CN108859129A - 光固化3d打印设备的检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光固化3D打印设备的检测系统，该检测系统用于光固化3D打印设备内，包括：液位感应器，该液位感应器设置在料盒内，用于感测料盒内打印料的液位高度，并将液位高度反馈给主控系统；计时器，用于对打印过程计时，反应打印进度，并将数据反馈给主控系统；主控系统，该主控系统用于处理反馈的数据以及下达开启或是关闭的指令；主控系统能够实时的根据计时器与液位感应器反馈的数据，计算出打印物的实际打印体积与预期打印体积，对于这两个体积进行分析比较，判断3D打印过程是否顺利，具有实时、高效的监测作用。

Description

光固化3D打印设备的检测系统

技术领域

本发明涉及增材制造行业，具体讲是一种在打印过程中能够实现实时监测的光固化3D打印设备的检测系统。

背景技术

3D打印机是一种快速成型机器，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获得产品。3D打印机由其制造速度较快、材料种类较多、经济效益较好等优点，逐渐被推广应用。

光固化成型法是3D打印机最早实用化的快速成型技术，用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，将打印物拉离，待打印料回流后再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体，获得产品。光固化3D打印的原材料一般为光敏树脂、光敏聚合物等，当需要打印物是高弹性，机械性能好时，其原材料一般是粘性极大的。若原材料粘性大，在打印过程中回出现材料回流慢，造成打印层面缺损的问题。以及由于操作失误、打印参数设置误差、光源提供能量不足造成打印物发生与离型层粘连、打印物出现断层等打印失败的情况，如果不在打印过程中实时监控，不及时对于打印失败的情况进行处理，那么很有可能会对3D打印设备造成损坏，特别是在工业化后，需要对于3D打印设备进行打印过程的自动化实时监控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现自动化的光固化3D打印设备实时检测的系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的光固化3D打印设备的检测系统，该检测系统用于光固化3D打印设备内，所述光固化3D打印设备由UV光源、料盒与成型台组成，料盒内填充有打印料，所述光固化3D打印设备的检测系统包括：液位感应器，该液位感应器设置在料盒内，用于感测料盒内打印料的液位高度，并将液位高度反馈给主控系统；计时器，用于对打印过程计时，反应打印进度，并将数据反馈给主控系统；主控系统，该主控系统用于处理反馈的数据以及下达开启或是关闭的指令；所述主控系统接受计时器的数据，从而计算出实时打印物的预期体积v；所述主控系统接受液位感应器的信息后，并根据计算出实时打印物的实际体积v实，所述主控系统根据v与v实的比值a，若a为0.9—1.1，则3D打印过程成功；若a小于0.9，或者a大于1.1，则3D打印过程出现问题。

采用以上所述的结构后，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：主控系统能够实时的根据计时器与液位感应器反馈的数据，计算出打印物的实际打印体积与预期打印体积，对于这两个体积进行分析比较，判断3D打印过程是否顺利，具有实时、高效的监测作用。

进一步地，还包括与主控系统连接的报警系统，当打印过程出现问题时，所述主控系统对警报系统下达开启指令。

进一步地，所述警报系统设有警报灯或是警报铃。

进一步地，所述主控系统连接光源控制器与成型台驱动控制器，分别控制光源与成型台驱动的开启与关闭。

附图说明

图1是本发明中光固化3D打印设备的结构示意图；

图2是本发明中光固化3D打印设备检测系统的模块图；

图3是本发明中光固化3D打印设备检测系统的检测方法流程图；

图4是本发明中光固化3D打印设备打印过程中T0时刻的结构示意图；

图5是本发明中光固化3D打印设备打印过程中T1时刻的结构示意图；

图6是本发明中光固化3D打印设备打印过程中T2时刻的结构示意图。

其中：1、料盒；2、打印料；3、打印物；4、成型台；5、UV光源。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对发明作进一步详细地说明。

要理解的是，当一个元件被提到在另一元件“上”、“附着到”另一元件上、“连接到”另一元件上、与另一元件“结合”、“接触”另一元件等时，其可以直接在另一元件上、附着到另一元件上、连接到另一元件上、与另一元件结合和/或接触另一元件或也可存在中间元件。相反，当一个元件被提到“直接在另一元件上”、“直接附着到”另一元件上、“直接连接到”另一元件上、与另一元件“直接结合”或“直接接触”另一元件时，不存在中间元件。本领域技术人员还会理解，提到与另一构件“相邻”布置的一个结构或构件可具有叠加在该相邻构件上或位于该相邻构件下的部分。

