CN107031035B - 立体物件成型系统及其校正方法 - Google Patents

立体物件成型系统及其校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立体物件成型系统及其校正方法,该系统包含透光件、光束产生模块、平场激光聚焦透镜、平场感光件及控制器。透光件具有工作区。光束产生模快供产生呈线性的成型光束。平场激光聚焦透镜位于光束产生模块及透光件之间,呈线性的成型光束穿过平场激光聚焦透镜后形成平场激光扫描路径,平场激光扫描路径涵盖工作区。平场感光件设置于平场激光扫描路径上,用以接收穿过平场激光聚焦透镜的呈线性的成型光束并产生对应于光束的光功率的感光信号。控制器电连接于光束产生模块及平场感光件。控制器接收感光信号,并依据感光信号调整光束产生模块产生的光束的光功率。

Description

立体物件成型系统及其校正方法

技术领域

本发明是涉及一种物件成型系统及校正方法,且特别涉及一种立体物件成型系统及立体物件成型校正方法。

背景技术

积层制造(Additive Manufacturing)、三维打印(3D Printing)或快速成型(Rapid Prototyping)是一种快速制造立体物件的技术;其可以透过制图软件进行物件三维图像的设计,或利用立体影像扫描器取得物件的三维空间数据,经电脑处理后,再将材料由点或面堆积成立体物件。

其中,光固化成型(Stereolithography,SL)技术是依据电脑辅助设计与制造(Computer Aid Design/Computer Aided Manufacturing,CAD/CAM)图档的指令(以下称三维空间数据),利用高能光束聚焦于液态光敏聚合物表面,使被照射的液态光敏聚合物固化而连续不断地进行逐层堆迭动作,最后完成设计物件的快速成型工作。简言之,光固化成型技术主要是利用能产生高能光束的光源依据三维空间数据固化液态光敏聚合物,以使立体物件成型。

发明内容

本发明提供一种立体物件成型校正方法,用以校正立体物件成型系统产生的光束在传递至其工作区时的光功率值。

依据本发明提供一种立体物件成型校正方法,应用于立体物件成型系统。立体物件成型系统包含光束产生模块及平场激光聚焦透镜;光束产生模块提供一线性的成型光束线性的成型光束通过平场激光聚焦透镜后形成平场激光扫描路径。立体物件成型校正方法包含如下步骤:首先,提供平场感光件及控制器,平场感光件设置于平场激光扫描路径上,控制器电连接于平场感光件及光束产生模块。平场感光件感测通过平场激光聚焦透镜的光束的光功率,并输出对应光束的光功率的感光信号予控制器;最后,控制器会依据感光信号调整光束产生模块产生的光束的光功率。

在前述的立体物件成型校正方法中,控制器于感光信号所对应的光束的光功率大于操作光功率,且光束的光功率小于特定值时,提高发光单元输出的光束的光功率,藉以使光束的光功率维持于特定值。控制器并可于感光信号所对应的光束的光功率小于操作光功率时,输出警示信号以警示使用者发光单元输出的光束的光功率以不足以固化光敏聚合物。

本发明另提供一种立体物件成型系统,包含透光件、光束产生模块、平场激光聚焦透镜、平场感光件及控制器。透光件具有工作区。光束产生模块包含发光单元及多面镜,发光单元供输出点光束,多面镜固设于一轴上旋转,用以将点光束扩展成为呈线性的成型光束。平场激光聚焦透镜位于光束产生模块及透光件之间;所述呈线性的成形光束穿过平场激光聚焦透镜后形成平场激光扫描路径,平场激光扫描路径涵盖工作区。平场感光件设置于平场激光扫描路径上,平场感光件接收通过平场激光聚焦透镜的所述呈线性的成型光束并产生对应于呈线性的成型光束的光功率的感光信号。控制器电连接于光束产生模块及平场感光件。控制器接收感光信号,并依据感光信号调整光束产生模块产生的光束的光功率。

