CN109940879A - 一种新型可见光固化3d打印机的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印控制技术领域，具体公开了一种新型可见光固化3D打印机的控制系统，包括综合控制处理器、伺服控制组合、打印驱动组合、光固化控制组合和多光源执行组合；综合控制处理器分别与伺服控制组合、光固化控制组合进行通信连接，用于联动控制伺服控制组合与光固化控制组合。本发明又公开了一种新型可见光固化3D打印机的控制方法，包括：S1，输入打印面积与设定面积阈值；S2，判断打印面积是否大于面积阈值；若判断为否则执行S3；若判断为是则执行S4；S3，打开第二光源；S4，打开光功率大于第二光源的第一光源。本发明降低了光源使用成本，提高了打印的精度和速度，也提高了光固化3D打印机的工作可靠性和稳定性。

Description

一种新型可见光固化3D打印机的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及3D打印控制技术领域，具体涉及一种新型可见光固化3D打印机的控制系统及方法。

背景技术

SLA是Stereo Lithography Apparatus的缩写，即立体光固化成型法。SLA 3D打印快速成型技术是一种以数字模型为基础，以液态光敏树脂为材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其成型原理是：以液态光敏树脂为加工材料，计算机控制紫外激光束按加工零件的分层截面信息逐层对光敏树脂进行扫描，使其产生光聚合反应，每次固化形成零件的一个薄层截面；每一层固化完毕之后，工作平台移动一个层厚的高度，然后在原先固化好的树脂表面再涂敷一层新的液态树脂，以便进行下一层扫描固化；新固化的一层牢固的粘合在前一层上，如此重复直到零件原型制造完毕。所以激光扫描固化的方式对打印成型的速度和精度有很大的影响，而且现有的光固化3D打印机结构复杂，控制方式不够简单。

现有的桌面级光固化3D打印机都是通过单一的紫外线光源来照射扫描固化，通过控制光斑的大小来控制固化速度，这种方式严重限制了打印速度，并且影响打印精度。另外，现有的光固化3D打印机结构比较复杂，控制过程也相对复杂，尤其是光源照射是采用单一的紫外线光源扫描照射，其中，激光束填充扫描速度越小，则成型截面上每一点处激光照射时间越长，固化效果越好，零件固化硬度越高，但零件的成型效率就会降低；而且在光固化成型的过程中，圆形光斑具有一定的直径，固化的线宽大小等于在该扫描速度下实际光斑直径大小。如果不采用补偿，所制作的零件实体部分实际上每侧大了一个光斑半径，零件的长度尺寸大了一个光斑直径，使零件出现偏差。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提出一种新型可见光固化3D打印机的控制系统及方法，本发明所要解决的技术问题是：现有的可见光固化3D打印机结构复杂、控制过程复杂、打印效率低以及打印精度差。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种新型可见光固化3D打印机的控制系统，应用于包含有打印头的3D打印机，该控制系统包括综合控制处理器、伺服控制组合、打印驱动组合、光固化控制组合和多光源执行组合；

所述综合控制处理器分别与伺服控制组合、光固化控制组合进行通信连接，用于联动控制伺服控制组合与光固化控制组合；

所述伺服控制组合与打印驱动组合连接，用于对打印驱动组合进行多轴伺服运动控制；

所述打印驱动组合用于执行伺服控制，从而驱动打印头进行快速精准的定位与移动；

所述光固化控制组合与多光源执行组合连接，用于对多光源执行组合进行多光源联合控制与调节；

所述多光源执行组合用于光固化3D打印机的打印材料。

进一步地，所述伺服控制组合包括运动控制器和伺服驱动器；

所述运动控制器分别与综合控制处理器、伺服驱动器连接，用于多轴运算控制，并将运动控制指令发送给伺服驱动器；

所述打印驱动组合包括X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机；X轴伺服电机用于驱动打印头在X轴方向的位移并进行定位反馈；Y轴伺服电机用于驱动打印头在Y轴方向的位移并进行定位反馈；Z轴伺服电机用于驱动打印头在Z轴方向的位移并进行定位反馈；

