CN111873416A - 一种3d打印机用调平机构及3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印机用调平机构及3D打印机，其技术方案要点是包括滑块固定支架、设于滑块固定支架上的平板转接支架及与平板转接支架底部可拆卸连接的成型平台；所述滑块固定支架上设有多个供平板转接支架上下滑动的滑孔，所述滑块固定支架和平板转接支架之间设有弹性复位件，还包括UV灯模组、LCD屏及设于LCD屏上方的打印料盒，所述UV灯模组包括设于LCD屏下方的导光罩、设于导光罩底部的UV灯及设于UV灯底部的散热板，所述UV灯上设有多个阵列排布的LED灯珠，每个LED灯珠上设有菲涅尔透镜。本发明具有避免压坏投光屏，能够二次调平的优点。

Description

一种3D打印机用调平机构及3D打印机

技术领域

本发明涉及3D打印机领域，更具体的说，它涉及一种3D打印机用调平机构及3D打印机。

背景技术

随着科学技术的不断进步，传统的齿科模型制造方式逐渐展现出了弊端，应用3D打印技术制作齿科模型具有精确性好、安全性高、时间短等优势，可以同步为患者提供高效率的综合医疗服务，所以设计一套基于光固化原理的3D打印设备具有十分重要的意义。

光固化是指单体、低聚体或聚合体基质在光诱导下的固化过程。光固化技术是通过一定波长的紫外光照射，使光固化涂料高速聚合而成固态的一种光加工工艺，光固化反应本质上是光引发的聚合、交联反应。

现有的LCD光固化3D打印机在操作过程中，为了使材料能成功在平台上固化，要求平台与投光屏之间的间隙足够小（大约等于材料每层层厚50-100μm）；又由于投光屏的易碎性与整洁要求，平台不能硬性挤压投光屏。但常常因为失误或平台材料残留，导致平台位置过低，从而平台直接接触甚至挤压投光屏，存在损坏投光屏的问题，而且现有LCD光固化3D打印机的调平方式通常是固定式的，出厂前厂家已经把打印平台的平行度固定住了，导致用户无法进行二次调平，在实际使用中零配件会有一个疲劳磨损周期，达到磨损后平台只能是报废更换，并且日常使用的磕碰或是环境温度使得打印平台关键零件热胀冷缩使得平台倾斜那将无法继续使用，所以该类型的打印平台寿命偏短。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种避免压坏投光屏、能够进行二次调平的3D打印机用调平机构及3D打印机。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种3D打印机用调平机构包括滑块固定支架、设于滑块固定支架上的平板转接支架及与平板转接支架底部可拆卸连接的成型平台；所述滑块固定支架上设有多个供平板转接支架上下滑动的滑孔，所述滑块固定支架和平板转接支架之间设有弹性复位件。

工作原理：使用时，当滑动固定支架随3D打印机上的直线运动模组向下运动抵接到投光屏的时候，成型平台受到挤压，从而带动平板转接支架在滑孔内向上滑，弹性复位件被压缩，弹性复位件起到了一定的缓冲作用，使得投光屏在接触的一瞬间不会被压坏，同时多个滑孔的设计可以限制平板转接支架的旋转自由度，也就是能够防止平板转接支架发生倾斜，保证了平板转接支架的平整度，而且由于弹性复位件的设置，使得滑块固定支架和平板转接支架始终具有一定的间隙，使得成型平台能够进行二次调平，同时也不会因为零件之间的紧密配合在热胀冷缩后，导致成型平台倾斜的情况发生。

进一步的，每个所述滑孔内设有与平板转接支架可拆卸连接的限位轴，所述滑块固定支架上设有用于调节滑块固定支架和平板转接支架之间距离的调节螺杆，所述调节螺杆至少部分穿入弹性复位件内。采用上述结构的设置，通过调节螺杆可以方便地调节滑块固定支架和平板转接支架之间距离，这个距离也就是平板转接支架能够上升的距离，当平板转接支架上升到最大限度的时候回和调节螺杆底部抵接，而弹性复位件同样能够起到缓冲作用，只要调节调节螺杆伸入滑块固定支架的长度，就可以方便地调节调节滑块固定支架和平板转接支架之间的最小距离，调节螺杆还可以起到防止弹性复位件水平移动的作用。

