CN108000883A - 3d打印的产品脱层正交检测系统 - Google Patents

Abstract

一种3D打印的产品脱层正交检测系统，包括激光发射器、传感器，所述激光发射器、传感器分别设置在发射板、传感版上，包括第一激光发射板、第二激光发射板、第一传感板和第二传感板；所述第一激光发射板和第一传感板平行相对设置，第二激光发射板和第二传感板平行相对设置，所述第一激光发射板与第二激光发射板相互垂直。所述传感器与控制单元连接，激光发射器与控制单元连接，控制单元还用于接收3D打印机的单层打印完毕的工作信息，还用于存储、监控传感器的感光状态，控制单元还与3D打印机的工作模块控制连接；解决现有技术无法检测打印过程中脱层问题。

Description

3D打印的产品脱层正交检测系统

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种可以自动检测3D打印机的打印产品是否出现脱层的系统。

背景技术

当下热门的3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机则出现在上世纪90年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。

由于可选打印材料的性能限制，在3D打印的逐层打印过程中，如果材料粘结性太好可能导致无法从工作平台上取下，而材料的粘结性太差则有可能会导致在打印过程中产生的不同打印层之间的黏连脱开的问题，一旦脱开则整个模型变为废品，极大影响了工作进度并浪费了材料。

发明内容

为此，需要提供一种3D打印的产品脱层检测系统，解决现有技术无法检测打印过程中脱层问题。

一种3D打印的产品脱层正交检测系统，包括激光发射器、传感器，所述激光发射器、传感器分别设置在发射板、传感版上，包括第一激光发射板、第二激光发射板、第一传感板和第二传感板；所述第一激光发射板和第一传感板平行相对设置，第二激光发射板和第二传感板平行相对设置，所述第一激光发射板与第二激光发射板相互垂直。所述传感器与控制单元连接，激光发射器与控制单元连接，控制单元还用于接收3D打印机的单层打印完毕的工作信息，还用于存储、监控传感器的感光状态，控制单元还与3D打印机的工作模块控制连接；

控制单元用于接收3D打印机的打印完成指令；还用于在接收到打印完成指令后记录激光发射器至传感器的激光被感光状态；还用于在监控到已记录的传感器感光状态变化时，控制3D打印机工作模块停止打印。

具体地，包括多对激光发射器和传感器，分别在激光发射板和传感板上设置为激光发射器阵列和传感器阵列，阵列中激光发射器与传感器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配；

所述控制单元用于接收3D打印机的单层打印完成指令；还用于在接收到打印完成指令后记录对应层的激光发射器至传感器的激光被感光状态。

具体地，激光发射板上位于两端的激光发射器的列间距小于位于中心的激光发射器列间距；传感板上位于两端的传感器的列间距小于位于中心的传感器列间距。

优选地，还包括报警单元，所述报警单元与控制单元连接，所述报警单元用于在控制单元监控到已记录的激光发射器与传感器感光状态变化时，发出报警信号。

可选地，所述报警信号为声、光或电信号，通过蓝牙、WiFi、3G、4G或5G通讯向外发出。

区别于现有技术，上述技术方案通过设计正交的激光板及传感板并在3D打印机的控制单元中增加相应的控制逻辑有效防止了在3D打印流程中可能出现的检测工件脱层不及时，从而导致材料浪费、能源浪费的问题。

附图说明

图1为具体实施方式所述的脱层检测方法流程图；

图2为具体实施方式所述的脱层检测装置构造图。

附图标记说明：

1、工作平台；

2、第一激光发射板；

21、激光发射器；

3、第一传感板；

4、第二激光发射板；

5、打印头。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，介绍了一种3D打印的产品脱层检测方法，包括如下步骤，S100开启激光发射器与传感器；

S102接收3D打印机的单层打印完成指令；

S104记录对应层的激光发射器与传感器的激光被阻断情况；

S106在监控到已记录的激光发射器与传感器由阻断状态变化为感光状态时，控制3D打印机停止打印。

上述方法可以应用于图2所示的一种3D打印的产品脱层检测装置中，在图中我们可以看到，3D打印装置的工作台1设置在打印机的打印头5下，用于承接打印头的涂打产品。所述激光发射器21与传感器在3D打印机工作台的水平方向相对设置，在本实施例中，可以设置在两块相对设置的激光发射板2与传感器板3上，激光发射板与传感器板竖直放置，并相互间在水平方向上平行设置于工作台的两侧。激光发射板与传感器板上分别设置有激光发射器阵列和传感器阵列，工作台没有工件的没有遮挡的情况下每个阵列上的激光发射器发出的光信号总能被唯一的传感器所接收到。同时阵列上不同层设置的激光发射器与传感器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配。

