CN108081596A - 一种3d打印设备位置控制的装置及其使用方法 - Google Patents
一种3d打印设备位置控制的装置及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种3D打印设备位置控制的装置，涉及3D打印领域，包括工作台，光学反射镜，投影设备，Z轴移动平台和树脂槽，光学反射镜和投影设备设置在工作台下方，投影设备向上投影，Z轴移动平台与工作台可移动连接，树脂槽与工作台固定连接，树脂槽两侧设置有柔性压紧机构，打印平台设置于树脂槽上方，打印平台、拉压力传感器、柔性调整机构依次连接，柔性调整机构连接至Z轴移动平台，投影设备、Z轴移动平台和拉压力传感器均与控制器连接。本发明能够准确控制打印平台与树脂槽之间的间隙，提高产品在Z向的打印精度，避免产生树脂未固化到打印平台上的现象，避免打印平台与树脂槽发生碰撞破坏，降低了人工调试的难度。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印设备位置控制的装置及其使用方法。
背景技术
光固化3D打印是一种最早出现的3D打印方式，也是目前主流的3D打印方式。光固化3D打印主要分为SLA(立体光刻)，DLP(数字光投影)和Polyjet(聚合物喷射)三种类型。SLA和DLP的3D打印方式又分为打印平台自上往下式和自下往上式两种。打印平台自下往上式3D打印方式具有节省耗材，避免产生气泡，容易控制层厚的优势。但是传统的SLA或DLP式自下往上式3D打印机缺乏控制打印平台与树脂槽底部距离的手段，容易产生平台与树脂槽的碰撞或平台与树脂槽底部间隙过大，进而在打印件高度方向上产生较高的误差或固化的树脂不能粘附到平台上的问题。
DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置及方法(中国专利公开号CN106273505A，公开日20170104)中公开了DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置及方法，包括工作台，所述工作台下方设置DLP投影机，DLP投影机向上投影；所述工作台上部固定树脂槽，所述树脂槽内装有树脂；所述工作台上还固定Z轴滑台，Z轴滑台与延伸至树脂槽内部的基座连接，所述基座上固定压力传感器，所述DLP投影机、压力传感器和Z轴滑台均与控制器连接。通过监测力传感器来控制间隙。但该现有技术必须在接触后才能产生控制作用，因此无法避免打印机平台与树脂槽的碰撞产生的破坏，且在打印光固化过程中，已固化部分与树脂槽必须接触，无法保证两者之间留有层厚的间隙，导致无法进行实际打印。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种可以精确的控制打印平台的位置的3D打印设备位置控制的装置及其使用方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是通过控制打印平台与树脂槽之间的压力值，得到打印平台与树脂槽接触时的精确位置，进而精确的控制打印平台的位置的D打印设备位置控制的装置及其使用方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种3D打印设备位置控制的装置，包括工作台，光学反射镜，投影设备，Z轴移动平台和树脂槽，所述光学反射镜和所述投影设备设置在所述工作台下方，所述投影设备向上投影，所述Z轴移动平台与所述工作台可移动连接，所述树脂槽与所述工作台固定连接，所述树脂槽两侧设置有柔性压紧机构，打印平台设置于所述树脂槽上方，所述打印平台、拉压力传感器、柔性调整机构依次连接，所述柔性调整机构连接至所述Z轴移动平台，所述投影设备、所述Z轴移动平台和所述拉压力传感器均与控制器连接；所述柔性压紧装置，能够防止分离力过大，对固化的树脂或设备造成冲击破坏，通过柔性压紧方式减轻冲击；所述打印平台，需要保证与固化树脂有足够强的粘附力，防止打印过程中固化树脂掉落；所述拉压力传感器，能够监测打印过程中平台与树脂槽之间的拉压力变化。
