CN105666860A - 用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，所述树脂消耗量检测方法利用光固化成型装置来完成：获得浸入树脂槽内的平衡块在样件3D打印前和样件3D打印后浸入液态树脂中的高度差，根据所述高度差乘以所述平衡块的截面面积来计算出在光固化成型过程中消耗树脂的体积，根据所述消耗树脂的体积乘以树脂的密度即计算出树脂消耗量。本发明得出液态树脂的实际消耗量，其准确度高，可以准确实测出每个作件的做件成本，成本的价格较为可靠，为3D打印服务的报价提供了极大的帮助。

Description

用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法

技术领域

本发明涉及光固化快速成型技术领域，特别是涉及一种用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法。

背景技术

在光固化快速成型(stereolithography)领域，即俗称的SLA，光固化激光快速成型的机理是利用液态光敏树脂在紫外激光的照射下吸收光能，然后发生光聚合反应而成型零件的。

光固化快速成型的基本过程如下：首先，受控于Z轴的三维工作平台位于树脂液面上，激光在上面扫描固化出第一层，接着，三维工作平台下降一层，树脂的液位保持不变，涂层工艺在刚固化的一层上涂上一薄层树脂，激光在上面扫描固化出第二层，并与上一层粘结在一起，如此依次固化出模型的各个截面，直至制作出整个模型。在整个加工过程中，通过平衡块升降控制和激光位移传感器反馈检测液位高度，来控制液位的稳定。光固化快速成型机工作时，树脂槽液位需始终保持恒定，液位稳定的作用为：其一是保证激光到液面的距离不变，始终处于焦平面上，其二是保证每一层铺涂的树脂层厚一致。而引起液位变化的原因有很多，主要有树脂的热胀冷缩、蒸发、树脂固化的体积收缩、Z轴移动机构的升降引起树脂槽容积的变化等等。而上述平衡块主要是维持液位稳定的作用。

树脂消耗量的检测主要有两个用途，一是通过对树脂消耗量的检测，确立什么时候应该补液，确立补液的最佳时间和最佳周期；二是通过检测树脂消耗量，计算单个样件的准确成本，了解理论树脂消耗量和实际树脂消耗量的关系，为核算成本提供更好的依据。目前树脂消耗量的检测方法一般有如下几种：(1)通过称光固化快速成型加工出来的样件的质量，来判断树脂消耗量。其缺点是准确度较差，一般是测试值比实际值偏小，主要是树脂消耗有蒸发、固化后部分树脂粘在样件上，需要工艺进行后处理，后处理需要用酒精或其它有机溶剂清洗，这样会造成一部分液态树脂的消耗和损失。另外，还需要考虑支撑的重量，在取件过程中，需要铲刀铲件，支撑可能去除得不是很干净，而支撑是树脂消耗量的一个重要指标，这样也会造成较大误差。(2)直接通过三维模型，如stp、iges、prt等格式的三维模型，利用三维软件，如proe、solidworks、unigaphics计算其体积，根据材料的密度，乘以三维模型的体积，得到其质量，再乘以单价(元/g)计算出其成本。这只是理论的树脂消耗量，但其结果与实际有差异。问题是未考虑树脂收缩、支撑的重量、树脂蒸发、以及固化后部分树脂粘在样件上，清洗时的损耗，而实际消耗量会高过理论消耗量。(3)将三维.stl格式文件在Magics软件中加支撑、切片，生成.cli格式文件。通过对cli格式文件进行体积计算，可以得到理论的树脂消耗量(含支撑)，再乘以材料密度，可得到树脂消耗重量。优点是，理论质量含支撑的重量，缺点是未反应实际的消耗量，只是理论值，未考虑树脂的损耗，后处理的损耗等以及实际激光加工时树脂的消耗量会有差异。

上述树脂消耗量测量方法均为理论消耗量，与实际消耗量存在一定的偏差，因此，需要一种能获得树脂实际消耗量的检测方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，用于解决现有技术中无法获得光固化快速成型中实际树脂消耗量的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，所述树脂消耗量检测方法利用光固化成型装置来完成：获得浸入树脂槽内的平衡块在样件3D打印前和样件3D打印后浸入液态树脂中的高度差，根据所述高度差乘以所述平衡块的截面面积来计算出在光固化成型过程中消耗树脂的体积，根据所述消耗树脂的体积乘以树脂的密度即计算出树脂消耗量；其中，获得所述高度差的具体步骤为：首先，在样件3D打印前，确定三维工作平台及平衡块的初始电气零位，调节所述平衡块使所述树脂槽内的液态树脂高度为设定值，所述设定值可以为3D打印正常工作的液位高度，调节稳定后，记录平衡块的坐标并且记为初始坐标值；再次，样件3D打印完成后，使所述三维工作平台恢复到初始电气零位，再次调节平衡块使液态树脂高度稳定到所述设定值，稳定后再次记录平衡块的坐标并且记为完成坐标值；最后，将所述初始坐标值和所述完成坐标值求差得出所述高度差。

