CN106142549B - 底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法及控制装置，三维打印平台的回零方法具体包括：在三维打印平台向树脂槽底部下降时，实时检测三维打印平台与树脂槽底部间的相应信号值，将检测到的相应信号值传输给控制系统，控制系统将接收到的相应信号值与预设阈值进行比较，以此来控制驱动三维打印平台运动的升降电机动作，最终实现三维打印平台回到初始零位；相应信号值为：三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩，或者为三维打印平台与树脂槽底部间的相对位置。本发明实现了自动化控制，回零精度高，避免三维打印平台压死在树脂槽底部，影响树脂槽的使用寿命。

Description

底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法和控制 装置

技术领域

本发明涉及底投影式快速成型技术领域，特别是涉及一种底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法和控制装置。

背景技术

底部投影式数字光处理快速成型系统的基本工作过程如下：首先，受控于升降轴的三维打印平台通过回零动作止位于充满树脂的树脂槽底部，并且与槽底面留出一个大小合适的缝隙，升降轴由升降电机驱动，然后激光面投在树脂槽底部以固化缝隙内的树脂形成第一层，固化后的树脂牢牢粘在三维打印平台上，接着三维打印平台上升一层，激光面继续投在树脂槽底部固化处第二层，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，成型后的模型将会粘牢在托板上。上述回零定义为：底投影式三维打印机工作准备状态，需要使各个模块回到初始工作位置，即俗称的零位。

三维打印平台回零动作是整个数字光处理快速成型系统中的重要开始部分，是将三维打印平台从升降轴上的任一初始位置移动至树脂槽底部零位的一个过程，目的在于使三维打印平台表面理想地贴近树脂槽底部，首层固化树脂能够顺利粘牢在三维打印平台上，回零的精度影响着整个打印模型的质量。三维打印平台回零时有一定冲击力，如果下降行程过大，会直接压死在树脂槽的内底面上，造成树脂槽底部变形，或者镀膜机械损坏，影响其底部表面的平面度和使用寿命，随着打印模型次数的增多和时间的积累容易造成树脂槽的损坏；如果下降行程过小，会导致三维打印平台表面和树脂槽内部底面之间缝隙太大，超过了树脂材料的最大固化深度，使得首层树脂固化后不能粘牢在托板上，或者中间层脱层，导致打印失败。因此，让三维打印平台回零时能顺利下降到打印所需求的理想高度，留出三维打印平台与树脂槽底部合适的缝隙是回零动作的关键所在。上述最大固化深度：指的是光敏树脂在特定光源的照射下，持续较长时间，比如20S以上的时间，所能固化的最大厚度(深度)，即称为最大固化深度，该参数值与树脂材料和光源都有关系。

而目前在三维打印平台回零动作时，靠操作人员肉眼观察三维打印平台与树脂槽底部的缝隙是否达到合适的大小，达到后再停止三维打印平台上升，以此来完成三维打印平台的回零动作，该操作回零精度不稳定，严重时直接导致打印失败。或者直接将三维打印平台压死在树脂槽的内底面上，然后开始打印，这样严重影响树脂槽的使用寿命，易将其损坏。

因此，需要一种能自动控制三维打印平台完成回零动作的控制方法和控制装置。

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底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法及控制装置，用于解决现有技术中回零操作精度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法，所述三维打印平台的回零方法具体包括：在所述三维打印平台向树脂槽底部下降时，实时检测三维打印平台与树脂槽底部间的相应信号值，将检测到的所述相应信号值传输给控制系统，控制系统将接收到的所述相应信号值与预设阈值进行比较，以此来控制驱动所述三维打印平台运动的升降电机动作，最终实现三维打印平台回到初始零位；所述相应信号值为：所述三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩，或者为三维打印平台与树脂槽底部间的相对位置。

优选的，所述相应信号值为三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩时，所述相应信号值通过检测所述升降电机的扭力来获得。

优选的，所述相应信号值为三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩时，所述相应信号值通过在所述三维打印平台上设置力学传感器来实时获得。

优选的，所述相应信号值为三维打印平台与树脂槽底部间产生的相对位置时，所述相应信号值通过设置位移传感器获得。

本发明还提供一种底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制装置，其包括控制系统，驱动所述三维打印平台升降的升降电机，以及实时检测获取所述三维打印平台和树脂槽底面间相应信号值的检测机构，所述相应信号值为：所述三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩，或者为三维打印平台与树脂槽底部间的相对位置；所述升降电机、检测机构均与所述控制系统相连。

