CN110271187A - 一种基于便携式dlp打印机的控制系统及可见光树脂打印方法 - Google Patents

一种基于便携式dlp打印机的控制系统及可见光树脂打印方法 Download PDF

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马耀军
贺晨龙
王强
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Abstract

本发明公开了一种基于便携式DLP打印机的控制系统及可见光树脂打印方法，该系统将便携式DLP打印机作为下位机设备，包括云端服务器、移动端上位机控制器和下位机设备控制器；该方法包括以下步骤：1)打印准备工作，包括升起龙门机架120、安装并调平成形板、加注树脂材料并进行遮光、下位机设备通电、移动端上位机进行连接配对、移动端上位机下载云端服务器中存储的模型以及设置下位机设备的基本打印参数；3)模型处理，包括模型取下和模型清理。本发明在保证打印质量的同时，具有设备小巧便携，耗材成本低廉，对人体无损害的优点，打印机操作简单方便，不需要专业知识就可以进行打印。

Description

一种基于便携式DLP打印机的控制系统及可见光树脂打印 方法
技术领域
本发明属于3D打印领域，具体涉及一种基于便携式DLP打印机的控制系统及可见光树 脂打印方法。
背景技术
近年来，3D打印技术发展突飞猛进，许多3D打印技术，如SLA、SLS、FDM等已经成 功开发并商业化。而光固化成型技术，是世界上最早出现并实现商品化的一种快速成形技术，也是研究最深入、应用最广泛的快速成形技术之一，具有成型速度快、精度高，成型物体表面光滑、质量好等优点。
目前，光固化成型主流技术包括立体光刻成型(SLA)、数字光固化(DLP)。DLP成 型技术是SLA立体平板印刷技术的改进和发展，SLA是对光固化材料进行逐点扫描,而DLP 则是对光固化材料进行投影；SLA是逐点固化最终拼凑成层片，DLP则实现了整个层片的同 时固化,效率相比SLA有显著提高，并且成型精度很高，成型件综合性能好。但是，目前市 面上的DLP设备通常采用紫外光源对紫外光光敏树脂进行固化，由于紫外光对人视力有一定 损伤，紫外光光敏树脂有一定毒性，同时这些设备尺寸较大，价格昂贵，耗材成本较高，需 要具有一定专业知识的操作人员才能使用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于便携式DLP打印机的控 制系统及可见光树脂打印方法，在保证打印质量的同时，具有设备小巧便携，耗材成本低廉， 对人体无损害的优点，打印机操作简单方便，不需要专业知识就可以进行打印。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括以下步骤：
一种基于便携式DLP打印机的控制系统，该系统将便携式DLP打印机作为下位机设备， 包括云端服务器、移动端上位机控制器和下位机设备控制器；其中，
云端服务器包括存储待打印模型切片数据的模型库以及监控设备运行状态的Web状态监控页 面，用于向移动端上位机控制器传输模型切片数据以及收集设备的状态信息；
移动端上位机控制器包括层切图像显示模块、控制指令模块和设备状态存储模块；层切 图像显示模块用于将模型层切片图像进行顺序显示；控制指令模块用于将设备成形板运动指 令发送给下位机控制器；设备状态存储模块用于将下位机设备控制器反馈的下位机运行状态 信息进行存储，同时将该信息传输至云端服务器用于Web状态监控页面；
下位机设备控制器包括运动部件驱动模块和设备状态采集模块；运动部件驱动模块用于 接收上位机发送的控制指令控制设备的成形板进行运动；与此同时，设备状态采集模块用于 收集当前层数与设备故障信息，将其发送给移动端上位机控制器。
本发明进一步的改进在于，移动端上位机控制器采用手机或平板。
一种基于便携式DLP打印机的可见光树脂打印方法，该方法基于上述一种基于便携式 DLP打印机的控制系统，便携式DLP打印机包括基座、龙门机架、折叠机构、锁紧机构、成 型基板、树脂槽和光源固定平台；其中，基座是便携式DLP打印机的底座，放在平面上起稳 定作用；龙门机架是用来支撑并导向便携式DLP打印机移动横梁的升降；折叠机构是用来进 行龙门机架的90°旋转；锁紧机构是用来夹紧设备元件，保证打印精度；成型基板是指具有承 载成型件的平面的板型器件；树脂槽是将容纳树脂的结构体；光源固定平台具有夹紧模块， 用夹紧模块来固定光源；
