一种增材制造成形缸驱动机构、成形缸及增材制造设备

摘要

本发明公开了一种增材制造成形缸驱动机构，包括悬臂升降系统和动态补偿系统；悬臂升降系统包括悬臂和悬臂驱动机构，悬臂包括一安装于悬臂驱动机构上的安装端和一用于固定基板的自由端，悬臂驱动机构驱动悬臂上下进给；动态补偿系统与悬臂相连，为悬臂提供一向上的补偿力。本发明还公开了具有该驱动机构的成形缸和增材制造设备。本发明成形缸驱动机构，通过采用悬臂驱动机构代替活塞驱动机构，使得增材制造设备在有限高度的情况下，可成形高度大幅增加；同时，本发明通过设置动态补偿系统，为悬臂在下降过程中提供一个向上的补偿力，使悬臂在下降过程中的受力得到优化，提高了该成形缸驱动机构的稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于增材制造设备技术领域，具体涉及一种增材制造成形缸驱动机构，还涉及具有该驱动机构的成形缸和增材制造设备。

背景技术

增材制造技术是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式。其是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，利用高能束将材料进行逐层堆积，最终叠加成形，制造出实体产品。

现有增材制造设备的成形缸为了保证良好的金属粉末密封性，普遍采用活塞式升降机构，即：由丝杠从成形平台下方驱动成形平台上下进给，因此，丝杠的长度至少为成形高度的两倍。为了控制设备的整体高度，就会使得增材制造设备可成形零件的高度受到限制，如果为了增加设备的可成形高度，则会使成形平台下方的大量空间被丝杠所占用，使设备高度大幅度增加，进一步会带来设备组装、维护成本的大大增加，给设备的使用也会带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种增材制造成形缸驱动机构，解决现有驱动机构导致成型设备可成形高度受限的技术问题。

本发明的另一目的是提供具有上述驱动机构的成形缸和增材制造设备。

本发明所采用的一个技术方案是，一种增材制造成形缸驱动机构，包括悬臂升降系统和动态补偿系统；悬臂升降系统包括悬臂和悬臂驱动机构，悬臂包括一安装于悬臂驱动机构上的安装端和一用于固定基板的自由端，悬臂驱动机构驱动悬臂上下进给；动态补偿系统与悬臂相连，为悬臂提供一向上的补偿力。

该驱动机构的特点还在于：

上述动态补偿系统包括气缸、动滑轮系统、气压传感器和气压稳压器，气缸固设于悬臂驱动机构一侧，动滑轮系统包括传动轮、传动件及与传动轮轴相固连的传动轮支撑结构，传动轮通过传动轮支撑结构固定在气缸顶出杆顶端，跨过传动轮的传动件一端固定于悬臂上，另一端固定不动；气压传感器和气压稳压器位于气缸进气气路上，气压传感器用于测量气缸入口气压，气压稳压器用于驱动气缸并调节气缸的入口气压；所述驱动机构还包括用于检测并反馈悬臂受到的向下载荷力至驱动机构控制器的测量装置，驱动机构控制器根据向下载荷力控制气压稳压器调节气缸的入口气压。

上述测量装置为测量并反馈悬臂下降高度或悬臂驱动机构扭矩至所述驱动机构控制器的测量装置，所述驱动机构控制器根据悬臂下降高度或悬臂驱动机构扭矩计算悬臂受到的向下载荷力，并控制气压稳压器调节气缸入口气压。

进一步，测量装置为用于悬臂驱动机构的伺服电机，或设置于悬臂驱动机构一侧的光栅尺。

上述测量装置还可以为安装于悬臂上的测力装置。

进一步，上述动滑轮系统为带传动系统或链传动系统。

进一步，上述传动轮支撑结构上设置有用于保证所述动态密封系统竖直上下运动的导向装置。

进一步，上述悬臂升降系统还包括用于辅助悬臂沿竖直方向上下进给运动的纵向导向机构。

进一步，上述气缸进气管路上设有断气保护装置。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种增材制造成形缸，包括上述成形缸驱动机构和成形室；成形室一侧壁上开设有纵向开口，悬臂自由端穿过纵向开口伸入成形室内，用于固定基板；跨过传动轮的传动件一端固定于悬臂位于成形缸外的部分上，另一端固定不动。

本发明还提供了一种具有上述成形缸的增材制造设备。

本发明的有益效果是，本发明成形缸驱动机构，通过采用悬臂驱动机构代替活塞驱动机构，使得增材制造设备在有限高度的情况下，可成形高度大幅增加；同时，本发明通过设置动态补偿系统，为悬臂在下降过程中提供一个向上的补偿力，使悬臂在下降过程中的受力得到优化，提高了该成形缸驱动机构的稳定性。

附图说明

图1是本发明的增材制造成形缸的结构示意图。

图中，1.悬臂，2.丝杠驱动机构，3.成形室，4.纵向开口，5.基板，6.气缸，7.滑轮支撑结构，8.滑轮，9.传动带，10.导向导轨，11.导向轮，12.气压稳压器，13.光栅尺，14.滑块滑轨机构，15.气压传感器，16.伺服电机，17.驱动机构控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