所述伺服驱动器分别与X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机连接，用于伺服驱动X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机动作。

进一步地，所述新型可见光固化3D打印机的控制系统还包括流体输出泵；

所述伺服控制组合还包括泵驱动器；泵驱动器分别与运动控制器、流体输出泵连接，用于根据运动控制器的指令进行精准控制流体输出泵输出液体打印材料的流量。

进一步地，所述光固化控制组合包括继电器控制模块和光源开关继电器组合；多光源执行组合包括至少一个第一光源和至少一个第二光源；所述继电器控制模块分别与综合控制处理器、光源开关继电器组合连接，用于根据所述综合控制处理器的指令控制所述光源开关继电器组合；

所述光源开关继电器组合又分别与各个第一光源、各个第二光源连接，用于控制第一光源和/或第二光源的开启、关闭或开关频率；

所述第一光源与第二光源均用于照射打印材料进行强光固化。

进一步地，所述第一光源的光功率大于第二光源。

进一步地，所述第一光源与第二光源具体为发射可见光的光源；

所述第一光源的数目为二，第二光源的数目为二，第一光源与第二光源呈矩形阵列分布。

进一步地，所述新型可见光固化3D打印机的控制系统还包括负压电磁阀继电器；

该新型可见光固化3D打印机包含有用于存储液体打印材料的储料箱体；

所述继电器控制模块又与负压电磁阀继电器连接，又用于控制负压电磁阀继电器的开关动作；

所述负压电磁阀继电器用于控制所述储料箱体内的气压或液压，从而实时控制3D打印时液体打印材料输出的流量。

进一步地，所述新型可见光固化3D打印机的控制系统还包括数据采集模块、液位传感器和压力传感器；

所述数据采集模块分别与综合控制处理器、液位传感器、压力传感器连接，用于采集液位传感器的液位信息/信号与压力传感器的压力信息/信号；

所述液位传感器用于检测液体打印材料存储于所述储料箱体的液位信息/信号；

所述压力传感器用于检测所述储料箱体内的压力信息/信号。

进一步地，该新型可见光固化3D打印机为并联臂结构的立式3D打印机，包含有三个并联臂、三个与并联臂一一对应的导轨滑块组件和立式机架；

所述并联臂包括第一连杆和第二连杆，第一连杆与第二连杆不交叉不相互接触；

所述第一连杆的一端与第二连杆的一端分别安装在对应的导轨滑块组件的滑块的左右两侧，第一连杆的另一端与第二连杆的另一端相邻地安装在打印头上形成一个并联臂安装点；

三个并联臂安装点在打印头上呈120°对称分布；

每个导轨滑块组件都安装在立式机架上，用于带动并联臂使打印头移动；X轴伺服电机、Y轴伺服电机与Z轴伺服电机一一对应地驱动导轨滑块组件；

所述打印头安装在第一连杆与第二连杆的另一端，用于流出或喷出从流体输出泵输送过来的液体打印材料。

一种新型可见光固化3D打印机的控制方法包括以下步骤：

S1，输入打印面积与设定面积阈值；

S2，判断打印面积是否大于面积阈值；若判断为否则执行S3；若判断为是则执行S4；

S3，打开第二光源；

S4，打开光功率大于第二光源的第一光源。

本发明的有益效果为：

本发明的一种新型可见光固化3D打印机的控制系统及方法，通过强弱光混合照射固化的方式与多光源结构对打印材料进行光固化，提高了光固化的固化效果与打印精度；通过采用伺服控制方式及伺服电机驱动连接打印头的并联臂，提高了打印速度与打印定位精度；通过检测液体打印材料的储存物理信息以及精准控制液体打印材料输出量，进一步提高了打印的精度；通过设定打印面积以及调节光固化的强度，提高了对应不同打印面积时的打印速度与精度。本发明控制方式简单，打印操作比较简洁，控制精度高，不再需要采用光斑补偿，打印后的零件偏差更小。