空间相关术语，如“下方”、“低于”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中可为易于描述而使用以描述如附图中所示的元件或构件与另外的一个或多个元件或构件的关系。要理解的是，空间相关术语除附图中描绘的取向外还意在包括器件在使用或运行中的不同取向。例如，如果倒转附图中的器件，被描述为在其它元件或构件“下方”或“下面”的元件则将取向在其它元件或构件“上方”。因此，示例性术语“下方”可包括上方和下方的取向两者。器件可以以其它方式取向(旋转90度或其它取向)并相应地解释本文所用的空间相关描述词。类似地，除非明确地另行指示，术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”等在本文中仅用于解释说明。

由图1所示的光固化3D打印设备结构示意图可知，一般下光源光固化3D打印设备包括：成型台4，该成型台4用于支撑打印物3，所述成型台4连有成型台的升降机构，成型台的升降机构带动成型台4与打印物3在竖直方向上位移；在成型台4的下方设有料盒1，料盒4底部可透光用于盛放打印料2；在料盒1的下方设有UV光源5，用于提供固化打印料2波长范围内的UV光，上述光固化3D打印设备在实施打印工作时，UV光源5工作，UV光穿料盒1对于料盒1内的打印料2进行照射，打印料2在料盒1内发生固化，然后通过成型台4将打印物3(打印料2固化后)向上拉离料盒1的底面，然后待打印料2回流到料盒1底面后再进行光照，逐层形成打印物。

在实施3D打印之前，首先需要对打印物进行三维建模，然后将三维模型进行切面，然后进行分层打印构建，在实施每个单层打印过程中，主控系统已知每层UV光源5光照的面积，以及每层的层厚，即对应的每层UV光源5光照的时间，在打印过程中，UV光源5开启，该层面固化完成后，UV光源5关闭(或是持续光照)，成型台升降机构开启，并将打印物向上提升相应厚度的距离。所以主控系统可知，第一层的面积是S1，层厚度是H1，第二层的面积是S2，层厚度是H2，所以整个模型的体积V约等于S1*H1+S2*H2+S3*H3...+SN*HN,故当一个三维模型完成切片后，将该三维模型打印完全所需要的时间与模型的体积，以及相对应的切片层数以及每层的高度都是作为打印参数，将以上打印参数均由主控系统计算得知，才可以实现打印。从而在3D打印过程中，根据打印进行的时间可以确定实时的打印进度，从而得知打印层数，根据层数比例可以实时打印物的预期体积v实，本光固化3D打印设备检测系统是根据料盒1内的打印料减少的体积来计算实时打印物的实际体积v，对于v实与v进行对比分析，来判断打印过程是否正常。

具体的，如图2所示，所述光固化3D打印设备检测系统包括，液位感应器，该液位感应器设置在料盒1内，液位感应器用于感测料盒1内打印料2的液位高度，并将打印过程中实时的液位高度反馈给主控系统；计时器，计时器连接主控系统，对打印过程进行计时并将数据反馈给主控系统；该主控系统用于处理反馈的数据，对数据进行计算分析判断打印进行以及打印过程是否正常并下达开启或是关闭的指令；以及报警系统，报警系统与主控系统连接，当主控系统认为打印过程出现问题时，所述主控系统对警报系统下达开启指令；所述主控系统与UV光源5控制器以及成型台控制器连接，主控系统对UV光源5控制器以及成型台控制器连接下达开启或是关闭的指令。

其中警报系统设有警报灯或是警报铃，当主控系统认为打印过程出现问题时，所述主控系统对警报灯或是警报铃下达开启指令，而警报灯或是警报铃的关闭指令需要输入端下达，即需要认为进行关闭，已确保操作者发现打印过程出现的问题。

