一种集成电容传感的SLM铺粉刮刀和应用该刮刀的方法

摘要

一种集成电容传感的SLM铺粉刮刀和应用该刮刀的方法，用于基于SLM的金属3D打印领域。本发明包括刮刀，绝缘体，刮刀固定在绝缘体上；绝缘体安装在激光快速成型装置上，刮刀引出同轴电缆，将刮刀与放大器输入端导通，放大器连接上位机；刮刀与粉末形成两个电极，构成电容结构。在铺粉过程中使刮刀与粉末间产生电容，并可以将电容转换为信号，该信号可以反映铺粉中的部分异常问题，从而提高工艺成功率。

权利要求

1.一种集成电容传感的SLM铺粉刮刀，其特征在于：包括刮刀，绝缘体，刮刀固定在绝缘体上；绝缘体安装在激光快速成型装置上，刮刀引出同轴电缆，将刮刀与放大器输入端导通，放大器连接上位机；刮刀与粉末形成两个电极，构成电容结构。

2.根据权利要求1所述的一种集成电容传感的SLM铺粉刮刀，其特征在于：铺粉刮刀采用硬质合金，绝缘体采用陶瓷。

3.应用权利要求1所述的刮刀的方法，其特征在于：

刮刀与粉末之间的电容值会随着刮刀与粉末的间隙变化，该变化被放大器转换为电压信号提供给上位机，上位机通过电压信号判断刮刀与粉末的位置关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于具体如下：

步骤1：刮刀在铺粉时刮刀与粉末接触，判断电容值是否为0，如果不为0则刮粉异常；

步骤2：刮粉完成后，刮刀与粉末之间保持0.1mm-0.5mm的间隙的任意一个值在粉上运动，电容值被转换为电压值输出应为固定值；采用该固定值为基准，如输出偏离该固定值超过20％会被判定为不平整；

步骤3：烧结完成后，刮刀与粉末之间保持0.1mm-0.5mm的间隙的任意一个值在粉上运动，在烧结完成后的粉上进行运动，电容值被转换为电压值输出应为电压固定值；采用该电压固定值为基准，如输出偏离该电压固定值超过20％会被判定为不平整；如果电容信号为0说明电容的两极导通，表示刮刀碰到了异物，反馈到上位机，应及时停止运动。

说明书

一种集成电容传感的SLM铺粉刮刀和应用该刮刀的方法

技术领域

[0001] 本发明主要用于激光选区熔化成型(SLM)中的金属粉末铺平，对现有的普通刮刀进行了结构改造，使其变成一个电容极板，可以与金属粉末形成电容，并被探测，从而可以对铺粉过程中进行一定的监控。

背景技术

[0002] SLM是目前精度较高，速度较快的金属3D打印技术，其中铺粉是SLM技术中的一个关键点，如何保证铺粉均匀平整，铺粉系统稳定精度高是确保SLM工艺的核心。现有刮刀通常为简单的机械结构，仅解决刮粉问题。但是在一次完整的SLM过程中，会有若干次往复刮粉，难以避免碰上一些问题如：

[0003] 1.刮粉过程中遇到意外成型的小凸起，导致刮刀损坏或者是刮刀运动机构过载。

[0004] 2.刮粉过程中，上一次烧结过程产生了一些形变，或是送粉结构送粉不足，导致一些凹坑没有被完全填平。

[0005] 3.刮粉过程中，送粉结构失效，没有粉刮出。

[0006] 4.刮刀磨损，或松动，导致与基准平面不平行，刮出的粉也不平行于基准平面。

发明内容

[0007] 针对以上内容，本发明提出一种新的铺粉刮刀结构，该结构将普通的刮刀变成电容传感器，通过电容信号的变化，对铺粉过程进行监控。

[0008] 一种集成电容传感的SLM铺粉刮刀，其特征在于：包括刮刀，绝缘体，刮刀固定在绝缘体上；绝缘体安装在激光快速成型装置上，刮刀引出同轴电缆，将刮刀与放大器输入端导通，放大器连接上位机；刮刀与粉末形成两个电极，构成电容结构。

