于所述预设扭矩值时，可判定所述成型平面2000上形成有所述凸出部2100，此时应启用所述故障处理机构1200工作以去除所述凸出部2100。

更优地，所述刮刀装置还包括一控制机构(图中未示出)，所述控制机构分别与所述监测机构通讯连接、所述故障处理机构1200通讯连接，所述伺服电机的预设输出扭矩值被存储于所述控制机构中，所述控制机构接收所述监测机构测得的伺服电机的当前输出扭矩值，并将该当前输出扭矩值与所述预设输出扭矩值进行比较，若所述当前输出扭矩值大于所述预设输出扭矩值，则所述控制机构向所述故障处理机构1200发送信号以启动所述故障处理机构1200工作。

所述故障处理机构1200的具体结构可以有多种实现形式，以下将结合附图对其优选结构和工作原理作进一步的说明，但这不应构成对本实用新型的限制。

图1及图2示出了第一实施例中的刮刀装置的结构示意图。如图1和图2所示，所述故障处理机构1200包括传动机构1210和敲打件1220，所述传动机构1210用于带动所述敲打件1220击打所述凸出部2100直至将所述凸出部2100敲碎。

详细地，如图3所示，所述传动机构1210可为曲柄连杆组件，所述敲打件1220通过一连接杆1230与所述曲柄连杆组件相连接。所述曲柄连杆组件带动所述敲打件1220绕一轴线在竖直方向上转动，进而击打所述凸出部2100，直至将所述凸出部2100完全敲碎，使所述刮刀1300能够顺利通过所述成型平面2000为止。具体地，所述控制机构内可预设每次所述故障处理机构1200工作时所述敲打件1220的敲打次数。当所述敲打件1220完成预定次数的敲击后，所述故障处理机构1200结束当次工作，同时所述锁定机构解除对所述刮刀架1100的锁定，所述伺服电机驱动所述刮刀架1100在所述第一导轨1400上运动，若所述刮刀1300顺利通过所述成型平面2000，则当前层的铺粉工作完成；若所述刮刀1300运动时，所述监测机构仍监测到伺服电机的当前输出扭矩值大于预设输出扭矩值，则控制机构控制所述故障处理机构1200再次执行处理工作。应知晓，本实用新型对所述故障处理机构1200每次工作时所述敲打件1220的预定敲打次数并不作限定，其由本领域技术人员根据实践经验来确定。

所述刮刀架1100上还可设置限位件1600，以限定所述敲打件1220的转动角度，避免敲打件1220的转角过大而在所述成型平面2000上形成凹坑。

进一步地，所述故障处理机构1200还包括用于驱动所述传动机构1210运动的第二驱动机构(图中未示出)，本实施例中，所述第二驱动机构可具体为气缸或电动推杆等伸缩件。所述第一驱动机构1500和第二驱动机构均与所述控制机构通讯连接，使这些驱动机构根据控制机构发送的信号启动或停止。

所述敲打件1220具体可为一斜面攻锥，且其最大宽度沿X轴方向延伸并与所述成型平面2000的X轴方向上的边长相匹配为佳，如此所述敲打件1220可处理沿X轴方向延伸的凸出部2100。

本实施例中，所述刮刀装置的工作过程如下：

所述刮刀装置工作前，如图1所示，所述故障处理机构1200位于所述刮刀1300的上方而不干涉所述刮刀1300的工作；

所述成型平面2000上铺洒有粉材，所述伺服电机驱动所述刮刀架1100带动所述刮刀1300从成型平面2000的一侧向另一侧运动，在运动过程中，所述刮刀1300用于刮平所述成型平面2000上的粉材；若所述成型平面2000上未形成所述凸出部2100，所述刮刀1300顺利通过所述成型平面2000，则所述故障处理机构1200始终不工作；

当所述成型平面2000上形成有所述凸出部2100时，所述刮刀1300运动至所述凸出部2100处，所述凸出部2100对所述刮刀造成阻碍，同时伺服电机的当前输出扭矩大于所述预设输出扭矩，进而所述控制机构控制所述伺服电机驱动所述刮刀架1100后退，然后所述控制机构控制所述第二驱动机构驱动所述传动机构1210运动，并带动所述敲打件1220反复击打所述凸出部2100直至所述凸出部2100被敲平而不再阻碍所述刮刀1300的运动为止。这里，所述刮刀架1100后退的距离以所述敲打件1220能够敲击所述凸出部2100为准，具体依据所述传动机构1210、连接杆1230的尺寸以及故障处理机构1200的安装位置来确定，但应理解，该距离是本领域技术人员可根据实际情况计算得到并预存于所述控制机构中的。

此外，还应理解，上述的曲柄连杆组件仅是一种可以带动所述敲打件1220运动的方式，实际上也可采用其他传动机构带动所述敲打件1220在竖直方向上做往复运动，例如如图4所示的结构中，利用凸轮1211的转动带动所述敲打件1220在竖直方向上转动；或，在如图5所示的结构中，通过凸轮1211的转动带动所述敲打件1220在竖直方向上做往复直线运动以敲打所述凸出部2100，此两种传动机构可通过电机驱动运动。

图6及图7示出了第二实施例中的刮刀装置的结构示意图。本实施例中，所述故障处理机构1200包括导向机构1240和切削件1250。所述导向机构1240设置在所述刮刀架1100上，所述切削件1250可移动地设置在所述导向机构1240上；所述切削件1250移动至与所述凸出部2100接触而对所述凸出部2100进行切削。