该方法包括以下步骤：
1)打印准备工作，包括升起龙门机架、安装并调平成形板、加注树脂材料并进行遮光、 下位机设备通电、移动端上位机进行连接配对、移动端上位机下载云端服务器中存储的模型 以及设置下位机设备的基本打印参数；
3)模型处理，包括模型取下和模型清理。
本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法如下：
升起龙门机架，龙门机架通过折叠机构在空间中进行90°旋转，当龙门机架旋转到与基 座垂直状态时，旋转基座两侧的滚花拧紧螺钉对龙门机架进行完全的夹紧，保证打印过程龙 门机架不会倾斜从而造成成型件成型缺陷；进一步，成型基板安装，基板定位销的插入使得 成型基板平行于基座，基板滚花螺钉的拧紧使得成型基板完全夹紧，保证打印精度；使用电 源适配器插入电源端口给便携式DLP打印机供电，接通PLC自锁式电源开关，进一步使用 移动端上位机通过无线通讯协议进行便携式DLP打印机连接配对；将可见光光敏树脂材料添 加到树脂槽中；进一步使用移动端上位机访问云端服务器中的模型数据库选择需要加工的模 型进行下载；使用移动端上位机设置下位机便携式DLP打印机的基本打印参数，包括层厚， 以及每层图像的曝光时间。
本发明进一步的改进在于，采用黑箱罩住树脂槽避免可见光光敏树脂材料见光固化。
本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法如下：
首先上位机移动设备放在光源固定平台上，通过夹紧模块进行夹紧；在上位机移动设备 上选择开始打印，移动端上位机控制器给下位机设备发送复位信号使运动平台进行回零位操 作，复位完成后下位机设备收到一个完成信号就会开始准备打印倒计时，此时将光源固定平 台放置在树脂槽下方；从零点位置开始，移动端上位机控制器的驱动图像显示模块开始显示 模型的二维切片图像，使用该图像照射树脂槽内的可见光光敏树脂使其固化在静止不动的成 形板上，成形板静止的时间即图像显示的持续时间由树脂材料的硬化速度决定，对每层模型 切片图照射设定的曝光时间后向电机发送控制指令控制成形板运动给定的层高，成形板完成 给定的运动指令后，将当前的打印层数信息反馈给移动端上位机进行记录，移动端上位机将 收集到的设备状态信息通过云端服务器的Web端向用户显示打印进度及打印异常信息；移动 端上位机和便携式DLP打印机互相通信直到完成打印。
本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法如下：打印完成后，取下成型基板， 从成型基板上取下打印好的模型，将模型放入酒精中清洗干净。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种基于便携式DLP打印机的控制系统，云端模型库提供大量已切片模型 供用户进行选择，使用户避免进行模型切片的复杂操作，降低了设备的使用难度。云端设备 状态监控Web页面使用户能够了解打印进度和设备状态。使用移动设备作为光源降低了设备 的成本，光源发出可见光不会对用户造成危害。移动端上位机控制器和下位机设备控制器采 用短距离无线通信方式进行数据交换，降低了设备模块之间的连线的复杂程度。
本发明提供的一种基于便携式DLP打印机的可见光树脂打印方法，基于便携式DLP打 印机把移动设备作为光源，采用无毒的水溶性可见光光敏树脂作为打印材料，消除了对人体 损害，同时降低了成本，设备提供一个云端模型处理系统方便用户下载上传三维模型，简单 的操作使用户快速掌握设备的使用方式，体验3D打印的乐趣，培养兴趣。
附图说明
图1为本发明一种基于便携式DLP打印机的控制系统的结构框图。
图2为便携式DLP打印机折叠状态示意图。
图3为便携式DLP打印机展开状态示意图。
图4为光源固定平台的结构示意图。
附图标记说明：