在图1所示的一些实施例中，方法开始于步骤S100，开启激光发射器阵列及传感器阵列，这时候所有的传感器都将显示为感光状态，我们并不记录这种全感光的状态，直到3D打印机进行打印，向控制单元发出第一层打印完毕的指令之后，我们进行步骤S102接收3D打印机的第一层(单层或底层)打印完毕指令，然后进行步骤S104记录设置在传感器阵列最底层那一排的传感器的感光情况，这时候由于工件已经被打印出来一层，必然有部分传感器的光路受到阻断，记录这种阻断情况，并保存起来。同时，在3D打印机喷头每涂打完一层之后，都需要进行步骤S102接收3D打印机发出的单层打印完成指令，再进行步骤S104,记录对应层的激光发射器与传感器的激光被阻断情况；这里的对应层当然地跟当前打印层有关，根据实际确定为底层、第二层、第三层、第十层等。在持续打印的过程中，还持续地进行步骤S106在监控到已记录的激光发射器与传感器由阻断状态变化为感光状态时，通知3D打印机停止打印。简单地来说，脱层就是材料本身由于打印层层内的拉力大于打印层层间的粘合力而导致的，表现为不同打印层的脱离、分层、翘起、卷曲等现象。通常发生在工件的层的边缘，通常就表现为上下撕裂，使得原本不透光的工件产生透光的裂痕。这样对应位置的传感器就能够感受到原本被遮挡的激光，从而发出信号。本方法在控制单元接收到传感器感受到的变化信号后，直接通知3D打印机的打印头停止打印。通过上述方法，使得工件在出现打印脱层状况之后立即停止下一步的打印，防止进一步地浪费原料，避免出现脱层后的整体工件都成为废品，还浪费了电能。解决了现有技术中无法对3D打印机的打印过程中的脱层状况进行检测的问题。

在具体的应用中，S100与S102的执行并没有顺序要求，这是由于步骤S104实际要进行的是记录打印完成后的传感器阵列的感光变化情况，对应层的传感器与发射器只需要在需要记录前即在步骤S104之前完成开启发射器和传感器即可，至于是否先于接收打印机单层打印完成的信息，并不是十分重要，因此在本方法的其他一些实施例中，开启的激光发射器及传感器并非开启整个激光发射器阵列或整个传感器阵列，而是开启与当前待打印层相对的单排激光发射器、传感器；并通过重复进行步骤S100、S102、S104、达到从底层向上层相继开启不同的单排发射器及传感器的效果，打多少层，开多少排，可以避免高层的激光发射器及传感器空耗导致的能源浪费问题。

在某些具体的实施例中，步骤S100开启激光发射器阵列及传感器阵列，在接收到3D打印机的最底层(基层)打印完毕指令后才开始进行。在本实施例中，激光发射器阵列及传感器阵列的第一层高度与3D打印机的基层高度位置相统一，用于检测基层及基层以上层发生的脱层现象，不检测3D打印机的基层与工作平台之间的联结。这是由于在实际应用过程中，我们发现基层打印图层与工作平台之间的黏连并不常发生脱层，通过此种设计能够更好地针对产品内部产生的脱层问题，节省设计成本。

在进一步的实施例中，在检测到传感器感光状态变化后还包括步骤，发出报警信号。由于3D打印时间都较长，一般可达四五个小时，打印机操作人员一般会利用这个时间叼一支烟，出门约会，或叫上朋友喝上一盅，吐槽下今年博士论文又交不了等等。总之不会专人专门在场盯着3D打印机的工作进度。那么一个报警单元的存在就非常有必要，报警单元能够发出报警信号，其具有发出可识别信号及通讯的功能，所述可识别信号包括声、光、电、力学信号，还可以是虚拟的代码、指令、短消息等等，通讯功能包括蓝牙通讯、wifi通讯、2G、3G、4G、5G通讯方式等等。通过上述手段，达到了让用户在工件出现打印问题时收到通知，及时得到反馈，便于用户进行工件的更换、原料的补充等等。上述设置使得本发明方案更加人性化，更加具有实用性与便利性。

下面请看图2，展示了一种可适用上述方法的装置，包括在3D打印机的工作平台1两侧水平相对设置的激光发射板2和传感板3，激光发射器21和传感器(图中角度关系并未示出)分别在激光发射板和传感板上设置，特殊情况下可以设置为至少为一对激光发射器和传感器，即使仅设置一对激光发射器和传感器也能够达到检测某工件特定层高的部分是否脱层的问题，但为了全面对工件质量进行检测，优选的实施例中，包括多对激光发射器和传感器，分别在激光发射板2和传感板3上设置成一一对应的激光发射器阵列和传感器阵列，阵列中每一层的激光发射器和传感器的高度距离与打印机的涂打厚度相适应。激光发射板和传感板相对设置，分别竖立于打印机工作台的两侧。其中传感器与控制单元连接，激光发射器也可以与控制单元连接，控制单元还用于接收3D打印机的单层打印完毕的工作信息，还用于存储、监控传感器的感光状态。控制单元还与3D打印机的工作模块连接。具体地，控制单元用于接收3D打印机的单层打印完成指令；还用于在接收到打印完成指令后记录对应层的激光发射器至传感器的激光被感光状态；还用于在监控到已记录的传感器感光状态变化时，控制3D打印机停止打印。通过上述装置的设计及控制单元的逻辑控制，使得在3D打印流程中可能出现的检测工件脱层不及时的情况得到抑制，从而材料浪费、能源浪费的问题可以得到解决。

