CN105269821A - Dlp三维打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种DLP三维打印机及其打印方法，DLP三维打印机包括成型槽、光栅检测装置、控制单元和成型材料填充装置，成型槽用于承载成型材料，光栅检测装置包括激光输出件和激光接收件，激光输出件和激光接收件设置在成型槽的两外侧上，激光输出件穿过成型槽地向激光接收件发射检测信号，控制单元接收激光接收件输出的反馈信号，控制单元根据反馈信号向成型材料填充装置输出开关控制信号。以及DLP三维打印机使用的打印方法。利用检测信号穿过成型槽地设置，便能够检测出液面位置是否过低或过高，当出现液面过低则需要对成型槽的成型材料进行填充，继而实现自动监测成型材料剩余量和自动进行成型材料填充，大大提高DLP三维打印机的方便性。

Description

DLP三维打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及一种快速成型装置及其成型方法，尤其涉及一种基于数字光处理技术的三维打印机，以及该三维打印机的打印方法。

背景技术

三维打印机是一种基于三维物体的数字模型，利用塑料、液态光固化树脂、粉末状金属等材料，通过逐层打印的方式构造三维物体的设备。

数字光处理技术(DigitalLightProcessing，简称DLP)是一种基于数字微镜晶片(DigitalMicromirrorDevice，简称DMD，也称数字微器件)的新式投影技术，数字微镜晶片为一个半导体开关，其在CMOS硅基片上集成了50-130万个微镜片，每一微镜片代表一个像素，当一个微镜片处于"开"状态时，入射光将被反射并通过投影镜将影像投射至屏幕上，当一个微镜片处于"关"状态时，入射光将被反射至光吸收器而被吸收。DLP三维打印机是一种基于数字光处理技术，以液态光固化树脂为成型材料的快速成型设备，其具有成型速度快及成型精度高的优点。

然而，由于成型材料光敏树脂在打印过程中是不断被消耗的，所以成型槽内的光敏树脂液面会渐渐下降，这时需要在打印过程中人为地随时且长时间的关注，并人为进行补充树脂，其操作繁琐，而且当人为操作添加不当，容易导致液体树脂渗出或流出成型槽，造成不必要的打印机污染，而且容易导致外部杂质进入成型槽内，进而影响3D打印机实际的打印精度。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种实现监测成型材料剩余量和自动进行成型材料填充的DLP三维打印机。

本发明的第二目的是提供一种实现监测成型材料剩余量和自动进行成型材料填充的DLP三维打印机用的打印方法。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种DLP三维打印机，包括成型槽、光栅检测装置、控制单元和成型材料填充装置，成型槽用于承载成型材料，光栅检测装置包括激光输出件和激光接收件，激光输出件和激光接收件设置在成型槽的两外侧上，激光输出件穿过成型槽地向激光接收件发射检测信号，控制单元接收激光接收件输出的反馈信号，控制单元根据反馈信号向成型材料填充装置输出开关控制信号。

由上述方案可见，通过在成型槽外设置光栅检测装置，并将输出件和接收件分别设置在成型槽的两外侧上，以及利用检测信号穿过成型槽地设置，检测信号能够穿过成型材料或空气，便能够检测出液面位置是否过低或过高，当出现液面过低则需要对成型槽的成型材料进行填充，故控制单元可根据反馈信号控制成型材料填充装置开启，向成型槽填充成型材料，保持适当数量的成型材料，使三维成型不需人为监控或填充，继而实现自动监测成型材料剩余量和自动进行成型材料填充，大大提高DLP三维打印机的方便性。

更进一步的方案是，DLP三维打印机还包括显示单元，控制单元向显示单元输出显示控制信号。

由上可见，通过显示单元的显示，能够将光栅检测装置反馈的反馈信号进行解析处理，继而得出相应的成型材料液面高度或成型材料的剩余量，将液面高度或进行显示，使用户能够直观清楚的获知当前成型材料的剩余量。

更进一步的方案是，DLP三维打印机还包括沿垂向移动的载物台和投影装置，载物台设置在成型槽的上方，投影装置设置在成型槽的下方，投影装置穿过成型槽地向载物台输出成像光线。

由上可见，上述方案的成型方式有利于提高模型的高度上限，通过结构简单便可实现较高高度模型的光固化成型。

更进一步的方案是，激光输出件沿水平方向输出多束检测信号，多束检测信号沿垂向分布设置。

更进一步的方案是，控制单元根据反馈信号计算得出液位高度信号。

由上可见，通过多束检测信号沿垂向分布能够精确地检测到当前的液面水平高度或成型材料剩余量，使得控制单元能够更加精准地控制成型材料填充装置进行成型材料的填充。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种DLP三维打印机用的三维打印方法，其特征在于，DLP三维打印机包括用于承载成型液体的成型槽、光栅检测装置、控制单元和成型材料填充装置，光栅检测装置包括激光输出件和激光接收件，激光输出件和激光接收件设置在成型槽的两外侧上，激光输出件穿过成型槽地向激光接收件发射检测信号，三维打印方法包括：控制单元接收激光接收件输出的反馈信号的步骤；控制单元根据反馈信号计算成型材料的剩余量的步骤；判断剩余量是否小于或等于下限阀值的步骤；如剩余量小于或等于下限阀值，则执行控制单元向成型材料填充装置输出开启控制信号的步骤。