其中，如图3所示，主控系统根据液位感应器以及计时器反馈的数据来计算实时的打印物3体积是通过以下步骤：

已知完整的打印物3的三维模型体积为V，所需全部的打印时间为T，

阶段一，打印开始，计时器开始计时为T0，T0时成型台是部分浸没在打印料2内的，随着打印层数的增加成型台4上升，成型台4远离料盒1底部，直至成型台4完全被提升至打印料2液面，时间为T1，具体的成型台4与打印料2的关系变化可参考图4与图5，T0至T1阶段料盒1内液位是显著的下降阶段，打印料2液面下降的原因是，液体中成型台4的体积减少以及打印料2固化后体积的缩减，计算T0至T1时间内任一时间点时，所由液态固化为固态的打印料2的体积V1，其中已知成型台4未浸没在打印料2内时，打印料2最初的体积为V0，当T1时，料盒1内液位高度内的总体积即V总a＝V液体a+V固体a+V成型台a，V液体a＝V总a-V固体a—V成型台a，其中打印料2所消耗的体积即V1＝V0-V液体a，V1＝V0-V总a+V固体a+V成型台a，其中V总a即根据液位感应器反馈的数据Ha可计算得知，具体的，V总a等于Ha乘以料盒1的面积，V固体a与V成型台a可以根据T1计算得知，具体的，V固体a等于T1时间内打印完成的层面体积的总和，V成型台a等于T1时间时成型台4浸没在打印料2的体积，最后将V1乘以打印料2的固态与液态体积比后为T1时打印物3的实际体积，根据T1可以打印物3的预计体积V1’，对于V1与V2进行比较分析，可知在T0-T1时间内，打印过程是否顺利。

阶段二为成型台4完全被提升至打印料2液面T1后至打印结束，具体的打印物3与打印料2的关系变化可参考图5与图6，当成型台4完全离开打印料2后，料盒1内液位下降速度明显减小，主控系统分析上述情况可得知打印进入阶段二，取阶段二中任一的时间点T2，T2时打印料2液位内的总体积即V总b＝V液体b+V固体b，其中由液态固化为固态的打印料2的体积即V2＝V0-V液体b，V2＝V0-V总b+V固体b，其中V总b即根据液位感应器反馈的数据Hb可计算得知，具体的，V总b等于Hb乘以料盒1的面积，V固体b可以根据T2计算得知，具体的，V固体b等于T2时间内打印完成的层面体积的总和，最后将V2乘以打印料2的固态与液态体积比后为T2时打印物3的实际体积，根据T2可以打印物3的预计体积V2’，对于V2与V2’进行比较分析，可知在T1至打印结束中，打印过程是否顺利。

在上述的计算中，会存在误差，造成误差的因数大致有，一、打印料2由液态变为固态体积缩小；二、由于打印料2的粘性，料盒1、以及成型台4在打印过程中发生挂料现象，对于误差因数一，可以在打印前，先对打印料2进行液态与固态体积比进行实验测值，所采用的打印料2一般是光固化树脂材料，其有液态变为固态的后体积缩小5％-8％，对于误差因数二，一般通过多次实验测值，取最大极值作为参考因数加入上述计算中。

对于打印实时的实际打印物3体积v实的值与该时刻主控系统预算的打印物3预期体积v的值，除去上述的误差因数后，两个体积值接近，即说明打印过程是顺利的，允许两个值之间存在差距，具体的那么说明打印过程之间的关系在打印过程中，所述主控系统根据v与v实的比值a，若a为0.9—1.1，则3D打印过程成功；若a小于0.9，或者a大于1.1，则3D打印过程出现问题，当主控系统判断打印过程出现问题后，分别向光源控制器、成型台驱动控制器与警报系统发送指令，UV光源5与成型台均停止工作，警报系统开启。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施示例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的技术人员来说，凡运用本发明的技术方案和技术构思做出的其他各种相应的改变都应属于在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.光固化3D打印设备的检测系统，该系统设置在光固化3D打印设备内，所述光固化3D打印设备由UV光源、料盒与成型台组成，料盒内填充有打印料，所述光固化3D打印设备的检测系统包括：

液位感应器，该液位感应器设置在料盒内，用于感测料盒内打印料的液位高度，并将液位高度反馈给主控系统；

主控系统，该主控系统用于处理反馈的数据以及下达开启或是关闭的指令，主控系统内设有计时器，该计时器用于对打印过程计时，反应打印进度，并将数据反馈给主控系统；

所述主控系统接受计时器的数据，从而计算出实时打印物的预期体积v；所述主控系统接受液位感应器的信息后，并根据计算出实时打印物的实际体积v实，所述主控系统根据v与v实的比值a，若a为0.9—1.1，则3D打印过程成功；若a小于0.9，或者a大于1.1，则3D打印过程出现问题。

2.根据权利要求1所述的光固化3D打印设备的检测系统，其特征在于，还包括与主控系统连接的报警系统，当打印过程出现问题时，所述主控系统对警报系统下达开启指令。

3.根据权利要求2所述的光固化3D打印设备的检测系统，其特征在于，所述警报系统设有警报灯或是警报铃。

4.根据权利要求1所述的光固化3D打印设备的检测系统，其特征在于，所述主控系统连接光源控制器与成型台驱动控制器，分别控制光源与成型台驱动的开启与关闭。