附图说明

图1为本发明的一种新型可见光固化3D打印机的控制系统的结构示意图；

图2为本发明的一种新型可见光固化3D打印机的结构示意图；

图3为本发明的一种新型可见光固化3D打印机的控制方法的工作流程图。

附图标记说明：

1、综合控制处理器；2、伺服控制组合；3、打印驱动组合；301、X轴伺服电机；302、Y轴伺服电机；303、Z轴伺服电机；4、光固化控制组合；5、多光源执行组合；201、运动控制器；202、伺服驱动器；203、泵驱动器；6、流体输出泵；401、继电器控制模块；402、光源开关继电器组合；503、第一光源；504、第二光源；7、负压电磁阀继电器；8、数据采集模块；9、液位传感器；10、压力传感器；11、并联臂；12、导轨滑块组件；13、立式机架；14、打印头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例

如图1、图2所示，一种新型可见光固化3D打印机的控制系统，应用于包含有打印头14的3D打印机，该控制系统包括综合控制处理器1、伺服控制组合2、打印驱动组合3、光固化控制组合4和多光源执行组合5；

所述综合控制处理器1分别与伺服控制组合2、光固化控制组合4进行通信连接，用于联动控制伺服控制组合2与光固化控制组合4；综合控制处理器1具体为计算机，通过数据总线与伺服控制组合2与光固化控制组合4通信；

所述伺服控制组合2与打印驱动组合3连接，用于对打印驱动组合3进行多轴伺服运动控制；

所述打印驱动组合3用于执行伺服控制，从而驱动打印头14进行快速精准的定位与移动；

所述光固化控制组合4与多光源执行组合5连接，用于对多光源执行组合5进行多光源联合控制与调节；

所述多光源执行组合5用于光固化3D打印机的打印材料；

所述伺服控制组合2包括运动控制器201和伺服驱动器202；

所述运动控制器201分别与综合控制处理器1、伺服驱动器202连接，用于多轴运算控制，并将运动控制指令发送给伺服驱动器202；

所述打印驱动组合3包括X轴伺服电机301、Y轴伺服电机302和Z轴伺服电机303；X轴伺服电机301用于驱动打印头14在X轴方向的位移并进行定位反馈；Y轴伺服电机302用于驱动打印头14在Y轴方向的位移并进行定位反馈；Z轴伺服电机303用于驱动打印头14在Z轴方向的位移并进行定位反馈；

所述伺服驱动器202分别与X轴伺服电机301、Y轴伺服电机302、Z轴伺服电机303连接，用于伺服驱动X轴伺服电机301、Y轴伺服电机302和Z轴伺服电机303动作；

所述新型可见光固化3D打印机的控制系统还包括流体输出泵6；

所述伺服控制组合2还包括泵驱动器203；泵驱动器203分别与运动控制器201、流体输出泵6连接，用于根据运动控制器201的指令进行精准控制流体输出泵6输出液体打印材料的流量；

所述光固化控制组合4包括继电器控制模块401和光源开关继电器组合402；多光源执行组合5包括至少一个第一光源503和至少一个第二光源504；所述继电器控制模块401分别与综合控制处理器1、光源开关继电器组合402连接，用于根据所述综合控制处理器1的指令控制所述光源开关继电器组合402；

所述光源开关继电器组合402又分别与各个第一光源503、各个第二光源504连接，用于控制第一光源503和/或第二光源504的开启、关闭或开关频率；

所述第一光源503与第二光源504均用于照射打印材料进行强光固化；

所述第一光源503的光功率大于第二光源504；强弱光混合照射固化的方式的工作原理为：可见光光源由四个光源矩形阵列组合而成，两个强光源和两个弱光源分别分布在矩形阵列的对角线上，在打印的过程中，如果打印的横截面大于一定的范围，此时采用强光源扫描照射进行固化，关闭弱光源，打印横截面较小的时候，通过开关继电器关闭强光源打开弱光源进行扫描照射固化，这样强弱光源的照射固化组合可以加快固化速度，提高打印零件的精度，并且光源的安装位置是形成对角线照射的，这样的组合方式在照射的过程具有单光源照射时的进行光斑补偿的效果，比单一的光源照射效果要好，在打印过程中也不需要再对光斑进行补偿；