实施例1

本发明的增材制造成形缸驱动系统包括悬臂升降系统和动态补偿系统。

该驱动系统的一种结构中，悬臂升降系统包括悬臂1和丝杠驱动机构2，如图1所示，悬臂1一端安装于丝杠驱动机构2上，另一自由端用于固定基板5。丝杠驱动机构2驱动悬臂1上下进给，带动基板5升降。丝杠驱动机构2一侧设置有滑块滑轨机构14，其与悬臂1相连，辅助悬臂1上下进给运动，保证悬臂1沿竖直方向上下运动。悬臂1上表面设置有力传感器，用于测量并反馈悬臂受到的向下载荷力。

动态补偿系统包括固设于丝杠驱动机构2一侧的气缸6，气缸顶出杆顶端通过滑轮支撑结构7固定有滑轮8，跨过滑轮8的传动带9一端固定于悬臂1位于成形缸外的部分上，另一端固定在机架上。滑轮8、传动带9和滑轮支撑结构7组成动滑轮系统。悬臂1下降时，拉动传动带向下运动，进而带动动滑轮系统向下运动。滑轮支撑结构7两侧设置有竖直方向的导向导轨10，支撑结构7上安装有导向轮11，导向轮11可引导滑轮支撑结构7沿导向导轨10在竖直方向上直线运动，保证整个动滑轮系统始终沿竖直方向运动。

气缸6进气气路上设置有气压传感器15和气压稳压器12，气压传感器15用于测量气缸入口气压，气压稳压器12用于驱动气缸并调整气缸的入口气压。力传感器的测量结果反馈至驱动系统的控制器17，根据悬臂受到的向下载荷力控制气压稳压器12调节气缸6的入口气压，进而调整气缸顶出杆的推力，使气缸向上的输出力始终近似等于向下载荷力，其中气缸的输出推力通过气压传感器15测量得到并反馈至驱动系统的控制器17，这样便可通过向上的补偿力去平衡悬臂受到的向下载荷。

气缸进气气路上设有断气保护装置，当出现断气意外时，断气保护装置会立刻切断气缸进气气路，保证气缸内的气体不会发生泄漏，仍然可对悬臂载荷进行补偿。

实施例2

该驱动系统的另一种结构中，悬臂升降系统的结构同实施例1，区别在于，悬臂1上不设置力传感器，而通过用于丝杠驱动机构2中的伺服电机16获取悬臂下降高度或伺服电机扭矩，并将高度数据或扭矩数据反馈到驱动系统的控制器17，通过计算得出该高度或扭矩下悬臂受到的向下载荷力，再调节气压稳压器12的入口气压，使其向上的补偿力与悬臂受到的向下载荷相平衡。动态补偿系统的结构同实施例1，区别在于，动滑轮系统由链轮、链条和链轮支撑结构组成。

实施例3

该驱动系统的另一种结构中，悬臂升降系统的结构同实施例1，区别在于，悬臂1上不设置力传感器，而通过在丝杠驱动机构2上设置高度测量装置，测量并反馈悬臂下降高度至驱动系统的控制器17，如在丝杠驱动机构一侧设置光栅尺13。动态补偿系统的结构同实施例1。

上述增材制造成形缸驱动机构的工作过程是：一方面，丝杠驱动机构2驱动悬臂1上下进给，带动基板5上下运动。采用该悬臂升降系统代替活塞驱动机构，使得增材制造设备在有限高度的情况下，可成形高度大幅增加。另一方面，粉末层不断增厚，悬臂承受的载荷也相应增大，通过直接或间接的测力装置检测悬臂承受的向下载荷力，驱动系统的控制器比较悬臂承受的向下载荷力与气缸推力的大小，当向下载荷力与气缸推力差值的绝对值超过预设的阈值时，通过气压稳压器调整输入气缸的目标气压值，使气缸推力始终约等于向下的载荷力。这样便可通过向上的补偿力去平衡悬臂受到的向下的载荷，保证悬臂驱动结构的稳定性。

具有上述驱动系统的增材制造成形缸，在其侧壁上开设有纵向开口3，丝杠驱动机构5位于成形室外，悬臂4一端安装于丝杠驱动机构5上，另一端穿过成形室侧壁上的纵向开口3伸入成形室1内，基板2位于成形室内并固定在悬臂4上。丝杠驱动机构驱动悬臂4沿纵向开口3上下进给，带动基板2在成形室内升降。该结构保证了驱动系统与成形室的配合，进而使得增材制造设备在有限高度的情况下，可成形高度大幅增加。

本发明成形缸驱动机构，通过采用悬臂驱动机构代替活塞驱动机构，使得增材制造设备在有限高度的情况下，可成形高度大幅增加；同时，本发明通过设置动态补偿系统，为悬臂在下降过程中提供一个向上的补偿力，使悬臂在下降过程中的受力得到优化，提高了该成形缸驱动机构的稳定性。

本发明以上描述只是部分实施例，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的结构，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。