更进一步的方案是，在控制单元向成型材料填充装置输出开启控制信号的步骤之后，三维打印方法还包括：控制单元接收激光接收件输出的反馈信号的步骤；控制单元根据反馈信号计算剩余量的步骤；判断剩余量是否大于或等于上限阀值的步骤；如剩余量大于或等于上限阀值，则执行控制单元向成型材料填充装置输出闭合控制信号的步骤。

由上述方案可见，通过在成型槽外设置光栅检测装置，并将输出件和接收件分别设置在成型槽的两外侧上，以及利用检测信号穿过成型槽地设置，检测信号能够穿过成型材料或空气，便能够检测出液面位置是否过低或过高，当出现液面过低则需要对成型槽的成型材料进行填充，故控制单元可根据反馈信号控制成型材料填充装置开启，向成型槽填充成型材料，保持适当数量的成型材料，使三维成型不需人为监控或填充，继而实现自动监测成型材料剩余量和自动进行成型材料填充，大大提高DLP三维打印机的方便性。

附图说明

图1是本发明DLP三维打印机实施例的结构图。

图2是本发明DLP三维打印机实施例省略侧板后的结构图。

图3是本发明DLP三维打印机实施例的成像原理图。

图4是本发明DLP三维打印机实施例的监测液位第一原理图。

图5是本发明DLP三维打印机实施例的监测液位第二原理图。

图6是本发明DLP三维打印方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

DLP三维打印机实施例：

参照图1和图2，图1和图2是三维打印机1的结构图。DLP三维打印机包括壳体11，壳体11内安装有成型槽2、载物台3、成型材料填充装置、反射件14、投影装置15和控制单元。成型材料填充装置包括成型材料容器13和供给泵，成型材料容器13内存储有如光固化树脂溶液的成型材料，供给泵连通成型材料容器13和成型槽2地设置，控制单元控制供给泵的开关，使得成型材料容器13能够向成型槽2填充成型材料。显示单元12设置在壳体11的下端外表面上。

参照图3并结合图2，图3是DLP三维打印机的成像原理图，成型槽2设置在壳体11内部，成型槽2由透光材料制成，成型槽2内承载由成型材料17，在成型槽2的下方设置有反射件14和投影装置15，投影装置15通过导轨可伸缩地设置在壳体11内，投影装置15具有成像光源、数字微镜晶片和出光镜头。本实施例中的成像光线为400nm至780nm可见光光源，成型材料为光固化树脂。由于反射件14设置在成型槽2的正下方，故投影装置15输出的成像光线通过反射件14的反射后朝向成型槽2照射，当成像光线与成型材料17接触后便会烧结成型。

在成型槽2的上方设置有载物台3，载物台3包括沿垂向设置的螺杆31和载物板32，载物板32的下端面用于粘接经激光烧结成型的模型16，载物板32的上端与螺杆31连接，使得载物板32可沿垂向移动，即随着光固化成型的进程，载物板32由下往上移动，激光朝向已成型的模型上照射，继而完成光固化三维模型打印。

光栅检测装置包括激光输出件41和激光接收件42，激光输出件41设置在成型槽2的侧壁21外侧，激光接收件42设置在成型槽2的侧壁22外侧，即激光输出件41和激光接收件42设置在成型槽2的两外侧上。

参照图4，图4是成型槽2的液位监测第一原理图，激光输出件41沿水平方向输出多束检测信号，且多束检测信号沿垂向分布，即多束检测信号沿成型材料的深度方向分布，在本实施例中检测信号采用的是200nm左右的紫外线，检测信号穿过成型槽2的成型材料时不会使成型材料烧结，且由于信号被成型材料衰减阻隔，故经过成型材料的检测信号无法到达激光接收件42处。

参照图5，图5是成型槽2的液位监测第二原理图，当光固化成型一段时间后，成型材料的深度L1下降至深度L2，故激光输出件41将有一部分检测信号能够穿过空气入射到激光接收件42中，检测信号被激光接收件42接收后，激光接收件42向控制单元输出相应的反馈信号。控制单元根据光栅检测装置输出的反馈信号计算得出相应的成型材料深度以及对应的成型材料的剩余量。如成型材料的深度或成型材料的剩余量低于预设值，则控制单元向成型材料填充装置输出开关控制信号并控制成型材料填充装置向成型槽2填充成型材料，当填充到预设深度阈值或剩余量阈值时，则成型材料则阻挡相应的检测信号，控制单元继而输出相应的开关控制信号控制成型材料填充装置停止向成型槽2填充成型材料。同时，控制单元根据反馈信号计算得出液位高度信号或成型材料剩余量，控制单元可根据液位高度信号和成型材料剩余量向显示单元输出显示控制信号，使显示单元显示相应的高度值或剩余量。