进一步的，所述平板转接支架和成型平台之间设有多个等高柱，所述平板转接支架包括与等高柱可拆卸连接的底板和可拆卸设于底板上的左固定块和右固定块，所述左固定块和右固定块分别设于限位轴的两端。采用上述结构的设置，可以方便地将成型平台安装在底板上，底板通过左右两个固定块安装在限位轴上，从而实现将平板转接支架方便地安装在滑块固定支架上。

进一步的，所述成型平台上设有多个阵列排布的通孔。通过上述结构的设置，打印材料可以在通孔内流动，可以有效解决由于成型面积过大，打印过程中在成型平板中间材料不能得到及时补充，从而导致因为平台过大导致不能成型的问题。

一种3D打印机，包括上述的调平机构，还包括UV灯模组、LCD屏及设于LCD屏上方的打印料盒，所述UV灯模组包括设于LCD屏下方的导光罩、设于导光罩底部的UV灯及设于UV灯底部的散热板，所述UV灯上设有多个阵列排布的LED灯珠，每个LED灯珠上设有菲涅尔透镜。因为在对光固化树脂固化的时候，适合于光固化树脂波长的光线含量很低，这使得在固化过程中需要付出很大的浪费才能使树脂产生很小的反应，采用上述结构的设置，在保证了成型平台的平行度的时候，通过UV灯的结构能够使光线垂直照射到液晶屏，提高光照的均匀性的同时也提高了利用率，缩短打印时间，减少了浪费，而且散热板的设置可以对UV灯进行有效散热，避免LED灯损坏和成型精度问题，LCD屏也就是投光屏。

进一步的，所述打印料盒包括料盒主体、与料盒主体可拆卸连接的料盒压板、离型膜及用于固定料盒压板的料盒边框。采用上述结构的设置，离型膜的使用是为了使材料与投光屏不直接接触，防止屏幕被污染，而且将料盒压板与料盒主体独立设计，使得离型膜与料盒压板可以在其他地方进行装配，安装方便。

进一步的，所述UV灯与散热板之间设有导热硅脂，所述散热板下方设有至少一个第一散热风扇。采用上述结构的设置，通过导热硅脂来填充UV灯与散热板之间的细小间隙，使得UV灯能够和散热板充分接触，增大了散热面积，提高了散热效果，然后通过第一散热风扇对散热板进行风冷散热，散热效果好。

进一步的，还包括罩壳，所述罩壳上设有安装主平台和可拆卸设于安装主平台上的直线运动模组，所述料盒可拆卸设于安装主平台上方，所述LCD屏可拆卸设于安装主平台上，所述LCD屏与料盒之间设有屏幕保护层。采用上述结构的设置，通过常见的直线运动模组来驱动调平机构上下运动，LCD屏安装在安装主平台上，通过屏幕保护层可以进一步防止LCD屏被损坏。

进一步的，所述安装主平台上可拆卸设有至少一个第二散热风扇，所述罩壳上设有多个散热孔。采用上述结构的设置，可以对罩壳内进行有效散热，保证成型质量。

进一步的，还包括控制模块和可拆卸设于罩壳上的触屏。采用上述结构的设置，通过控制模块来控制各个电器设备，通过触屏来显示信息和进行人机交互，操作方便。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的一种3D打印机用调平机构及3D打印机，具有如下有益效果：

1：当滑动固定支架随3D打印机上的直线运动模组向下运动抵接到投光屏的时候，成型平台受到挤压，从而带动平板转接支架在滑孔内向上滑，弹性复位件被压缩，弹性复位件起到了一定的缓冲作用，使得投光屏在接触的一瞬间不会被压坏；

2：多个滑孔的设计可以限制平板转接支架的旋转自由度，也就是能够防止平板转接支架发生倾斜，保证了平板转接支架的平整度，而且由于弹性复位件的设置，使得滑块固定支架和平板转接支架始终具有一定的间隙，使得成型平台能够进行二次调平，同时也不会因为零件之间的紧密配合在热胀冷缩后，导致成型平台倾斜的情况发生；

