本發明屬于增材制造設備技術領域，具體涉及一種增材制造成形缸驅動機構，還涉及具有該驅動機構的成形缸和增材制造設備。
背景技術：
增材制造技術是基于三維CAD模型數據，通過增加材料逐層制造的方式。其是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成形系統，利用高能束將材料進行逐層堆積，最終疊加成形，制造出實體產品。
現有增材制造設備的成形缸為了保證良好的金屬粉末密封性，普遍采用活塞式升降機構，即：由絲杠從成形平臺下方驅動成形平臺上下進給，因此，絲杠的長度至少為成形高度的兩倍。為了控制設備的整體高度，就會使得增材制造設備可成形零件的高度受到限制，如果為了增加設備的可成形高度，則會使成形平臺下方的大量空間被絲杠所占用，使設備高度大幅度增加，進一步會帶來設備組裝、維護成本的大大增加，給設備的使用也會帶來諸多不便。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種增材制造成形缸驅動機構，解決現有驅動機構導致成型設備可成形高度受限的技術問題。
本發明的另一目的是提供具有上述驅動機構的成形缸和增材制造設備。
本發明所采用的一個技術方案是，一種增材制造成形缸驅動機構，包括懸臂升降系統和動態補償系統；懸臂升降系統包括懸臂和懸臂驅動機構，懸臂包括一安裝于懸臂驅動機構上的安裝端和一用于固定基板的自由端，懸臂驅動機構驅動懸臂上下進給；動態補償系統與懸臂相連，為懸臂提供一向上的補償力。
該驅動機構的特點還在于：
上述動態補償系統包括氣缸、動滑輪系統、氣壓傳感器和氣壓穩壓器，氣缸固設于懸臂驅動機構一側，動滑輪系統包括傳動輪、傳動件及與傳動輪軸相固連的傳動輪支撐結構，傳動輪通過傳動輪支撐結構固定在氣缸頂出桿頂端，跨過傳動輪的傳動件一端固定于懸臂上，另一端固定不動；氣壓傳感器和氣壓穩壓器位于氣缸進氣氣路上，氣壓傳感器用于測量氣缸入口氣壓，氣壓穩壓器用于驅動氣缸并調節氣缸的入口氣壓；所述驅動機構還包括用于檢測并反饋懸臂受到的向下載荷力至驅動機構控制器的測量裝置，驅動機構控制器根據向下載荷力控制氣壓穩壓器調節氣缸的入口氣壓。
上述測量裝置為測量并反饋懸臂下降高度或懸臂驅動機構扭矩至所述驅動機構控制器的測量裝置，所述驅動機構控制器根據懸臂下降高度或懸臂驅動機構扭矩計算懸臂受到的向下載荷力，并控制氣壓穩壓器調節氣缸入口氣壓。
進一步，測量裝置為用于懸臂驅動機構的伺服電機，或設置于懸臂驅動機構一側的光柵尺。
上述測量裝置還可以為安裝于懸臂上的測力裝置。
進一步，上述動滑輪系統為帶傳動系統或鏈傳動系統。
進一步，上述傳動輪支撐結構上設置有用于保證所述動態密封系統豎直上下運動的導向裝置。
進一步，上述懸臂升降系統還包括用于輔助懸臂沿豎直方向上下進給運動的縱向導向機構。
進一步，上述氣缸進氣管路上設有斷氣保護裝置。
本發明所采用的另一個技術方案是，一種增材制造成形缸，包括上述成形缸驅動機構和成形室；成形室一側壁上開設有縱向開口，懸臂自由端穿過縱向開口伸入成形室內，用于固定基板；跨過傳動輪的傳動件一端固定于懸臂位于成形缸外的部分上，另一端固定不動。
本發明還提供了一種具有上述成形缸的增材制造設備。
本發明的有益效果是，本發明成形缸驅動機構，通過采用懸臂驅動機構代替活塞驅動機構，使得增材制造設備在有限高度的情況下，可成形高度大幅增加；同時，本發明通過設置動態補償系統，為懸臂在下降過程中提供一個向上的補償力，使懸臂在下降過程中的受力得到優化，提高了該成形缸驅動機構的穩定性。
附圖說明
圖1是本發明的增材制造成形缸的結構示意圖。
圖中，1.懸臂，2.絲杠驅動機構，3.成形室，4.縱向開口，5.基板，6.氣缸，7.滑輪支撐結構，8.滑輪，9.傳動帶，10.導向導軌，11.導向輪，12.氣壓穩壓器，13.光柵尺，14.滑塊滑軌機構，15.氣壓傳感器，16.伺服電機，17.驅動機構控制器。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明，但本發明并不限于這些實施方式。
實施例1
本發明的增材制造成形缸驅動系統包括懸臂升降系統和動態補償系統。