进一步地，所述光学反射镜为介质膜反射镜，能够反射特定波长紫外光。
进一步地，所述介质膜反射镜的设置角度为45°，所述介质膜反射镜的支撑机构能够使所述介质膜反射镜绕X轴、Y轴转动或者沿着X轴、Y轴轴向移动。
进一步地，所述树脂槽中盛有液态光敏树脂，所述树脂槽底部材料为石英玻璃，能够使紫外光有更高的通过率。
进一步地，所述树脂槽底部的石英玻璃还贴有一层离型膜，能够减少液态光敏树脂的粘附，同时保证紫外光的通过率。
进一步地，所述液态光敏树脂光敏感波长范围与所述投影设备的波长一致，所述液态光敏树脂的黏度不能过大。
进一步地，所述柔性调整机构包括4个均布的导柱加弹簧部件，能够防止打印平台过度下移，导致设备出现故障。
本发明还提供了一种3D打印设备位置控制的装置的力位混合控制方法，包括以下步骤：
步骤100，开始；转至步骤200；
步骤200，控制器控制Z轴移动平台机械回零；转至步骤300；
步骤300，控制器控制Z轴移动平台向下移动；转至步骤400；
步骤400，控制器控制Z轴移动平台向下移动至拉压力传感器示值变化到规定的范围内，记录此时移动平台所处的位置h；转至步骤500；
步骤500，控制器控制Z轴移动平台运动到h；转至步骤600；
步骤600，判断拉压力传感器示值是否处于规定范围内，如果拉压力传感器示值在规定范围内；转至步骤700；
步骤700，控制器控制Z轴移动平台向上移动一个层厚的距离，投影设备开始进行光固化；转至步骤800；
步骤800，按照上位机控制程序的要求，以Z轴移动平台自身的半闭环位置控制进行位置控制。
进一步地，所述步骤600中，如果拉压力传感器示值在规定范围内不在规定范围内，则：
如果拉压力传感器示值大于规定范围，则执行步骤610，Z轴移动平台上移，直到拉压力传感器示值变化到规定的范围内，转至步骤400；
如果拉压力传感器示值小于规定范围，则执行步骤620，Z轴移动平台下移，直到拉压力传感器示值变化到规定的范围内，转至步骤400。
本发明还提供了一种3D打印设备位置控制的装置的固化树脂与树脂槽分离力测试的方法，其包括以下步骤：
步骤S1：所述投影设备照射规定时间后，控制器控制Z轴移动平台向上移动，进而控制打印平台向上移动，直到固化树脂与树脂槽分离；记录下分离过程中拉压力传感器示值变化；
步骤S2：取分离过程中，拉压力传感器拉力最大示值时，对应于该层切片。
技术效果
1、本发明中树脂槽两侧是柔性压紧装置，能够防止分离力过大，对固化的树脂或设备造成冲击破坏，可以减轻冲击；
2、本发明中拉压力传感器上方是柔性调整机构，采用的4个均布的导柱加弹簧机构，防止打印平台过度下移，导致设备出现故障；
3、本发明通过该装置的控制方法以及分离力测试手段，能够准确控制打印平台与树脂槽之间的间隙并设置规定范围数值，由控制器控制Z轴移动平台位置进行调整，提高打印精度
4、本发明的打印平台保证与固化树脂有足够强的粘附力，防止打印过程中固化树脂掉落。
综上所述，本发明能够准确控制打印平台与树脂槽之间的间隙，提高产品在Z向的打印精度，避免产生树脂未固化到打印平台上的现象，避免打印平台与树脂槽发生碰撞破坏，降低了人工调试的难度。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为3D打印设备位置控制的装置的原理图；
图2为3D打印设备位置控制的装置的力位混合控制方法控制示意图；