优选的，所述电气零位是指所述光固化成型装置中与所述平衡块相连的滑块上的开关挡片触发零位开关发出信号时。

优选的，所述平衡块的坐标具体获得办法为：所述光固化成型装置中的控制器记录所述电气零位，然后根据电机从所述电气零位转动的圈数记录为绝对坐标，根据所述绝对坐标来计算平衡块的坐标。

优选的，所述平衡块的坐标具体获得办法为：通过在光固化成型装置中设置直线编码器，将读数头安装在与所述平衡块相连的滑块上，将所述直线编码器与所述光固化成型装置中的控制器相连。

优选的，所述树脂槽内的液态树脂高度通过设置在所述树脂槽上的液位传感器检测。

如上所述，本发明的用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，具有以下有益效果：采用本方法得到的树脂消耗量为实际消耗，准确度高，可以准确实测出每个作件的做件成本，成本的价格较为可靠，为3D打印服务的报价提供了极大的帮助。

附图说明

图1显示为光固化成型装置示意图。

图2显示为本发明中树脂槽内液位调节流程图。

图3显示为平衡块浸入液态树脂内的示意图。

元件标号说明

1固定架

2电机

31上限位开关

32零位开关

33下限位开关

4滑块

41开关挡片

5连接板

6平衡块

7液位传感器

8树脂槽

9三维打印工作平台

S1～S5步骤

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，树脂消耗量检测方法利用光固化成型装置来完成。本光固化成型装置为现有的生产装置，在此只介绍与本检测方法相关的结构部分：如图1所示，光固化成型装置包括：盛放树脂用的树脂槽8，架设在树脂槽8上的固定架1，用于完成三维打印的三维打印工作平台9，带动三维打印工作平台上下运动的Z轴升降机构，Z轴升降机构安装在上述固定架1上，以及调节树脂槽8内液态树脂液位高度的平衡块6，该平衡块6通过连接板5与滑动设在上述固定架1上的滑块4相连，该滑块4与Z轴升降机构里的电机2相连，电机2带动滑块4上下运动来调节平衡块6浸入液态树脂内的高度，进而调节液态树脂的液位高度。为实现控制，在滑块4的上极限位置和下极限位置处设有上限位开关31和下限位开关33，还设有零位开关32，当滑块4接触零位开关32时定义为电气零位；在树脂槽8内设有用于检测液位高度的液位传感器7，上述上限位开关31、下限位开关33、零位开关32和液位传感器7均与控制器相连，控制器控制电机2带动上述三维工作平台9和平衡块8上下运动。

上述上限位开关31、下限位开关33、零位开关32都为光电传感器或者是机械式限位开关，起的作用是位置判定作用或者限位保护作用。比如上限位开关31、下限位开关33的主要作用是保护，即当滑块4达到上限位开关位置时，控制器会控制电机2，让滑块4不再上升；当滑块4达到下限位开关时，控制器会控制电机2，让滑块4不再下降。而零位开关32主要时定义一个滑块的零位告知控制器。当上述滑块4上的开关挡片41触发零位开关32发出信号时，即为上述电气零位，该零位开关32可以为接触式开关，也可以是非接触式开关。

见图3所示，平衡块6为规则的长方体或正方体结构，浸入液体的部分为截面相等的图形，如其截面面积为A，高度为H的长方体，平衡块浸入液面的高度h。光固化成型装置，其原理在3D打印前以及正在打印过程中，需要保持树脂槽内液态树脂液位的稳定，而液位的稳定通过液位传感器7以及控制器实现，其控制流程如图2所示，首先向控制器输入液态树脂高度的初始值即步骤S1，然后控制器向执行器发出命令即步骤S2，执行器即电机和平衡块，利用电机调节平衡块来实现液态树脂的液位调整即步骤S3、S4，再由液位传感器实时反馈液位高度给控制器即步骤S5，通过控制器控制电机，电机带动平衡块升降，最终达到控制液位稳定到初始值。