优选的，所述检测机构为设置在所述三维打印平台上的力学传感器。

优选的，所述升降电机的驱动方式包括位置模式和扭矩模式，所述检测机构为获得所述升降电机扭力的扭力检测器。

优选的，在所述三维打印平台的升降行程上设有位置传感器，位置传感器与所述控制系统相连。

优选的，所述检测机构为位移传感器，所述位移传感器用于直接或间接检测所述三维打印平台和树脂槽底部上表面间的距离。

如上所述，本发明的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法以及控制装置，具有以下有益效果：通过检测三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩、或者两者间的距离，并将其输送给控制系统，控制系统将收到的数据与预设阈值比较，以此实现三维打印平台的回零，其实现了自动化控制，回零精度高，避免三维打印平台压死在树脂槽底部，影响树脂槽的使用寿命，也避免三维打印平台与树脂槽底部间的缝隙过大，影响生产。

附图说明

图1显示为本发明底投影式快速成型中的三维打印平台在回零前的状态示意图。

图2显示为本发明底投影式快速成型中的三维打印平台完成回零动作的状态示意图。

图3显示为三维打印平台从接触树脂槽内树脂面至与树脂槽底面接触所承受力的情况。

图4显示为本发明的底投影式快速成型中三维打印平台回零控制装置的一实施例图。

元件标号说明

1 升降电机

2 三维打印平台

3 树脂槽

4 位移传感器

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4。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。

本发明提供一种底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法，其具体包括：在三维打印平台向树脂槽底部下降时，实时检测三维打印平台与树脂槽底部间的相应信号值，将检测到的相应信号值传输给控制系统，控制系统将接收到的相应信号值与预设阈值进行比较，以此来控制驱动三维打印平台运动的升降电机动作，最终实现三维打印平台回到初始零位；相应信号值为：三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩，或者为三维打印平台与树脂槽底部间的相对位置。本发明通过检测三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩、或者两者间的距离，并将其输送给控制系统，控制系统将收到的数据与预设阈值比较，以此实现三维打印平台的回零，其实现了自动化控制，回零精度高，避免三维打印平台压死在树脂槽底部，影响树脂槽的使用寿命，也避免三维打印平台与树脂槽底部间的缝隙过大，影响生产。

如图1所示为三维打印平台在回零前的状态，三维打印平台2在升降电机1的驱动下升至树脂槽3的上方。如图2所示，三维打印平台2在升降电机1的驱动下下降进入树脂槽3内完成回零动作。

本发明底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法的第一实施例，如图3所示为三维打印平台从接触树脂槽内树脂面至与树脂槽底面接触所承受力的情况，从图3中可以看出：在三维打印平台受升降电机控制下下降回零的过程中，在接触树脂前受到来自机械方面的阻力，阻力大小比较稳定；三维打印平台进入液态树脂后，由于树脂的粘稠度和分子间的作用力会导致在树脂槽底部与三维打印平台之间形成一股细微作用力，这个作用力很小可以忽略；当三维打印平台与树脂槽底部开始接触时，三维打印平台受到的作用力f立即增大，在三维打印平台彻底压死树脂槽底部时受到的作用力达到最大f”；当三维打印平台与树脂槽底部间距离合适缝隙(未压死树脂槽)时，作用力为f^’，根据该作用力f^’可以测试出一个标准值作为预设阈值，由此可以直接得出：三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩可以作为回零控制的一个检测信号。即上述相应信号值为三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩。本相应信号值的获取有两种途径：可通过检测升降电机的扭力来获得；也可以通过在三维打印平台上设置力学传感器来实时获得。

具体回零控制方法为：整个升降轴的升降由升降电机及相关驱动控制，在启动升降轴(也就是三维打印平台)回零程序以后，当升降电机运动到指定位置时，该指定位置处通过安装位置传感器检测，升降电机的驱动方式由位置模式进入扭矩模式，在下降过程中，三维打印平台在树脂槽内部会受到不断增大的作用力，当作用力f逐渐变大到上述预设阈值(或等同于设定好的扭力F时)升降电机立即停止从而确定三维打印平台下降的位置，完成三维打印平台的回零控制。

上述升降电机扭力的调节可以让升降电机驱动外接一个串联的开关电源和电位计来实现，即是通过改变外接电压的变化来改变升降电机扭力的变化，再通过扭力的改变来确定三维打印平台在回零动作时下降的高度。

除上述调节升降电机扭力和运动模式外，还可以通过在三维打印平台上加装力学传感器，通过力学传感器直接测得三维打印平台所受作用力。当力学传感器检测到三维打印平台与树脂槽之间的作用力f增大到f’时就会立即发出停止运行信号，此时控制三维打印平台运动的升降电机及时停止，将三维打印平台止位于打印首层需要的理想位置。力学传感器的放置可以选择不同位置，只要能够检测作用力f的大小并能发送停止信号即可。