在前述的立体物件成型系统中,立体物件成型系统还可以包含光感测器、反射镜及会聚透镜,光感测器位于光束产生模块及平场激光聚焦透镜之间,并电连接于控制器,光感测器用以感测未通过平场激光聚焦透镜的光束的光功率,并产生光感测信号;反射镜位于光束产生模块及光感测器之间;会聚透镜位于光感测器及反射镜之间。控制器依据感光信号及光感测信号以调整光束产生模块产生的光束的光功率。平场感光件与光束产生模块可以是位于透光件的相同侧。

附图说明

图1绘示依照本发明的立体物件成型系统的架构图;

图2绘示依照本发明的立体物件成型系统的侧视图;

图3绘示依照本发明的立体物件成型系统的仰视图;

图4绘示依照本发明的立体物件成型系统的剖视图;以及

图5绘示依照本发明的立体物件成型系统的电路方框图。

其中,附图标记:

10 物件

100 透光件

102 工作区

104 周边区

110 光感测器

112 会聚透镜

120 光束产生模块

122 发光单元

124 光束调整单元

1240 准直镜

1242 聚光件

1244 多面镜

1246 驱动器

140 平场激光聚焦透镜

150 反射镜

160 激光光源模块

2 透光件

20 平场感光件30控制器

4 壳体

40 容置空间

42 开口

5 物件

X 第一轴向

Y 第二轴向

Z 第三轴向

具体实施方式

配合参阅图1及图2至,其中图1绘示依照本发明的立体物件成型系统的架构图,图2绘示依照本发明的立体物件成型装置的侧视图。图1及图2所绘示的立体物件成型系统是利用光固化成型技术使立体物件成型。立体物件成型系统(未另标号)包含:透光件100、激光光源模块160、平场感光件20及壳体4。壳体4定义有容置空间40,以及与容置空间40相连通的开口42。透光件100设于开口42;其中,透光件100可例如是透过粘着剂而与壳体4相结合。壳体4上更设有至少一滑轨44,激光光源模块160安装于滑轨44上,并可于滑轨44上进行一维方向的运动。

透光件100具有工作区102及周边区104,周边区104环绕工作区102周围。物件5(于本发明为待成型树脂)摆放在工作区102。请参照图4,激光光源模块160包含:光感测器110、会聚透镜112、光束产生模块120、平场激光聚焦透镜140及反射镜150。光束产生模块120用以产生呈线性的成型光束;平场激光聚焦透镜140位于光束产生模块120及透光件100之间,所述呈线性的成型光束穿过平场激光聚焦透镜140后形成一平场激光扫描路径,所述的平场扫描路径涵盖工作区102,使物件10可以层层光固化成型。而周边区104可例如为透光件100与立体物件成型系统的壳体4相结合的区域。

光束产生模块120包含发光单元122及光束调整单元124。发光单元122供输出高会聚力的点光束,并可例如以激光二极管来实现。光束调整单元124包含准直透镜(collimator)1240、聚光件1242及多面镜1244,光束调整单元124接受发光单元122输出的点光束,点光束通过准直透镜1240及聚光件1242的光束整型后传递至多面镜1244。多面镜1244固设于一轴1246上旋转,用以让点光束扩展成为呈线性的成型光束。发光单元122、准直透镜1240及聚光件1242可例如是安装在镜筒130中,镜筒130固设于立体物件成型系统的壳体160上。

平场感光件20可设于透光件100上,并与光束产生模块120位于透光件100的相同侧。其中,平场感光件20可位于工作区102或周边区104上,用以感测通过平场激光聚焦透镜140后的成型光束的光功率。平场感光件20可例如以电荷耦合元件(Charge CoupledDevice,CCD)或互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)元件来实现。