[0009] 进一步，铺粉刮刀采用硬质合金，绝缘体采用陶瓷。

[0010] 应用所述的刮刀的方法，其特征在于：

[0011] 刮刀与粉末之间的电容值会随着刮刀与粉末的间隙变化，该变化被放大器转换为电压信号提供给上位机，上位机通过电压信号判断刮板与粉末的位置关系。

[0012] 所述的方法，具体如下：

[0013] 步骤1：刮刀在铺粉时刮刀与粉末接触，判断电容值是否为0，如果不为0则刮粉异常；

[0014] 步骤2：刮粉完成后，刮刀与粉末之间保持0.1mm-0.5mm的间隙的任意一个值在粉上运动，电容值被转换为电压值输出应为固定值；采用该固定值为基准，如输出偏离该固定值超过20％会被判定为不平整；

[0015] 步骤3：烧结完成后，刮刀与粉末之间保持0.1mm-0.5mm的间隙的任意一个值在粉上运动，在烧结完成后的粉上进行运动，电容值被转换为电压值输出应为电压固定值；采用该电压固定值为基准，如输出偏离该电压固定值超过20％会被判定为不平整；如果电容信号为0说明电容的两极导通，表示刮刀碰到了异物，反馈到上位机，应及时停止运动。

[0016] 值得说明的是步骤2和步骤3中的间隙没有任何关系，步骤2和步骤3中电压固定值也没有任何关系，只是为了避免混淆一个前面加上电压两个字。

[0017] 步骤2和步骤3中的20％只是一个推荐值，一般平整精度要求高的话，可以设定为20％，甚至更小。

[0018] 本发明主要提供的是一种思路，方法里面的参数随着要求不同而不同。

附图说明

[0019] 图1，本发明系统图

[0020] 图2本发明刮粉示例

[0021] 图中：1.陶瓷板，2.同轴电缆，3.刮刀，4.放大器，5.信号接口，6.刀刃，7.金属刮刀，8.金属粉末

具体实施方式

[0022] 在传统的刮刀3上，装一片陶瓷板1，陶瓷将刮刀与安装刮刀的机构分开，使两者不导通。刮刀3和金属粉末8之间会形成一个电容，金属粉末8与大地导通，形成基准电位。同轴电缆2与刮刀3联通，刮刀3上的电容量被同轴电缆2传送到信号放大器4中，放大完的信号为0-10v的模拟量，通过信号接口5传送到上位机。

[0023] 陶瓷板1将金属刮刀3与其固定结构绝缘开，金属刮刀固定在陶瓷板1上，陶瓷板与固定结构固定，这样金属刮刀不直接接触固定结构。陶瓷板上开一个小孔，同轴电缆2的信号线穿过小孔与金属刮刀3连通，另一端连接放大器4，放大后的信号通过信号接口5传给上位机。

[0024] 铺粉过程一开始，刮刀从其他送粉机构上刮出粉，并开始铺粉，如果此时送粉机构失效，没有带出粉末，电容信号大于0,否则应该等于0.

[0025] 铺粉完成后，金属刮刀3可重新再从铺好的粉上走过，刀刃6与粉的间距转换为电容信号输出。如果铺粉平整，输出一个电容值Ct1,该值通常转换为工业常用的电压值输出，输出范围为0-10V。该电压值被记录作为参考值，当铺粉不平整，有明显的凹凸时，电容会大于或者小于Ct1，上位机得到数据后应当做出暂停，或者继续运动的动作。

[0026] 铺粉完成后进行烧结。烧结完成后，刮刀再次经过加工表面，刀刃6与粉保持0.1mm-0.5mm的间距之间的一个值,相应输出一个电容值Ct2,转换后电压值取值通常为1-
6V。刮刀在运动过程中，上位机以1ms的采样周期采集该电压信号，如果某个周期采样结果偏离Ct2小于Cto,Cto提供给用户根据实际情况设置，通常取值为Ct2的10％-20％，则说明烧结过程中出现了凸起，或者是金属刮刀3松动下坠。如果某个周期采样结果偏离Ct2大于Cto，则说明金属粉末烧结过程中有塌陷。如果某个周期采样结果为0，说明刮刀接触到了异物(如异常烧结的凸起)。