該驅動系統的一種結構中，懸臂升降系統包括懸臂1和絲杠驅動機構2，如圖1所示，懸臂1一端安裝于絲杠驅動機構2上，另一自由端用于固定基板5。絲杠驅動機構2驅動懸臂1上下進給，帶動基板5升降。絲杠驅動機構2一側設置有滑塊滑軌機構14，其與懸臂1相連，輔助懸臂1上下進給運動，保證懸臂1沿豎直方向上下運動。懸臂1上表面設置有力傳感器，用于測量并反饋懸臂受到的向下載荷力。
動態補償系統包括固設于絲杠驅動機構2一側的氣缸6，氣缸頂出桿頂端通過滑輪支撐結構7固定有滑輪8，跨過滑輪8的傳動帶9一端固定于懸臂1位于成形缸外的部分上，另一端固定在機架上。滑輪8、傳動帶9和滑輪支撐結構7組成動滑輪系統。懸臂1下降時，拉動傳動帶向下運動，進而帶動動滑輪系統向下運動。滑輪支撐結構7兩側設置有豎直方向的導向導軌10，支撐結構7上安裝有導向輪11，導向輪11可引導滑輪支撐結構7沿導向導軌10在豎直方向上直線運動，保證整個動滑輪系統始終沿豎直方向運動。
氣缸6進氣氣路上設置有氣壓傳感器15和氣壓穩壓器12，氣壓傳感器15用于測量氣缸入口氣壓，氣壓穩壓器12用于驅動氣缸并調整氣缸的入口氣壓。力傳感器的測量結果反饋至驅動系統的控制器17，根據懸臂受到的向下載荷力控制氣壓穩壓器12調節氣缸6的入口氣壓，進而調整氣缸頂出桿的推力，使氣缸向上的輸出力始終近似等于向下載荷力，其中氣缸的輸出推力通過氣壓傳感器15測量得到并反饋至驅動系統的控制器17，這樣便可通過向上的補償力去平衡懸臂受到的向下載荷。
氣缸進氣氣路上設有斷氣保護裝置，當出現斷氣意外時，斷氣保護裝置會立刻切斷氣缸進氣氣路，保證氣缸內的氣體不會發生泄漏，仍然可對懸臂載荷進行補償。
實施例2
該驅動系統的另一種結構中，懸臂升降系統的結構同實施例1，區別在于，懸臂1上不設置力傳感器，而通過用于絲杠驅動機構2中的伺服電機16獲取懸臂下降高度或伺服電機扭矩，并將高度數據或扭矩數據反饋到驅動系統的控制器17，通過計算得出該高度或扭矩下懸臂受到的向下載荷力，再調節氣壓穩壓器12的入口氣壓，使其向上的補償力與懸臂受到的向下載荷相平衡。動態補償系統的結構同實施例1，區別在于，動滑輪系統由鏈輪、鏈條和鏈輪支撐結構組成。
實施例3
該驅動系統的另一種結構中，懸臂升降系統的結構同實施例1，區別在于，懸臂1上不設置力傳感器，而通過在絲杠驅動機構2上設置高度測量裝置，測量并反饋懸臂下降高度至驅動系統的控制器17，如在絲杠驅動機構一側設置光柵尺13。動態補償系統的結構同實施例1。
上述增材制造成形缸驅動機構的工作過程是：一方面，絲杠驅動機構2驅動懸臂1上下進給，帶動基板5上下運動。采用該懸臂升降系統代替活塞驅動機構，使得增材制造設備在有限高度的情況下，可成形高度大幅增加。另一方面，粉末層不斷增厚，懸臂承受的載荷也相應增大，通過直接或間接的測力裝置檢測懸臂承受的向下載荷力，驅動系統的控制器比較懸臂承受的向下載荷力與氣缸推力的大小，當向下載荷力與氣缸推力差值的絕對值超過預設的閾值時，通過氣壓穩壓器調整輸入氣缸的目標氣壓值，使氣缸推力始終約等于向下的載荷力。這樣便可通過向上的補償力去平衡懸臂受到的向下的載荷，保證懸臂驅動結構的穩定性。
具有上述驅動系統的增材制造成形缸，在其側壁上開設有縱向開口3，絲杠驅動機構5位于成形室外，懸臂4一端安裝于絲杠驅動機構5上，另一端穿過成形室側壁上的縱向開口3伸入成形室1內，基板2位于成形室內并固定在懸臂4上。絲杠驅動機構驅動懸臂4沿縱向開口3上下進給，帶動基板2在成形室內升降。該結構保證了驅動系統與成形室的配合，進而使得增材制造設備在有限高度的情況下，可成形高度大幅增加。
本發明成形缸驅動機構，通過采用懸臂驅動機構代替活塞驅動機構，使得增材制造設備在有限高度的情況下，可成形高度大幅增加；同時，本發明通過設置動態補償系統，為懸臂在下降過程中提供一個向上的補償力，使懸臂在下降過程中的受力得到優化，提高了該成形缸驅動機構的穩定性。
本發明以上描述只是部分實施例，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式。上述的具體實施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本發明的結構，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，所有具體拓展均屬本發明的保護范圍之內。