100：基座；110：树脂槽；120：龙门机架；130：成型基板；140：基板滚花螺钉； 150：基板定位销；160：电源端口；170：PLC自锁式电源开关；180：滚花拧紧螺钉； 190：旋转转轴；200：上位机移动设备；210：光源固定平台；220：夹紧模块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于便携式DLP打印机的控制系统，该系统将便携式 DLP打印机作为下位机设备，包括云端服务器、移动端上位机控制器和下位机设备控制器； 其中，云端服务器包括存储待打印模型切片数据的模型库以及监控设备运行状态的Web状态 监控页面，用于向移动端上位机控制器传输模型切片数据以及收集设备的状态信息；移动端 上位机控制器包括层切图像显示模块、控制指令模块和设备状态存储模块；层切图像显示模 块用于将模型层切片图像进行顺序显示；控制指令模块用于将设备成形板运动指令发送给下 位机控制器；设备状态存储模块用于将下位机设备控制器反馈的下位机运行状态信息进行存 储，同时将该信息传输至云端服务器用于Web状态监控页面；下位机设备控制器包括运动部 件驱动模块和设备状态采集模块；运动部件驱动模块用于接收上位机发送的控制指令控制设 备的成形板进行运动；与此同时，设备状态采集模块用于收集当前层数与设备故障信息，将 其发送给移动端上位机控制器。其中，移动端上位机控制器采用手机或平板。
如图2至图4所示，本发明采用的便携式DLP打印机包括基座100、龙门机架120、折叠机构、锁紧机构、成型基板130、树脂槽110和光源固定平台210；其中，基座100是便携 式DLP打印机的底座，放在平面上起稳定作用；龙门机架120是用来支撑并导向便携式DLP 打印机移动横梁的升降；折叠机构是用来进行龙门机架120的90°旋转；锁紧机构是用来夹紧设备元件，保证打印精度；成型基板130是指具有承载成型件的平面的板型器件；树脂槽110是将容纳树脂的结构体；光源固定平台210具有夹紧模块，用夹紧模块来固定光源。
本发明提供的一种基于便携式DLP打印机的可见光树脂打印方法，包括以下步骤：
第一步：打印准备工作。升起龙门机架120，龙门机架120可以通过折叠机构的旋转转 轴190在空间中进行90°旋转，当龙门机架120旋转到与基座100垂直状态时，即图3，旋转基座100两侧的滚花拧紧螺钉180会对龙门机架120进行完全的夹紧，保证打印过程龙门机架120不会倾斜从而造成成型件成型缺陷。进一步，成型基板130安装，基板定位销150的 插入使得成型基板130平行于基座100，基板滚花螺钉140的拧紧使得成型基板130完全夹 紧，保证打印精度。使用电源适配器插入电源端口190给便携式DLP打印机供电，接通PLC 自锁式电源开关170，进一步使用移动端上位机200通过无线通讯协议进行与便携式DLP打 印机连接配对。可见光光敏树脂材料添加到树脂槽110中，用黑箱罩住避免树脂见光固化。 进一步使用手机作为移动端上位机通过3D-cloud APP访问云端服务器中的模型数据库选择需要加工的模型进行下载。使用上位机在APP中设置下位机DLP打印机的基本打印参数，包 括层厚，每层图像的曝光时间。
第二步：开始打印。首先上位机移动设备200放在光源固定平台210上，通过夹紧模块 220进行夹紧。在上位机移动设备200上选择开始打印，移动端上位机控制器给下位机设备 发送复位信号使运动平台进行回零位操作，复位完成后下位机设备收到一个完成信号就会开 始准备打印倒计时，此时需要将光源固定平台放置在树脂槽下方。从零点位置开始，移动端 上位机控制器的驱动图像显示模块开始显示模型的二维切片图像，使用该图像照射树脂槽内 的可见光光敏树脂使其固化在静止不动的成形板上，成形板静止的时间即图像显示的持续时 间由树脂材料的硬化速度决定，对每层模型切片图照射设定的曝光时间后向电机发送控制指 令控制成形板运动给定的层高，成形板完成给定的运动指令后，将当前的打印层数信息反馈 给移动端上位机进行记录，移动端上位机将收集到的设备状态信息通过云端服务器的Web端 向用户显示打印进度及打印异常信息。移动端上位机和下位机DLP设备互相通信直到完成打 印。
第三步：模型处理。打印完成后，取下成型基板130，从成型基板130上取下打印好的 模型，将模型放入酒精中清洗干净即可。