本发明还提供了一种能完成上述回零控制方法的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制装置，其包括控制系统，驱动上述三维打印平台升降的升降电机，以及实时检测获取三维打印平台和树脂槽底面间相应信号值的检测机构，相应信号值为所述三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩，检测机构为力学传感器或者为检测升降电机扭力的扭力检测器；升降电机、检测机构均与所述控制系统相连。为更好地实现升降电机的控制，在三维打印平台的升降行程上设有位置传感器，位置传感器与控制系统相连，该位置传感器发送信号以控制改变升降电机的驱动方式，由位置模式转变为扭矩模式。

本发明底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法的第二实施例，与第一实施例不同之处在于，上述相应信号值为三维打印平台与树脂槽底部间产生的相对位置，相应信号值通过设置位移传感器获得。由高精度位置或位移传感器(以下统称位移传感器)来检测三维打印平台表面与树脂槽底部内表面的距离，检测方式分为直接检测和间接检测两种，通过测量三维打印平台相对位移传感器检测点的位移，换算成三维打印平台和树脂槽底部内表面的间隙，当此间隙小于某一预设阈值时，升降电机停止运行，三维打印平台此时处于零位。本发明通过利用位移传感器实施获得三维打印平台与树脂槽底部间的距离，并将其输送给控制系统，控制系统将收到的数据与预设阈值比较，以此实现三维打印平台的回零，其实现了自动化控制，回零精度高，避免三维打印平台压死在树脂槽底部，影响树脂槽的使用寿命，也避免三维打印平台与树脂槽底部间的缝隙过大，影响生产。

为了保证位移信号的接收，如图4所示，树脂槽3的底部可按需要放置一个位移传感器4的信号接收器，由图可见H是位移传感器4实际测量得到的信号接收器与位移传感器测量点之间的距离，h是位移传感器测量点与三维打印平台底部的距离，h1是信号接收器的厚度，h和h1都是固定值，H与h+h1的差值h2即是打印首层需要的理想缝隙值。在升降电机控制三维打印平台下降过程中，位移传感器4的测量值达到所需H值后发出停止信号，从而升降电机就控制三维打印平台停止在离树脂槽底面上方距离h1+h2的位置，完成回零控制。

上述位移传感器4的安装可以选择不同位置，能监测到合理缝隙的距离即可，可以是通过换算得出打印首层需要的理想缝隙值h2，也可以直接测量三维打印平台与树脂槽底部内表面的距离而得出打印首层需要的理想缝隙值h2。

本发明还提供了一种能完成第二实施例中回零控制方法的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制装置，其包括控制系统，驱动三维打印平台升降的升降电机，以及实时检测获取三维打印平台2和树脂槽底面间相应信号值的检测机构，相应信号值为三维打印平台与树脂槽底部间的相对位置，检测机构为位置或位移传感器4，见图4所示；升降电机、检测机构均与所述控制系统相连。

综上所述，本发明底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法以及控制装置，其实现了自动化控制，回零精度高，避免三维打印平台压死在树脂槽底部，影响树脂槽的使用寿命，也避免三维打印平台与树脂槽底部间的缝隙过大，影响生产。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 (7)

1.一种底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法，其特征在于，所述三维打印平台的回零方法具体包括：在所述三维打印平台向树脂槽底部下降时，实时检测三维打印平台与树脂槽底部间的相应信号值，将检测到的所述相应信号值传输给控制系统，控制系统将接收到的所述相应信号值与预设阈值进行比较，以此来控制驱动所述三维打印平台运动的升降电机动作，最终实现三维打印平台回到初始零位；所述相应信号值为：所述三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩。

2.根据权利要求1所述的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法，其特征在于：所述相应信号值为三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩时，所述相应信号值通过检测所述升降电机的扭力来获得。

3.根据权利要求1所述的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法，其特征在于：所述相应信号值为三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩时，所述相应信号值通过在所述三维打印平台上设置力学传感器来实时获得。

4.一种底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制装置，其特征在于：包括控制系统，驱动所述三维打印平台升降的升降电机，以及实时检测获取所述三维打印平台和树脂槽底面间相应信号值的检测机构，所述相应信号值为：所述三维打印平台与树脂槽底部间产生的作用力或力矩；所述升降电机、检测机构均与所述控制系统相连；回零控制装置用于实现权利要求1至权利要求3任一项所述的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制方法。

5.根据权利要求4所述的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制装置，其特征在于：所述检测机构为设置在所述三维打印平台上的力学传感器。

6.根据权利要求4所述的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制装置，其特征在于：所述升降电机的驱动方式包括位置模式和扭矩模式，所述检测机构为获得所述升降电机扭力的扭力检测器。

7.根据权利要求5或6所述的底投影式快速成型中三维打印平台的回零控制装置，其特征在于：在所述三维打印平台的升降行程上设有位置传感器，位置传感器与所述控制系统相连。