如图8所示，所述导向机构1240可包括第二导轨1241和第三导轨1242，所述第二导轨1241水平布置并垂直于所述第一导轨1400，即所述第二导轨1241沿所述X轴方向延伸；所述第三导轨1242竖立布置，且其下端与所述第二导轨1241相连通，所述切削件1250可滑动地设置于所述导向机构1240中；当所述成型平面2000上未形成所述凸出部2100时，所述切削件1250被固定于所述第三导轨1242的上，以使所述切削件1250位于所述刮刀1300的上方；当所述成型平面2000上形成有所述凸出部2100时，所述切削件1250运动至第二导轨1241并在所述第二导轨1241上来回运动以切削所述凸出部2100。

所述切削件1250可为磨具，即所述磨具磨削所述凸出部2100。或者，如图9及图10所示，所述切削件1250为锉刀，即所述锉刀挫削所述凸出部2100，锉刀具有工作面积大，能够快速去除所述凸出部2100的优点。

与第一实施例中所述的刮刀装置的使用方法类似，本实施例中，首先所述刮刀架1100带动所述刮刀1300运动以刮平所述成型平面2000上的粉材；当所述成型平面2000上形成有所述凸出部2100时，所述凸出部2100阻碍所述刮刀1300运动从而造成所述伺服电机的输出扭矩值大于所述预设扭矩值，随后控制机构控制伺服电机带动所述刮刀架1100后退以使所述刮刀1300远离所述凸出部2100，再由控制机构控制所述故障处理机构1200工作以去除所述凸出部2100，同样地，所述控制机构内可预设每次所述故障处理机构1200工作时所述切削件1250在所述第二导轨1241上来回运动的次数。

另外，在本实施例中，所述故障处理机构1200还包括第三驱动机构(图中未示出)和第四驱动机构(图中未示出)其中所述第三驱动机构用于驱动所述切削件1250从所述第三导轨1242运动至所述第二导轨1241，所述第四驱动机构用于驱动所述切削件1250在所述第二导轨1241上往复运动，所述第三驱动机构和所述第四驱动机构均与所述控制机构通讯连接。

进一步地，本实用新型实施例还提供了一种包括有前述任一种刮刀装置的铺粉装置，用于在3D成型平台2000上铺设粉材。所述铺粉装置既可以是单向铺粉装置也是双向铺粉装置，当所述刮刀装置应用于所述单向铺粉装置时，所述刮刀装置上仅需设置一个故障处理机构1200，而当所述铺粉装置为双向铺粉装置时，所述刮刀装置上可设置两个故障处理机构1200，且两个所述故障处理机构1200沿Y轴方向布置，并分别位于所述刮刀1300的两侧，即如图11所示。

再进一步地，本实用新型实施例还提供了一种包括有前述铺粉装置的增材制造设备，用于通过3D打印技术成型工件。

虽然本实用新型披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种刮刀装置，用于铺平3D成型平面上的粉材，其特征在于，所述刮刀装置包括：

刮刀架，用于在平行于所述成型平面上的第一方向做往复直线运动，所述刮刀架上设置有用于将成型平面上粉材刮平的刮刀；以及，

故障处理机构，设置于所述刮刀架上，并被配置为当所述成型平面上形成有凸出部时用于机械去除所述凸出部。

2.根据权利要求1所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述刮刀装置还包括锁定机构，用于锁定所述刮刀架以使所述刮刀架相对于所述成型平面保持静止。

3.根据权利要求1或2所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述故障处理机构包括传动机构和敲打件，所述传动机构用于带动所述敲打件击打所述凸出部直至敲碎所述凸出部。

4.根据权利要求3所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述敲打件的最大宽度沿平行于成型平面的第二方向延伸，且所述第二方向垂直于所述第一方向。

5.根据权利要求4所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述传动机构用于带动所述敲打件在垂直于所述成型平面的方向上运动以击打所述凸出部。

6.根据权利要求3所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述敲打件为斜面攻锥。

7.根据权利要求1或2所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述故障处理机构包括导向机构和切削件，所述导向机构设置在所述刮刀架上，所述切削件可移动地设置在所述导向机构上；所述切削件移动至与所述凸出部接触而对所述凸出部进行切削。

8.根据权利要求7所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述切削件为磨具或锉刀。

9.根据权利要求7所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述导向机构包括一导轨，所述导轨在平行于成型平面的第二方向上延伸，所述切削件在第二方向上做往复移动对所述凸出部进行切削；且所述第二方向垂直于所述第一方向。

10.根据权利要求1或2所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述刮刀装置还包括监测机构，所述监测机构用于监测所述成型平面上是否形成有凸出部；

当所述监测机构监测到所述成型平面上形成有凸出部时，所述故障处理机构启动对所述凸出部进行处理。

11.根据权利要求10所述的一种刮刀装置，其特征在于，所述刮刀装置还包括控制机构，分别与所述监测机构和所述故障处理机构通讯连接；

所述监测机构用于将成型平面上形成有凸出部的故障信息发送给所述控制机构，所述控制机构用于根据所述故障信息控制所述故障处理机构启动。

12.一种铺粉装置，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的一种刮刀装置。

13.一种增材制造设备，其特征在于，包括如权利要求12所述的一种铺粉装置。