其中，1-工作台，2-光学反射镜，3-投影设备，4-控制器，5-Z轴移动平台，6-柔性调整机构，7-拉压力传感器，8-打印平台，9-液态光敏树脂，10-树脂槽，11-柔性压紧机构。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，一种3D打印设备位置控制的装置，包括工作台1，光学反射镜2，投影设备3，控制器4、Z轴移动平台5、柔性调整机构6、拉压力传感器7、打印平台8、液态光敏树脂9、树脂槽10和柔性压紧机构11，光学反射镜2和投影设备3均设置在工作台1下方，投影设备3通过光学反射镜2反射后向上发射紫外光，该紫外光向上穿过树脂槽10并照射盛于树脂槽10液态光敏树脂9，树脂槽10与工作台1固定连接，树脂槽10两侧设置有柔性压紧机构11，打印平台8设置于树脂槽10上方，打印平台8、拉压力传感器7、柔性调整机构6依次向上设置，柔性调整机构6连接至Z轴移动平台5，Z轴移动平台5可移动地连接至工作台1，投影设备3、Z轴移动平台5和拉压力传感器7均与控制器4连接。
工作时，Z轴移动平台5带动柔性调整机构6沿Z轴移动，打印平台8跟随Z轴移动平台上下移动，向下移动时，拉压力传感器7显示数值，当拉压力传感器7示值变化至规定范围内，控制器记录此时移动平台所处的位置h，该数据能够用于
柔性调整机构6与柔性压紧机构11共同作用，在打印平台8向下压紧时起到缓冲作用，防止分离力过大，对固化的树脂或设备造成冲击破坏。
其中，光学反射镜2为介质膜反射镜，能够反射特定波长紫外光；介质膜反射镜的设置角度为45°，介质膜反射镜的支撑机构能够使介质膜反射镜绕X轴、Y轴转动或者沿着X轴、Y轴轴向移动，投影设备3为DLP投影仪或激光设备。
树脂槽10底部材料为石英玻璃，能够使紫外光有更高的通过率；该石英玻璃上还贴有一层离型膜，能够减少液态光敏树脂9的粘附，同时保证紫外光的通过率；液态光敏树脂9光敏感波长范围与投影设备3的波长一致，液态光敏树脂9的黏度不能过大，以免阻碍紫外光通过。
柔性调整机构6包括4个均布的导柱加弹簧部件(图1上未标示出)，能够防止打印平台过度下移，导致设备出现故障。
如图2所示，一种3D打印设备位置控制的装置的力位混合控制方法，包括以下步骤：
步骤100，开始；转至步骤200；
步骤200，控制器4控制Z轴移动平台5机械回零；转至步骤300；
步骤300，控制器4控制Z轴移动平台5向下移动；转至步骤400；
步骤400，控制器4控制Z轴移动平台5向下移动至拉压力传感器7示值变化到规定的范围内，记录此时移动平台所处的位置h；转至步骤500；
步骤500，控制器4控制Z轴移动平台5运动到h；转至步骤600；
步骤600，判断拉压力传感器7示值是否处于规定范围内，如果拉压力传感器7示值在规定范围内；转至步骤700；
如果拉压力传感器7示值大于规定范围，则执行步骤610，Z轴移动平台5上移，直到拉压力传感器7示值变化到规定的范围内，转至步骤400；
如果拉压力传感器7示值小于规定范围，则执行步骤620，Z轴移动平台5下移，直到拉压力传感器7示值变化到规定的范围内，转至步骤400；
步骤700，控制器4控制Z轴移动平台5向上移动一个层厚的距离，投影设备开始进行光固化；转至步骤800；
步骤800，按照上位机控制程序的要求，以Z轴移动平台5自身的半闭环位置控制进行位置控制。
一种3D打印设备位置控制的装置的固化树脂与树脂槽分离力测试的方法，包括以下步骤：
步骤S1：投影设备3照射规定时间后，控制器4控制Z轴移动平台5向上移动，进而控制打印平台8向上移动，直到固化树脂与树脂槽10分离；记录下分离过程中拉压力传感器7示值变化；