Claims (7)

1.一种基于便携式DLP打印机的控制系统，其特征在于，该系统将便携式DLP打印机作为下位机设备，包括云端服务器、移动端上位机控制器和下位机设备控制器；其中，云端服务器包括存储待打印模型切片数据的模型库以及监控设备运行状态的Web状态监控页面，用于向移动端上位机控制器传输模型切片数据以及收集设备的状态信息；
移动端上位机控制器包括层切图像显示模块、控制指令模块和设备状态存储模块；层切图像显示模块用于将模型层切片图像进行顺序显示；控制指令模块用于将设备成形板运动指令发送给下位机控制器；设备状态存储模块用于将下位机设备控制器反馈的下位机运行状态信息进行存储，同时将该信息传输至云端服务器用于Web状态监控页面；
下位机设备控制器包括运动部件驱动模块和设备状态采集模块；运动部件驱动模块用于接收上位机发送的控制指令控制设备的成形板进行运动；与此同时，设备状态采集模块用于收集当前层数与设备故障信息，将其发送给移动端上位机控制器。
2.根据权利要求1所述的一种基于便携式DLP打印机的控制系统，其特征在于，移动端上位机控制器采用手机或平板。
3.一种基于便携式DLP打印机的可见光树脂打印方法，其特征在于，该方法基于权利要求1或2所述的一种基于便携式DLP打印机的控制系统，便携式DLP打印机包括基座(100)、龙门机架(120)、折叠机构、锁紧机构、成型基板(130)、树脂槽(110)和光源固定平台(210)；其中，基座(100)是便携式DLP打印机的底座，放在平面上起稳定作用；龙门机架(120)是用来支撑并导向便携式DLP打印机移动横梁的升降；折叠机构是用来进行龙门机架(120)的90°旋转；锁紧机构是用来夹紧设备元件，保证打印精度；成型基板(130)是指具有承载成型件的平面的板型器件；树脂槽(110)是将容纳树脂的结构体；光源固定平台(210)具有夹紧模块，用夹紧模块来固定光源；
该方法包括以下步骤：
1)打印准备工作，包括升起龙门机架(120)、安装并调平成形板、加注树脂材料并进行遮光、下位机设备通电、移动端上位机进行连接配对、移动端上位机下载云端服务器中存储的模型以及设置下位机设备的基本打印参数；
3)模型处理，包括模型取下和模型清理。
4.根据权利要求3所述的一种基于便携式DLP打印机的可见光树脂打印方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法如下：
升起龙门机架(120)，龙门机架(120)通过折叠机构在空间中进行90°旋转，当龙门机架(120)旋转到与基座(100)垂直状态时，旋转基座(100)两侧的滚花拧紧螺钉(180)对龙门机架(120)进行完全的夹紧，保证打印过程龙门机架(120)不会倾斜从而造成成型件成型缺陷；进一步，成型基板(130)安装，基板定位销(150)的插入使得成型基板(130)平行于基座(100)，基板滚花螺钉(140)的拧紧使得成型基板(130)完全夹紧，保证打印精度；使用电源适配器插入电源端口(160)给便携式DLP打印机供电，接通PLC自锁式电源开关(170)，进一步使用移动端上位机通过无线通讯协议进行便携式DLP打印机连接配对；将可见光光敏树脂材料添加到树脂槽(110)中；进一步使用移动端上位机访问云端服务器中的模型数据库选择需要加工的模型进行下载；使用移动端上位机设置下位机便携式DLP打印机的基本打印参数，包括层厚，以及每层图像的曝光时间。
5.根据权利要求4所述的一种基于便携式DLP打印机的可见光树脂打印方法，其特征在于，采用黑箱罩住树脂槽(110)避免可见光光敏树脂材料见光固化。
6.根据权利要求4所述的一种基于便携式DLP打印机的可见光树脂打印方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法如下：
首先上位机移动设备放在光源固定平台(210)上，通过夹紧模块(220)进行夹紧；在上位机移动设备上选择开始打印，移动端上位机控制器给下位机设备发送复位信号使运动平台进行回零位操作，复位完成后下位机设备收到一个完成信号就会开始准备打印倒计时，此时将光源固定平台(210)放置在树脂槽(110)下方；从零点位置开始，移动端上位机控制器的驱动图像显示模块开始显示模型的二维切片图像，使用该图像照射树脂槽内的可见光光敏树脂使其固化在静止不动的成形板上，成形板静止的时间即图像显示的持续时间由树脂材料的硬化速度决定，对每层模型切片图照射设定的曝光时间后向电机发送控制指令控制成形板运动给定的层高，成形板完成给定的运动指令后，将当前的打印层数信息反馈给移动端上位机进行记录，移动端上位机将收集到的设备状态信息通过云端服务器的Web端向用户显示打印进度及打印异常信息；移动端上位机和便携式DLP打印机互相通信直到完成打印。
7.根据权利要求6所述的一种基于便携式DLP打印机的可见光树脂打印方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法如下：打印完成后，取下成型基板(130)，从成型基板(130)上取下打印好的模型，将模型放入酒精中清洗干净。
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