所述第一光源503与第二光源504具体为发射可见光的光源；

所述第一光源503的数目为二，第二光源504的数目为二，第一光源503与第二光源504呈矩形阵列分布；

所述新型可见光固化3D打印机的控制系统还包括负压电磁阀继电器7；

该新型可见光固化3D打印机包含有用于存储液体打印材料的储料箱体；

所述继电器控制模块401又与负压电磁阀继电器7连接，又用于控制负压电磁阀继电器7的开关动作；

所述负压电磁阀继电器7用于控制所述储料箱体内的气压或液压，从而实时控制3D打印时液体打印材料输出的流量；

所述新型可见光固化3D打印机的控制系统还包括数据采集模块8、液位传感器9和压力传感器10；

所述数据采集模块8分别与综合控制处理器1、液位传感器9、压力传感器10连接，用于采集液位传感器9的液位信息/信号与压力传感器10的压力信息/信号；

所述液位传感器9用于检测液体打印材料存储于所述储料箱体的液位信息/信号；

所述压力传感器10用于检测所述储料箱体内的压力信息/信号；储料箱体具体为光敏树脂材料盒；该控制系统在打印的过程中控制液体打印材料的喷出是采用恒压控制方式，所以要实时监测储料箱体内的压力，对液体打印材料的液位进行实时监测是防止液体打印材料过少不能打印，有利于及时补充液体打印材料；

应用该控制系统的新型可见光固化3D打印机为并联臂11结构的立式3D打印机，包含有三个并联臂11、三个与并联臂11一一对应的导轨滑块组件12和立式机架13；立式机架13在X、Y、Z三个轴上装有限位开关，在打印过程中是每打印一层，X轴伺服电机301、Y轴伺服电机302和/或Z轴伺服电机303带动打印头抬高一个打印层的高度，直至打印完成；

所述并联臂11包括第一连杆和第二连杆，第一连杆与第二连杆不交叉不相互接触；

所述第一连杆的一端与第二连杆的一端分别安装在对应的导轨滑块组件12的滑块的左右两侧，第一连杆的另一端与第二连杆的另一端相邻地安装在打印头14上形成一个并联臂11安装点；

三个并联臂11安装点在打印头14上呈120°对称分布；

每个导轨滑块组件12都安装在立式机架13上，用于带动并联臂11使打印头14移动；X轴伺服电机301、Y轴伺服电机302与Z轴伺服电机303一一对应地驱动导轨滑块组件12；

所述打印头14安装在第一连杆与第二连杆的另一端，用于流出或喷出从流体输出泵6输送过来的液体打印材料。

如图3所示，一种新型可见光固化3D打印机的控制方法包括以下步骤：

S1，输入打印面积与设定面积阈值；

S2，判断打印面积是否大于面积阈值；若判断为否则执行S3；若判断为是则执行S4；

S3，打开第二光源504；

S4，打开光功率大于第二光源504的第一光源503。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新型可见光固化3D打印机的控制系统，应用于包含有打印头的3D打印机，其特征在于，该控制系统包括综合控制处理器、伺服控制组合、打印驱动组合、光固化控制组合和多光源执行组合；

所述综合控制处理器分别与伺服控制组合、光固化控制组合进行通信连接，用于联动控制伺服控制组合与光固化控制组合；

所述伺服控制组合与打印驱动组合连接，用于对打印驱动组合进行多轴伺服运动控制；

所述打印驱动组合用于执行伺服控制，从而驱动打印头进行快速精准的定位与移动；

所述光固化控制组合与多光源执行组合连接，用于对多光源执行组合进行多光源联合控制与调节；

所述多光源执行组合用于光固化3D打印机的打印材料。

2.根据权利要求1所述的新型可见光固化3D打印机的控制系统，其特征在于，所述伺服控制组合包括运动控制器和伺服驱动器；

所述运动控制器分别与综合控制处理器、伺服驱动器连接，用于多轴运算控制，并将运动控制指令发送给伺服驱动器；

所述打印驱动组合包括X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机；X轴伺服电机用于驱动打印头在X轴方向的位移并进行定位反馈；Y轴伺服电机用于驱动打印头在Y轴方向的位移并进行定位反馈；Z轴伺服电机用于驱动打印头在Z轴方向的位移并进行定位反馈；