3：通过UV灯的结构能够使光线垂直照射到液晶屏，提高光照的均匀性的同时也提高了利用率，缩短打印时间，减少了浪费，而且散热板的设置可以对UV灯进行有效散热，避免LED灯损坏和成型精度问题。

附图说明

图1是本发明的立体图一；

图2是本发明的俯视图；

图3是图2中B-B等轴侧剖视图；

图4是图2中A-A等轴侧剖视图；

图5是图4中A的放大图；

图6是图4中B的放大图；

图7是图4中C的放大图；

图8是控制模块的示意图；

图9是料盒主体的爆炸图。

图中，1、滑块固定支架；2、平板转接支架；3、成型平台；11、滑孔；4、弹性复位件；5、限位轴；12、调节螺杆；6、等高柱；21、底板；22、左固定块；23、右固定块；31、通孔；7、UV灯模组；8、LCD屏；9、打印料盒；71、导光罩；72、UV灯；73、散热板；721、LED灯珠；91、料盒主体；92、料盒压板；93、离型膜；94、料盒边框；74、第一散热风扇；10、罩壳；101、安装主平台；102、直线运动模组；103、屏幕保护层；104、第二散热风扇；105、散热孔；106、触屏；107、视窗；1021、步进电机；1022、直线导轨；1023、连接块；108、USB数据插孔；109、开关按钮；1010、电源插口；1011、把手；1012、夹持装置。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-9所示，本3D打印机包括多块冷板折弯焊接制成的罩壳10，在罩壳10的左右两侧还安装了两块亚克力板制成的视窗107，在罩壳10内部安装了安装主平台101，安装主平台101将罩壳10分为上下两个部分。

在本实施例中，上面部分为打印区域，包括打印料盒9和直线运动模组102，这里的直线运动模组102通过步进电机1021和直线导轨1022组成，在直线导轨1022的滑块上安装了一个用来安装调节机构的连接块1023，步进电机1021通过丝杆传动方式驱动连接块1023在制线导轨上上下滑动，其中步进电机1021采用57HS56D8EIS二相闭环步进电机1021，步距角1.8°，电流3A，驱动器设置在8细分，步进电机1021通过常见的驱动器控制，控制器和控制模块连接。则：

脉冲数为：200*4=800

脉冲当量为：5/800=0.00625mm

即当驱动器输出一个定位制脉冲时，成型平台3沿Z轴上下移动的距离为0.00625 mm，此精度能够满足打印±0.05 mm精产品要求。当然还可以直接采用现有可购买到的线性模组直接代替直线运动模组102，安装成本更低，设计成本更低。

下面部分为主要的电器设备，包括UV灯模组7、LCD屏8及控制模块，在罩壳10表面安装了常见的触屏106和USB数据插孔108及开关按钮109，还有电源插口1010，还有方便提拉的把手1011。

在本实施例中，控制模块分为由上机位软件、触摸屏接口模块、SD卡接口模块、步进电机1021控制模块、供电电源及灯板接口七部分组成。

其中上位机软件采用Nano·DLP控制软件，它能够获得以树莓派为主机的DLP 3D打印机的完全控制权。Nano·DLP有音频提示、网络检测、密码保护等功能。打印时可通过浏览器监控打印进度。Nano·DLP还兼容SLC和PNG文件格式。链接时只需将Raspbian安装到SD卡上，并使用指令在树莓派上运行。然后通过web浏览器将树莓派与Nano·DLP连接起来，并进入软件，因此可以通过网页来对打印机实现远程操作。其输出都来自树莓派的HDMI端口。

触摸屏接口模块上连接的触摸屏采用陶晶驰公司研发的X5系列串口屏。该系列串口屏能够通过软件配置把I/O配置成输入状态或输出状态、支持TTL等多种通讯接口，此外产品结构可根据用户要求进行定制。这些都极大的方便的开发使用。

步进电机1021控制模块为步进电机1021控制模块主要有驱动器、3D打印机DIY主板及限位器组成，将驱动器、限位器、步进电机1021连接到3D打印机DIY主板上面，再通过触摸屏将实现步进电机1021移动和限位功能，其中3D打印机DIY主板为MKS Gen V1.4Ramps1.4&2560。