光感测器110、会聚透镜112及反射镜150位于光束产生模块120及平场激光聚焦透镜140之间。就光学路径来说,反射镜150位于光束产生模块120及光感测器110之间,会聚透镜112位于反射镜150及光感测器110之间,且光感测器120可例如是设在会聚透镜112的焦点位置,以提高光感测器120测得的光功率的精准度。于实际操作时,光束产生模块120产生的成型光束在传递至反射镜150时,会由反射镜150反射并传递至会聚透镜112,会聚透镜112使光束聚焦于光感测器110上,如此一来,光感测器110便可测得未通过平场激光聚焦透镜140的成型光束的光功率,并产生对应于成型光束的光功率的光感测信号。

光感测器110位于光束产生模块120及平场激光聚焦透镜140之间,光感测器110及平场感光件20分别电连接于控制器30,如图4所示;控制器30同时电连接于光束产生模块120的发光单元122。于实际操作时,控制器30可以根据平场感光件20在感测通过平场激光聚焦透镜140的光束所得的光功率值以调整发光单元122发出的点光束的光功率;或者,控制器30也可以同时根据平场感光件20在感测通过平场激光聚焦透镜140的光束所得的光功率值,以及根据光感测器110在感测未通过平场激光聚焦透镜140的光束所得的光功率值的差值来调整发光元件122发出的点光束的光功率。

控制器30内部可以预设有对应于光感测器110及/或平场感光件20测得的成型扫描光束的光功率与发光单元122产生的点光束的光功率的对照表,以供控制器30能获得发光单元122产生的点光束的即时光功率。在此要特别说明的是,由于平场感光件20是用以感测通过平场激光聚焦透镜140的成型光束的光功率,而光感测器110是用以感测未通过平场激光聚焦透镜140的光束的光功率。因此,当平场激光聚焦透镜140发生老化,导致透光率、折射率等光学特性改变的问题发生时,平场感光件20所感测到的成型光束的光功率会远低于光感测器110所感测到的成型光束的光功率,控制器30就能判断出平场激光聚焦透镜140已经发生老化。此时,控制器30可藉由调整发光单元122产生的点光束的光功率,使通过平场激光聚焦透镜140并传递至透光件100上的成型光束维持稳定,以确保立体物件成型系统成型的物件的品质。

又,当平场感光件20所感测到通过平场激光聚焦透镜140的成型光束的光功率低于预定地操作光功率时,控制器30可输出警示信号,以警示使用者立体物件成型系统的光源已经不符使用,此时表示平场激光聚焦透镜140老化程度严重,造成立体物件成型系统的立体物件成形系统已经不符使用,需要进行更换。

于实际进行立体物件的成型时,平场感光件20可以于立体物件成型系统进行物件成型前先进行一次成型光束的光功率校正,或于立体物件成型系统进行物件成型的同时或完成物件成型扫描后再进行一次成型光束的光功率校正。

在进行立体物件成型系统的光功率校正时,控制器30首先使光束产生模块120产生成型光束,并投射至工作区102。平场感光件20感测扫描光束的光功率,并输出对应线成型光束的光功率的感光信号至控制器30。

控制器30依据内建的感光信号对发光单元122输出光功率对照表以获得发光单元122产生的点光束的光功率。当发光单元122产生的光束的光功率高于操作光功率,且成型光束的光功率低于预定值时,控制器30使发光单元122提高输出的点光束的光功率;控制器30也可于感光信号对应的成型光束的光功率高于预定值时,降低发光单元122输出的点光束的光功率,以让成型光束的光功率维持在特定值,使具有平场激光聚焦透镜140的立体物件成型系统的光源功率维持稳定,以维持其成型的品质。

此外,当发光单元122产生的点光束的光功率低于操作光功率时,控制器30可输出警示信号,以警示使用者发光单元122输出的光功率以不足以固化工作液体照亮物件10。

又,光感测器110可以感测光束的光功率并输出对应光束的光功率的光感测信号予控制器30,控制器30再依据感光信号及光感测信号以调整发光单元122发出的光束的光功率。