所述伺服驱动器分别与X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机连接，用于伺服驱动X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机动作。

3.根据权利要求2所述的新型可见光固化3D打印机的控制系统，其特征在于，该控制系统还包括流体输出泵；

所述伺服控制组合还包括泵驱动器；泵驱动器分别与运动控制器、流体输出泵连接，用于根据运动控制器的指令进行精准控制流体输出泵输出液体打印材料的流量。

4.根据权利要求1所述的新型可见光固化3D打印机的控制系统，其特征在于，光固化控制组合包括继电器控制模块和光源开关继电器组合；多光源执行组合包括至少一个第一光源和至少一个第二光源；所述继电器控制模块分别与综合控制处理器、光源开关继电器组合连接，用于根据所述综合控制处理器的指令控制所述光源开关继电器组合；

所述光源开关继电器组合又分别与各个第一光源、各个第二光源连接，用于控制第一光源和/或第二光源的开启、关闭或开关频率；

所述第一光源与第二光源均用于照射打印材料进行强光固化。

5.根据权利要求4所述的新型可见光固化3D打印机的控制系统，其特征在于，所述第一光源的光功率大于第二光源。

6.根据权利要求4所述的新型可见光固化3D打印机的控制系统，其特征在于，所述第一光源与第二光源具体为发射可见光的光源；

所述第一光源的数目为二，第二光源的数目为二，第一光源与第二光源呈矩形阵列分布。

7.根据权利要求4所述的新型可见光固化3D打印机的控制系统，其特征在于，该控制系统还包括负压电磁阀继电器；

该新型可见光固化3D打印机包含有用于存储液体打印材料的储料箱体；

所述继电器控制模块又与负压电磁阀继电器连接，又用于控制负压电磁阀继电器的开关动作；

所述负压电磁阀继电器用于控制所述储料箱体内的气压或液压，从而实时控制3D打印时液体打印材料输出的流量。

8.根据权利要求7所述的新型可见光固化3D打印机的控制系统，其特征在于，该控制系统还包括数据采集模块、液位传感器和压力传感器；

所述数据采集模块分别与综合控制处理器、液位传感器、压力传感器连接，用于采集液位传感器的液位信息/信号与压力传感器的压力信息/信号；

所述液位传感器用于检测液体打印材料存储于所述储料箱体的液位信息/信号；

所述压力传感器用于检测所述储料箱体内的压力信息/信号。

9.根据权利要求3所述的新型可见光固化3D打印机的控制系统，其特征在于，该新型可见光固化3D打印机为并联臂结构的立式3D打印机，包含有三个并联臂、三个与并联臂一一对应的导轨滑块组件和立式机架；

所述并联臂包括第一连杆和第二连杆，第一连杆与第二连杆不交叉不相互接触；

所述第一连杆的一端与第二连杆的一端分别安装在对应的导轨滑块组件的滑块的左右两侧，第一连杆的另一端与第二连杆的另一端相邻地安装在打印头上形成一个并联臂安装点；

三个并联臂安装点在打印头上呈120°对称分布；

每个导轨滑块组件都安装在立式机架上，用于带动并联臂使打印头移动；X轴伺服电机、Y轴伺服电机与Z轴伺服电机一一对应地驱动导轨滑块组件；

所述打印头安装在第一连杆与第二连杆的另一端，用于流出或喷出从流体输出泵输送过来的液体打印材料。

10.一种新型可见光固化3D打印机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，输入打印面积与设定面积阈值；

S2，判断打印面积是否大于面积阈值；若判断为否则执行S3；若判断为是则执行S4；

S3，打开第二光源；

S4，打开光功率大于第二光源的第一光源。