校准装置及增材制造设备的制作方法

本技术涉及增材制造的，尤其涉及一种校准装置及增材制造设备。

背景技术：

1、在3d打印技术领域，喷头的精准校准是确保打印精度的核心环节，尤其是目前可以适配多种材料以及多个喷头打印的情况下，打印过程中更换喷头后的位置校准直接影响了打印的效果。

2、对此，现有技术提出了多种解决方案，例如机械限位开关结合手动调整、视觉标定或者是基于编码器的闭环反馈校准等等，但其方案均存在一定的局限性。例如机械限位开关结合手动调整，不仅需要依赖人工经验，还无法适用于长期的使用环境，与多喷嘴的系统难以适配。视觉标定依赖摄像头、激光等装置及附属部件，硬件与调试成本高。编码器方案需多种编码器及处理模块，导致装置的复杂程度较高，且存在兼容性问题。

3、基于此，现有的一些技术方案尝试采用应变感应传感器实现多方向定位，其利用弹性体形变反馈至压电晶片输出电信号以获取喷头位置，但为采集喷头触碰方向，在弹性体上下两侧均设置压电晶片，仅两个水平方向的检测就需配置四组压电晶片，不仅硬件上需四组传感组件，还需对应检测与验证四组电信号，导致检测单元制造成本显著增加。这些方案均过度依赖外部检测装置，忽略打印机自身位移结构优势，致使系统复杂且成本上升。

技术实现思路

1、本技术的提供一种校准装置及增材制造设备，以解决现有技术中增材制造设备中，用于进行喷头更换前后的相对位置校准的装置结构无法兼顾检测精度、稳定性、可靠性、设备成本以及运转成本的问题。

2、本技术的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术的一个方面，提供了一种用于增材制造设备的喷嘴校准装置，校准装置包括：校准竖杆、校准横杆、变形件以及检测件，校准竖杆设置有相互垂直的第一校准面与第二校准面；校准横杆设置有承载部和位于承载部两侧的两个连接端，校准竖杆固定连接在承载部上；形变件包括形变部，形变部包括安装区以及安装区两侧的连接区，两个连接区分别与两个连接端固定连接，各连接端能带动形变部弯曲变形；检测件设置在安装区，检测件用于检测形变部的形变量并输出信号；其中，校准横杆沿第一方向延伸，第一方向与第一校准面以及第二校准面之间均具有大于0度且小于90度的夹角。

4、该类实施例具有如下的技术效果：

5、首先，校准竖杆设有相互垂直的第一校准面与第二校准面，可以为水平双方向的坐标提供直接的物理基准，借助驱动打印头时喷嘴可移动特性确定检测方位，打印设备通过精确控制打印头移动，使喷嘴分别接触第一校准面和第二校准面，并记录喷嘴接触校准面时的位置信息，位置信息可以包括坐标信息，接触两个校准面可以获取喷嘴相较于基准面的坐标位置。无需通过校准装置的反馈记录再去分析信号产生过程，从而判断坐标位置，既减少了数据处理流程，还避免了复杂的检测件设置。

6、再者，校准横杆的两个连接端与形变件的连接区固定，形成力的传递路径。当喷嘴触碰校准面产生作用力时，该力通过校准竖杆传递至承载部。校准竖杆以承载部为支点，借助支点与连接端的距离形成杠杆作用，将承载部区域的微小形变量进行有效地放大，令两个连接端的有较为明显的位移差，此位移差驱动形变部产生的完全变形，可以确保检测件能稳定捕捉到可靠的信号，显著提升位置检测的灵敏度和可靠性。

7、再者，校准横杆沿第一方向延伸，该方向与两个校准面均呈非垂直夹角，这种角度设计确保喷嘴触碰第一或第二校准面时，其产生的力作用均能传递至连接端均能带动形变部产生有效形变，配合增材制造设备内部的位移装置的位移方向，即可实现单个形变件对两个方向的检测覆盖。

8、最后，上述的喷嘴校准装置整合校准竖杆的双向定位、校准横杆的杠杆位移放大、形变件的信号检测三大结构，利用设备自身位移系统完成喷嘴移动与方向识别，形成闭环校准流程。可以有效地实现多喷头更换场景下的快速精准定位，校准效率显著提升。

9、相较于现有技术，本实施例在实施过程中省去了多组传感组件及信号验证环节，解决了结构复杂、硬件成本高的问题，同时，利用了校准横杆的设置放大了承载部的位移量，提升了形变检测灵敏度，配合打印机自身位移系统实现方向识别，解决了机械限位开关依赖人工、应变传感器信号弱、视觉或编码器方案兼容性差等问题，且能高效适配多喷头更换场景，兼顾校准精度与效率。