在优选的实施例中，如图2所示，激光发射板2、传感板3均垂直水平面设置，这样能够更好的与打印机的打印层相对应，在图2所示的实施例中，还包括第一激光发射板2、第二激光发射板4、第一传感板3和第二传感板(图中未示出)；所述第一激光发射板和第一传感板平行相对设置，第二激光发射板和第二传感板平行相对设置，第二传感板设置在靠近读者一侧正对第二激光发射板的位置。所述第一激光发射板与第二激光发射板相互垂直。第一、第二激光发射板上都有多个激光发射器，形成激光发射器阵列，而与之相对的第一、第二传感板上的传感器阵列分别与第一、第二激光发射板上的发射器阵列一一对应。仅有一套相对设置的激光发射器阵列与传感器阵列能够监控到部分角度的工件脱层问题，但是在正对该激光入射方向的部分，仍会有某些角度的脱层不能被该设计很好地监控到。设计两组正交的激光发射板与传感板就能够有效解决上述问题，其中，第二传感板与第二激光发射板也可以与控制单元连接，控制单元也在接收到打印完成指令后记录对应层的第二传感板上的传感器感光状态，并进行记录、监控。通过上述系统设计，使得全方位任意一个位置的工件出现脱层，都能被记录下来。

图2所示的具体实施例中，激光发射板2上位于两端的激光发射器的列间距小于位于中心的激光发射器列间距；传感板上位于两端的传感器的列间距小于位于中心的传感器列间距。图中无论是第一激光发射板2还是第二激光发射板4，我们都可以看到激光发射器在板上两边设置的密度都大于在中间设置的密度，这是由于在实际打印过程中，脱层多发生于打印产品的边缘部分，通过将两侧的激光发射器列间距优化密集排布，能够显著提高本发明产品对工件边缘脱层现象的检测精度与正确率。

在图2所示的优选实施例中，本系统还包括报警单元，报警单元能够发出报警信号，其具有发出可识别信号及通讯的功能，所述可识别信号包括声、光、电、力学信号，还可以是虚拟的代码、指令、短消息等等，通讯功能包括蓝牙通讯、WiFi通讯、2G、3G、4G、5G通讯方式等等。通过上述手段，达到了让用户在工件出现打印问题时收到通知，及时得到反馈，便于用户进行工件的更换、原料的补充等等。上述设置使得本系统更加人性化，更加具有实用性与便利性。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种3D打印的产品脱层正交检测系统，其特征在于，包括激光发射器、传感器，所述激光发射器、传感器分别设置在发射板、传感版上，包括第一激光发射板、第二激光发射板、第一传感板和第二传感板；所述第一激光发射板和第一传感板平行相对设置，第二激光发射板和第二传感板平行相对设置，所述第一激光发射板与第二激光发射板相互垂直。所述传感器与控制单元连接，激光发射器与控制单元连接，控制单元还用于接收3D打印机的单层打印完毕的工作信息，还用于存储、监控传感器的感光状态，控制单元还与3D打印机的工作模块控制连接；

控制单元用于接收3D打印机的打印完成指令；还用于在接收到打印完成指令后记录激光发射器至传感器的激光被感光状态；还用于在监控到已记录的传感器感光状态变化时，控制3D打印机工作模块停止打印。

2.根据权利要求1所述的3D打印的产品脱层正交检测系统，其特征在于，包括多对激光发射器和传感器，分别在激光发射板和传感板上设置为激光发射器阵列和传感器阵列，阵列中激光发射器与传感器在高度方向上的层间距与3D打印的打印层厚度相适配；

所述控制单元用于接收3D打印机的单层打印完成指令；还用于在接收到打印完成指令后记录对应层的激光发射器至传感器的激光被感光状态。

3.根据权利要求2所述的3D打印的产品脱层正交检测系统，其特征在于，激光发射板上位于两端的激光发射器的列间距小于位于中心的激光发射器列间距；传感板上位于两端的传感器的列间距小于位于中心的传感器列间距。

4.根据权利要求1所述的3D打印的产品脱层正交检测系统，其特征在于，还包括报警单元，所述报警单元与控制单元连接，所述报警单元用于在控制单元监控到已记录的激光发射器与传感器感光状态变化时，发出报警信号。

5.根据权利要求4所述的3D打印的产品脱层正交检测系统，其特征在于，所述报警信号为声、光或电信号，通过蓝牙、WiFi、3G、4G或5G通讯向外发出。