综上所述,本发明的立体物件成型校正方法是在立体物件成型系统上设置平场感光件20及控制器30,平场感光件20设于透光件100上,控制器30电连接于平场感光件20及光束产生模块120的发光单元122。平场感光件20感测通过平场激光聚焦透镜140并传递至透光件100上的成型光束的光功率,控制器30于前述的成型光束的光功率偏移于预定值时,驱使发光单元122调整输出的点光源的光功率,藉以维持传递至透光件100的成型光束的光功率。

当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可依据本发明作出各种相应的改变和变型,但这些相应的改变和变型都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种立体物件成型校正方法,应用于一立体物件成型系统中,该立体物件成型系统,包含一光束产生模块及一平场激光聚焦透镜,其中该光束产生模块提供一线性的成型光束,该线性的成型光束通过该平场激光聚焦透镜后形成一平场激光扫描路径,其特征在于,该立体物件成型校正方法包含:
提供一平场感光件、一控制器及一光感测器,该平场感光件设置于该平场激光扫描路径上,该控制器电连接该平场感光件及该光束产生模块,该光感测器位于该光束产生模块及该平场激光聚焦透镜之间,并电连接于该控制器;
该平场感光件感测通过该平场激光聚焦透镜的光束的一第一光功率,并输出对应的一感光信号予该控制器;
该光感测器感测未通过该平场激光聚焦透镜的该光束的一第二光功率,并产生一光感测信号予该控制器;以及
该控制器依据该感光信号及该光感测信号以调整该光束产生模块产生的该光束的光功率;
其中,当该平场感光件所感测到的该第一光功率低于该光感测器所感测到的该第二光功率时,该控制器判断该平场激光聚焦透镜已经发生老化而发出一警示信号。
2.如权利要求1所述的立体物件成型校正方法,其特征在于,还包含:
该控制器于该感光信号所对应的该光束的光功率大于一操作光功率,且该光束的光功率小于一特定值时,提高该光束产生模块输出的该光束的光功率。
3.如权利要求2所述的立体物件成型校正方法,其特征在于,该控制器于感光信号所对应的该光束的光功率小于该操作光功率时,输出一警示信号。
4.如权利要求2所述的立体物件成型校正方法,其特征在于,该控制器使该光束的光功率维持于该特定值。
5.一种立体物件成型系统,其特征在于,包含:
一透光件,具有一工作区;
一光束产生模块,包含:
一发光单元,输出点光束;
一多面镜,固设于一轴上旋转,用以将所述点光束扩展成为呈线性的成型光束;
一平场激光聚焦透镜,位于该光束产生模块及该透光件之间,所述呈线性的成型光束穿过该平场激光聚焦透镜后形成一平场激光扫描路径,该平场激光扫描路径涵盖该工作区;
一平场感光件,设置于该平场激光扫描路径上,该平场感光件接收穿过该平场激光聚焦透镜的所述呈线性的成型光束形并产生对应于该光束的一第一光功率的一感光信号;
一控制器,电连接于该光束产生模块及该平场感光件;以及
一光感测器,位于该光束产生模块及该平场激光聚焦透镜之间,并电连接于该控制器,该光感测器用以感测未通过该平场激光聚焦透镜的该光束的一第二光功率,并产生一光感测信号;
其中,该控制器接收该感光信号及该光感测信号,并依据该感光信号及该光感测信号以调整该光束产生模块产生的该光束的光功率;
其中,当该平场感光件所感测到的该第一光功率低于该光感测器所感测到的该第二光功率时,该控制器判断该平场激光聚焦透镜已经发生老化而发出一警示信号。
6.如权利要求5所述的立体物件成型系统,其特征在于,立体物件成型系统还包含:
一反射镜,位于该光束产生模块及该光感测器之间;以及
一会聚透镜,位于该光感测器及该反射镜之间;
其中,该控制器依据该感光信号及该光感测信号以调整该光束产生模块产生的该光束的光功率。
7.如权利要求6所述的立体物件成型系统,其特征在于,该平场感光件与该光束产生模块位于该透光件的相同侧。
8.如权利要求5所述的立体物件成型系统,其特征在于,该平场感光件为电荷耦合元件或互补式金属氧化物半导体。
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