10、在本技术的一些示范性实施例中，校准横杆包括两个连接臂，两个连接端均设置于连接臂的第一端，连接臂的第二端与承载部固定连接，且两个连接臂以及两个连接端相对称设置。

11、在该类实施例中，连接臂通过跨度连接实现力臂的有效传递，延长了力的作用距离，配合对称设置使两侧连接端的受力更均衡，确保喷嘴触碰第一或第二校准面时，形变部两侧形变量一致且方向相反，避免了单侧受力不均导致的形变偏差，提升了信号检测的稳定性与一致性。

12、这种对称结构强化了杠杆放大效应的对称性，使得两个连接端处的形变方向相反，且形变量大致相同，对应至检测件检测到的形变量叠加，这样可以实现更精准地反馈，既延续了原有方案简化结构、提升灵敏度的优势，又解决了非对称结构可能存在的检测偏差，进一步适配多喷头高频切换场景下对校准稳定性的需求。

13、在本技术的一些示范性实施例中，第一方向与第一校准面以及第二校准面的交线垂直相交。

14、在该类实施例中，第一方向与两校准面交线垂直相交，且处于两校准面夹角内的设计，可使喷嘴触碰任一校准面时，作用力能直接沿第一方向传递至校准横杆，避免因力的作用点与传递方向存在偏移而产生额外力矩。

15、这一优化确保了力传递路径的直线性，减少了非预期的附加形变干扰，使形变部的形变量更贴合实际触碰力度与位置，进一步提升检测件信号输出的稳定性与精准度。

16、在本技术的一些示范性实施例中，第一方向与第一校准面之间具有45°的夹角。

17、在该类实施例中，如此设置使得第一方向与第二校准面之间的夹角同为45°，从力传导特性来看，对称的角度分布使喷嘴在两个方向上的接触力能够均匀转化为形变部的形变量，避免了因角度偏差导致的某一方向信号偏弱问题，进一步提升了检测的稳定性。这种均衡性的设置更适配多喷头轮换的校准场景，不同喷头的接触力度可能存在细微差异，而45°夹角形成的对称力学结构能弱化这种差异对检测结果的影响，确保多喷头校准精度的一致性。

18、在本技术的一些示范性实施例中，第一方向同时与第一校准面以及第二校准面相交。

19、在该类实施例中，第一方向同时与第一、第二校准面相交的设置，能使喷嘴分别触碰两个校准面时，驱动两个连接端产生相反的形变趋势(如一端下压、另一端上升)。这种反向形变特性让检测件捕捉到的信号存在显著差异，无需额外的信号解析模块即可直接区分触碰方向，配合打印机自身位移信息，能更精准地定位喷嘴位置。

20、同时，往复式的形变转换(接触不同校准面时形变方向交替)可减少形变部因单向受力产生的累积疲劳，降低长期使用后的检测误差，提升装置的稳定性与寿命。

21、在本技术的一些示范性实施例中，在水平面的投影中，第一方向所在直线的投影与第一校准面的投影以及第二校准面的投影形成等腰直角三角形。

22、在该类实施例中，第一方向与两校准面的投影形成等腰直角三角形，通过精确的45度对称夹角，实现了力传递的均衡性与信号反馈的对称性。当喷嘴以相同速度分别接触第一、第二校准面时，作用力沿第一方向的分力大小相等、方向相反，促使形变件产生等量反向的形变。

23、这种对称形变特性不仅让检测件能通过信号差异清晰区分触碰方向，减少了方向误判的可能，还使两个方向的校准数据具有直接可比性，降低了系统误差。

24、在本技术的一些示范性实施例中，两个连接区分别与安装区的相对两侧连接，且两个连接区的延伸方向之间的夹角为180°，两个连接区远离安装区的一端且面向校准横杆的一侧分别与两个连接端背离校准竖杆的一侧固定连接。

25、在该类实施例中，两个连接区呈180°夹角对称分布于安装区两侧，且与连接端的连接方式形成反向受力结构，使得喷嘴触碰不同校准面时，两侧连接区产生方向相反的形变。这种设计通过明确的形变方向差异，可直接通过检测件信号的正负或波动趋势区分触碰方向，如喷嘴触碰的是哪一个校准面，进一步提升了位置判断的直观性与准确性，从根本上避免了形变方向单一易引发的信号混淆问题。