本发明的树脂消耗量检测方法具体为：获得浸入树脂槽8内的平衡块6在样件3D打印前和样件3D打印后浸入液态树脂中的高度差，根据该高度差乘以平衡块6的截面面积来计算出在光固化成型过程中消耗树脂的体积，根据消耗树脂的体积乘以树脂的密度即计算出树脂消耗量；其中，获得高度差的具体步骤为：首先，在样件3D打印前，确保光固化成型装置中的三维工作平台9与液态树脂的相对位置并且记录该位置，以此定位三维工作平台及平衡块的初始电气零位，通过使滑块4上的开关挡片41触发零位开关32获得，并且调节平衡块6使树脂槽内的液态树脂高度为设定值H₀，该设定值H₀可以为3D打印正常工作的液位高度，调节稳定后，记录平衡块6的坐标并且记为初始坐标值a₀；再次，等样件3D打印完成后，使三维工作平台9回到所记录的位置即回到初始电气零位，再次调节平衡块6使液态树脂高度稳定到上述设定值H₀，稳定后再次记录平衡块6的坐标并且记为完成坐标值a₁；最后，将初始坐标值a₀和完成坐标值a₁求差得出上述高度差。

上述平衡块6的坐标具体获得办法之一为：光固化成型装置中的控制器记录上述电气零位，然后根据电机2从电气零位顺时针或逆时针转动的圈数记录为绝对坐标，根据绝对坐标来计算平衡块的坐标。其具体计算方式为：电机转动圈数乘以滚珠丝杠导程得到平衡块的坐标。比如电机从电气零位下降一圈，则控制器记录此时的绝对坐标为λ，接着电机再运动两圈，则控制器记录绝对坐标为3λ，若电机继续反向上升1.5圈，则此时绝对坐标为1.5λ。依次类推，控制器就能实时记录平衡块升降运动的绝对坐标。

本发明的检测方法利用已有的光固化成型装置来进行检测，无需额外增加其他零部件，检测的方式通过程序控制，可以实现自动检测。检测的平衡块坐标数据记录在控制器上，通过数据传输可以传到上位机，再利用以上的计算方法，可以计算出树脂消耗量，直接将树脂消耗量显示在机器的控制软件上。本发明的树脂消耗量不是理论值，是实际测量值，精度较高，且考虑了支撑重量以及实际做件中的树脂损耗，如挥发、粘在样件上的树脂等，均视为了树脂的消耗量，其准确度高，可以准确实测出每个件的做件成本，成本的价格较为可靠，为3D打印服务的报价提供了极大的帮助。

上述平衡块的坐标具体获得办法之二为：通过在光固化成型装置中设置直线编码器，将读数头安装在与平衡块相连的滑块上，将直线编码器与光固化成型装置中的控制器相连。

综上所述，本发明的用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，采用本方法得到的树脂消耗量为实际消耗，准确度高，可以准确实测出每个作件的做件成本，成本的价格较为可靠，为3D打印服务的报价提供了极大的帮助。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，其特征在于，所述树脂消耗量检测方法利用光固化成型装置来完成：获得浸入树脂槽内的平衡块在样件3D打印前和样件3D打印后浸入液态树脂中的高度差，根据所述高度差乘以所述平衡块的截面面积来计算出在光固化成型过程中消耗树脂的体积，根据所述消耗树脂的体积乘以树脂的密度即计算出树脂消耗量；

其中，获得所述高度差的具体步骤为：首先，在样件3D打印前，确定三维工作平台及平衡块的初始电气零位，调节所述平衡块使所述树脂槽内的液态树脂高度为设定值，调节稳定后，记录平衡块的坐标并且记为初始坐标值；再次，样件3D打印完成后，确保所述三维工作平台回到初始电气零位，并且调节平衡块使液态树脂高度稳定到所述设定值，稳定后再次记录平衡块的坐标并且记为完成坐标值；最后，将所述初始坐标值和所述完成坐标值求差得出所述高度差。

2.根据权利要求1所述的用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，其特征在于：所述电气零位是指所述光固化成型装置中与所述平衡块相连的滑块上的开关挡片触发零位开关发出信号时。

3.根据权利要求1所述的用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，其特征在于：所述平衡块的坐标具体获得办法为：所述光固化成型装置中的控制器记录所述电气零位，然后根据电机从所述电气零位转动的圈数记录为绝对坐标，根据所述绝对坐标来计算平衡块的坐标。

4.根据权利要求1所述的用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，其特征在于：所述平衡块的坐标具体获得办法为：通过在光固化成型装置中设置直线编码器，将读数头安装在与所述平衡块相连的滑块上，将所述直线编码器与所述光固化成型装置中的控制器相连。

5.根据权利要求1所述的用于光固化快速成型的树脂消耗量检测方法，其特征在于：所述树脂槽内的液态树脂高度通过设置在所述树脂槽上的液位传感器检测。