DLP三维打印方法实施例：

参照图6，执行三维打印方法时，首先执行步骤S11，控制单元接收光栅检测装置的激光接收件输出的反馈信号，随后执行步骤S12，控制单元根据反馈信号进行分析处理并计算得出成型材料的剩余量，然后执行步骤S13，判断剩余量是否小于或等于预设下限阀值，如成型材料的剩余量小于或等于预设下限阀值，则执行步骤S14，控制单元向成型材料填充装置输出开启控制信号，并使成型材料填充装置向成型槽内填充成型材料。

随后执行步骤S15，控制单元继续接收光栅检测装置的激光接收件输出的反馈信号，随后执行步骤S16，控制单元根据反馈信号进行分析处理并计算得出成型材料的剩余量，然后执行步骤S17，判断剩余量是否大于或等于预设上限阀值，如成型材料的剩余量大于或等于预设下限阀值，则执行步骤S18，控制单元向成型材料填充装置输出闭合控制信号，使成型材料填充装置停止向成型槽填充成型材料。

由上可见，通过在成型槽外设置光栅检测装置，并将输出件和接收件分别设置在成型槽的两外侧上，以及利用检测信号穿过成型槽地设置，检测信号能够穿过成型材料或空气，便能够检测出液面位置是否过低或过高，当出现液面过低则需要对成型槽的成型材料进行填充，故控制单元可根据反馈信号控制成型材料填充装置开启，向成型槽填充成型材料，保持适当数量的成型材料，使三维成型不需人为监控或填充，继而实现自动监测成型材料剩余量和自动进行成型材料填充，大大提高DLP三维打印机的方便性。

Claims (7)

1.DLP三维打印机，包括

成型槽，所述成型槽用于承载成型材料；

其特征在于：

光栅检测装置，所述光栅检测装置包括激光输出件和激光接收件，所述激光输出件和所述激光接收件设置在所述成型槽的两外侧上，所述激光输出件穿过所述成型槽地向所述激光接收件发射检测信号；

控制单元，所述控制单元接收所述激光接收件输出的反馈信号；

成型材料填充装置，所述控制单元根据所述反馈信号向所述成型材料填充装置输出开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的DLP三维打印机，其特征在于：

所述DLP三维打印机还包括显示单元，所述控制单元向所述显示单元输出显示控制信号。

3.根据权利要求1所述的DLP三维打印机，其特征在于：

所述DLP三维打印机还包括载物台和投影装置，所述载物台可沿垂向移动，所述载物台设置在所述成型槽的上方，所述投影装置设置在所述成型槽的下方，所述投影装置穿过所述成型槽地向所述载物台输出成像光线。

4.根据权利要求1至3任一项所述的DLP三维打印机，其特征在于：

所述激光输出件沿水平方向输出多束所述检测信号，多束所述检测信号沿垂向分布设置。

5.根据权利要求4所述的DLP三维打印机，其特征在于：

所述控制单元根据所述反馈信号计算得出成像材料剩余量。

6.DLP三维打印机用的打印方法，其特征在于，DLP三维打印机包括用于承载成型液体的成型槽、光栅检测装置、控制单元和成型材料填充装置，所述光栅检测装置包括激光输出件和激光接收件，所述激光输出件和所述激光接收件设置在所述成型槽的两外侧上，所述激光输出件穿过所述成型槽地向所述激光接收件发射检测信号；

所述三维打印方法包括：

所述控制单元接收所述激光接收件输出的反馈信号的步骤；

所述控制单元根据所述反馈信号计算所述成型材料的剩余量的步骤；

判断所述剩余量是否小于或等于下限阀值的步骤；

如所述剩余量小于或等于所述下限阀值，则执行所述控制单元向所述成型材料填充装置输出开启控制信号的步骤。

7.根据权利要求6所述的打印机方法，其特征在于：

在所述控制单元向所述成型材料填充装置输出开启控制信号的步骤之后，所述三维打印方法还包括：

所述控制单元接收所述激光接收件输出的所述反馈信号的步骤；

所述控制单元根据所述反馈信号计算所述剩余量的步骤；

判断所述剩余量是否大于或等于上限阀值的步骤；

如所述剩余量大于或等于所述上限阀值，则执行所述控制单元向所述成型材料填充装置输出闭合控制信号的步骤。