26、同时，180°对称布局确保了两侧形变的均衡性，配合连接端的杠杆放大效应，能使形变量在反向运动中保持一致的灵敏度，既强化了结构稳定性，又让检测信号的对比性更强。

27、在本技术的一些示范性实施例中，连接端背离校准竖杆的一侧设置有凸台，凸台与连接区面向校准竖杆的一侧相抵，校准横杆上两个连接端之外的区域均与形变件存在间隙。

28、在该类实施例中，连接端凸台与连接区的抵接设计，将力传递点限定在两端部，借助力臂原理进一步放大作用力对形变部的影响，使形变信号更显著，提升了检测件对微小触碰的捕捉能力。

29、同时，校准横杆与形变件之间的间隙设置，避免了非连接区域的多余接触对力传递路径的干扰，确保作用力能沿预设方向高效传导至形变部，减少了信号噪声与误差，该设计不仅提升了位置检测的稳定性与精准度，还未增加额外硬件成本，兼顾了结构简化与性能优化。

30、在本技术的一些示范性实施例中，安装区设置有填充槽，检测件设置在安装区背离校准横杆的一面，且至少部分用于固定检测件的粘接材料位于填充槽内。

31、在该类实施例中，通过将部分粘接材料嵌入填充槽，形成平面贴合与竖直槽内填充的立体结合结构，相较于单纯平面粘贴，大幅增加了粘接接触面积与机械咬合力，有效避免了检测件在形变部反复形变过程中出现松动或位移。

32、同时，稳定的粘结固定，避免了设置紧固件连接，这样消除了刚性连接对形变部自然形变的干扰，确保形变量能被检测件精准捕捉。为稳定输出精准信号提供了结构保障，进一步提升了校准装置的长期使用稳定性与检测精度。

33、在本技术的一些示范性实施例中，形变件还设置有环绕于形变部的装配部，装配部与安装区之间设置有多个固定部，多个固定部与两个连接区均中心对称设置。

34、在该类实施例中，固定部与两个连接区均呈中心对称分布，从结构稳定性来看，中心对称的固定部则进一步将形变部的受力均匀分散至装配部，防止局部应力集中导致的形变部疲劳损坏，显著提升了装置的长期使用可靠性。

35、从形变一致性角度，中心对称设计确保两个连接区在受力时的形变量始终保持精准对应关系，当喷嘴触碰不同校准面时，两侧连接区的形变幅度、方向能严格匹配杠杆原理下的力学传递规律，避免因结构不对称导致的形变偏差，使检测件捕捉到的信号更贴合实际位置信息，有效提升了校准精度。

36、在本技术的一些示范性实施例中，固定部为两个，两个固定部与两个连接区绕安装区的中心位置交替间隔地布置，且形变件为一体结构。

37、在该类实施例中，交替间隔的布局使两个固定部与两个连接区绕安装区中心形成对称平衡的力传递路径，当喷嘴触碰校准面产生作用力时，应力能通过连接区均匀分散至固定部，避免单侧受力导致的形变偏移或结构劳损，确保形变部在往复形变过程中始终保持稳定的形变量输出，为检测件提供更精准的信号基准。

38、而一体结构设计则提升了加工与装配效率：一方面，省去了多个部件的拼接工序，通过一次成型工艺即可完成形变件的制造，减少了装配过程中的累积误差，保证了连接区、固定部与安装区之间的位置精度；另一方面，避免了因部件间连接松动或间隙导致的力传递损耗，确保喷嘴触碰产生的作用力能完整传递至形变部，提升了检测灵敏度的稳定性。

39、在本技术的一些示范性实施例中，校准装置还包括罩体，罩体与装配部可拆卸地固定连接，罩体远离装配部的一侧设置有开口，且罩体与形变件之间形成容纳腔，校准横杆位于容纳腔内，校准竖杆至少部分穿过开口位于容纳腔外。

40、在该类实施例中，罩体与装配部的可拆卸连接设计，既实现了对校准横杆、形变件等核心部件的封闭保护，又为后期维护与部件更换提供了便捷性。容纳腔的形成能有效隔绝设备运行环境中的粉尘、碎屑等杂质，避免其附着于形变部或连接端影响形变传递精度。

41、开口的结构设置在保证校准竖杆正常伸出以完成触碰校准的同时，减少了内部空间与外界的连通面积，进一步降低杂质进入概率。这种设计使校准装置在复杂的增材制造环境中仍能保持稳定的机械性能与检测精度，延长了设备的维护周期，间接提升了多喷头更换场景下的连续作业效率。