步骤S2：取分离过程中，拉压力传感器拉力7最大示值时，对应于该层切片。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种3D打印设备位置控制的装置，包括工作台(1)，光学反射镜(2)，投影设备(3)，Z轴移动平台(5)和树脂槽(10)，所述光学反射镜(2)和所述投影设备(3)设置在所述工作台(1)下方，所述投影设备(3)向上投影，所述Z轴移动平台(5)与所述工作台(1)可移动连接，所述树脂槽(10)与所述工作台(1)固定连接，其特征在于，所述树脂槽(10)两侧设置有柔性压紧机构(11)，打印平台(8)设置于所述树脂槽(10)上方，所述打印平台(8)、拉压力传感器(7)、柔性调整机构(6)依次连接，所述柔性调整机构(6)连接至所述Z轴移动平台(5)，所述投影设备(3)、所述Z轴移动平台(5)和所述拉压力传感器(7)均与控制器(4)连接。
2.如权利要求1所述的3D打印设备位置控制的装置，其特征在于，所述光学反射镜(2)为介质膜反射镜，能够反射特定波长紫外光。
3.如权利要求2所述的3D打印设备位置控制的装置，其特征在于，所述介质膜反射镜的设置角度为45°，所述介质膜反射镜的支撑机构能够使所述介质膜反射镜绕X轴、Y轴转动或者沿着X轴、Y轴轴向移动。
4.如权利要求1所述的3D打印设备位置控制的装置，其特征在于，所述树脂槽(10)中盛有液态光敏树脂(9)，所述树脂槽(10)底部材料为石英玻璃。
5.如权利要求4所述的3D打印设备位置控制的装置，其特征在于，所述树脂槽(10)底部的石英玻璃还贴有一层离型膜。
6.如权利要求4所述的3D打印设备位置控制的装置，其特征在于，所述液态光敏树脂(9)光敏感波长范围与所述投影设备(3)的波长一致。
7.如权利要求1所述的3D打印设备位置控制的装置，其特征在于，所述柔性调整机构(6)包括4个均布的导柱加弹簧部件。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的3D打印设备位置控制的装置的力位混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤100，开始；转至步骤200；
步骤200，控制器(4)控制Z轴移动平台(5)机械回零；转至步骤300；
步骤300，控制器(4)控制Z轴移动平台(5)向下移动；转至步骤400；
步骤400，控制器(4)控制Z轴移动平台(5)向下移动至拉压力传感器示值变化到规定的范围内，记录此时移动平台所处的位置h；转至步骤500；
步骤500，控制器(4)控制Z轴移动平台(5)运动到h；转至步骤600；
步骤600，判断拉压力传感器示值是否处于规定范围内，如果拉压力传感器示值在规定范围内；转至步骤700；
步骤700，控制器(4)控制Z轴移动平台(5)向上移动一个层厚的距离，投影设备开始进行光固化；转至步骤800；
步骤800，按照上位机控制程序的要求，以Z轴移动平台(5)自身的半闭环位置控制进行位置控制。
9.如权利要求8所述的3D打印设备位置控制的装置的力位混合控制方法，其特征在于，所述步骤600中，如果拉压力传感器示值在规定范围内不在规定范围内，则：
如果拉压力传感器示值大于规定范围，则执行步骤610，Z轴移动平台(5)上移，直到拉压力传感器示值变化到规定的范围内，转至步骤400；
如果拉压力传感器示值小于规定范围，则执行步骤620，Z轴移动平台(5)下移，直到拉压力传感器示值变化到规定的范围内，转至步骤400。
10.一种如权利要求1-7中任一项所述的3D打印设备位置控制的装置的固化树脂与树脂槽分离力测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：所述投影设备(3)照射规定时间后，控制器(4)控制Z轴移动平台(5)向上移动，进而控制打印平台(8)向上移动，直到固化树脂与树脂槽(10)分离；记录下分离过程中拉压力传感器(7)示值变化；
步骤S2：取分离过程中，拉压力传感器拉力(7)最大示值时，对应于该层切片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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