42、在本技术的一些示范性实施例中，罩体包括第一加强部、第二加强部、第一安装位以及第二安装位，第一加强部位于校准竖杆背离第一校准面的一侧，第二加强部位于校准竖杆背离第二校准面的一侧，第一安装位设置在第一加强部远离校准竖杆的一侧，第二安装位设置在第二加强部远离校准竖杆的一侧，第一安装位与第二安装位用于连接增材制造设备的主体。

43、在该类实施例中，第一安装位与第二安装位的设置，为校准装置与增材制造设备主体的连接提供了明确且稳定的装配接口，确保了装置安装定位，装配过程便捷高效，降低了安装误差对校准精度的影响。

44、第一加强部与第二加强部分别对应校准竖杆的两侧设置，通过强化罩体在连接部位的结构强度，有效抵御了安装及使用过程中可能产生的外力冲击。这种加强设计不仅提升了罩体自身的抗变形能力，更增强了与设备主体连接的稳固性，避免了长期使用中因连接松动导致的校准装置位置偏移。

45、加强部的布局能够分散校准过程中传递至连接位置的作用力，减少因受力集中导致的装置整体位置精度变化。当喷嘴触碰校准面产生冲击力时，加强部可缓冲力的传递路径，降低对安装位与设备主体连接点的影响，从而保证校准竖杆、校准横杆等核心部件的相对位置稳定，为持续精准的位置检测提供了结构基础，进一步优化了多喷头更换场景下的校准可靠性。

46、在本技术的一些示范性实施例中，承载部设置有第一装配孔，校准竖杆设置有第二装配孔，第一装配孔与第二装配孔对位安装，连接臂面向形变件的一侧设置有腔体，第二装配孔的入口端与腔体连通。

47、在该类实施例中，第一装配孔与第二装配孔的对位安装设计，通过精准的孔位匹配实现承载部与校准竖杆的刚性连接，确保喷嘴触碰校准面时产生的作用力能沿固定路径高效传递至连接臂，避免因连接松动导致的力传递损耗或方向偏移，为杠杆放大效应的稳定发挥提供结构基础，保障位置检测的精准度。

48、连接臂内侧腔体的设置，在保证连接臂整体刚性以实现可靠力矩传递的同时，通过中空结构有效降低部件自重，达成装置轻量化设计。这不仅减少了校准装置自身运动时的惯性干扰，提升设备位移系统的响应速度，还能降低长期使用中对连接结构的负荷，延长装置使用寿命。

49、此外，第二装配孔入口端与腔体连通的设计，既为装配工具提供操作空间，便于快速对位安装，又避免了实体结构可能造成的零件干涉，提升装配效率与结构紧凑性。

50、在本技术的一些示范性实施例中，检测件为片状结构，形变件为板状结构，检测件与形变件贴装，且检测件为应变传感器或者压电陶瓷。

51、在该类实施例中，片状检测件与板状形变件的贴装设计，借助两者结构形态的高度适配性实现紧密贴合，可消除装配间隙导致的信号延迟或失真，确保形变部的微小形变量能完整传递至检测件，为高精度位置检测奠定结构基础。

52、采用应变传感器或压电陶瓷作为检测件时，应变传感器对细微形变的感知灵敏度高，能精准捕捉杠杆放大后的微小形变量，满足校准装置对位置精度的严苛要求；压电陶瓷则具备响应速度快、输出信号强的特性，可实时反馈形变动态，提升多喷头切换场景下的校准效率。两种元件均为片状结构，贴装时无需额外紧固件，避免了机械连接对形变传递的干扰，同时兼顾装置的轻量化与结构紧凑性，进一步优化了系统的检测稳定性与适配性。

53、在本技术的一些示范性实施例中，提供了一种增材制造设备，增材制造设备包括如上述任一实施例中的校准装置、可更换的多个喷嘴、以及处理器，校准装置用于在更换喷嘴前后，对喷嘴进行校准，校准装置输出信号传输至处理器，处理器基于输出信号对喷嘴进行校准及补偿。

54、该增材制造设备通过整合上述校准装置、可更换多喷嘴及处理器，形成了适配多喷头场景的闭环校准系统，提升了设备的实用性与可靠性。借助校准装置在喷嘴更换前后的精准检测能力，结合处理器对输出信号的实时分析与补偿，实现了多喷嘴更换后的自动化校准，彻底摆脱了传统人工校准的繁琐流程，大幅缩短了换喷嘴后的调试时间，校准效率得以提升。