供电电源通过将48V电压通过稳压器转化为12V电源，然后输入到控制模块中，该打印机电源模块由220 V转48 V直流电源、DC-DC升压可调稳压电源模块组成。直流电源模块将220 V交流电源降低为48 V直流电源，再通过升压稳压电源模块电压调至58 V。经测试当电压高于60 V时虽然灯珠光强很高，但灯珠使用寿命也降低，同时灯板温度也过高。虽然高光强能缩短打印时间，但是灯珠使用寿命大大降低，成型精度也不太好。因此48 V电压能够保证UV灯72强度达到光固化所需，同时也提高了灯珠的使用寿命，避免灯珠发生损坏。同时在该光照强度下，每层打印时间仅需1.5秒，缩短了打印所需时间。

在本实施例中，UV灯模组7包括设于LCD屏8下方的导光罩71、设于导光罩71底部的UV灯72及设于UV灯72底部的散热板73，所述UV灯72上设有多个阵列排布的LED灯珠721，每个LED灯珠721上设有菲涅尔透镜，其中LCD屏8安装在安装主平台101上，在安装主平台101上安装有常见亚克力制成的屏幕保护层103，LED灯珠721发出405 mm LED紫外光源，散热板73为纯铜制成。

在本实施例中，散热板73上设有多个鳍片，UV灯72与散热板73之间设有导热硅脂，所述散热板73下方设有至少一个第一散热风扇74，其中导热硅脂采用常见的MX-8或者信越7921，第一散热风扇74采用常见的12V风扇。

具体的，所述安装主平台101上通过螺丝设有至少一个第二散热风扇104，所述罩壳10上设有多个散热孔105，第二散热风扇104和第一散热风扇74同样采用常见的12V风扇。

在本实施例中，LCD屏8采用13.3寸3840*2160分辨率的液晶显示屏，成型精度能够达到0.04 mm，透光率也大大加强，极大的提高了光线利用率，缩短了打印时间。同时大屏幕设计能够使得打印效率极大的提高。

具体的，所述打印料盒9包括料盒主体91、与料盒主体91可拆卸连接的料盒压板92、离型膜93及用于固定料盒压板92的料盒边框94，将离型膜93用料盒压板92先进行固定，然后拧紧螺钉，然后将料盒压板92用螺钉固定在料盒边框94上，使离型膜93达到紧绷状态。料盒压板92的设计能够有效防止因为长时间的打印而导致离型膜93出现松动。离型膜93安装的要求是安装完成后用手指轻弹，可以听到清脆声响，目的是保证离型膜93不会在使用过程中随平台移动从而降低打印精度。

在本实施例中，打印料盒9通过安装在安装主平台101上的两个夹持装置1012夹住，每个夹持装置1012包括通过螺丝安装在安装主平台101上的L形夹块和安装在L形夹块上的锁紧件，通过锁紧件来将打印料盒9夹紧固定住。

本3D打印机用调平机构包括滑块固定支架1、设于滑块固定支架1上的平板转接支架2及与平板转接支架2底部可拆卸连接的成型平台3，滑动固定座通过螺丝安装在连接块1023上，平板转接支架2包括底板21和通过螺丝安装在底板21上的L形左固定块22和右固定块23，两个固定块分别通过螺丝安装在一个限位轴5上，限位轴5插入到滑块固定支架1的滑孔11内，滑孔11为竖直设置的腰孔，在滑块固定支架1和平板转接支架2之间还安装有弹性复位件4，也就是常见的弹簧，其中底板21通过四根常见的等高柱6固定住成型平台3。

具体的，在滑块固定支架1上还安装了一个调节螺杆12，调节螺杆12和滑块固定支架1螺纹连接，调节螺杆12用来调节滑块固定支架1和底板21之间的最小间隙，调节螺杆12插入到弹簧内。

优选的，在成型平台3通过常见的铝合金制成，同时加工出阵列排布的通孔31。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了滑块固定支架1、平板转接支架2、成型平台3、滑孔11、弹性复位件4、限位轴5、调节螺杆12、等高柱6、底板21、左固定块22、右固定块23、通孔31、UV灯模组7、LCD屏8、打印料盒9、导光罩71、UV灯72、散热板73、LED灯珠721、料盒主体91、料盒压板92、离型膜93、料盒边框94、第一散热风扇74、罩壳10、安装主平台101、直线运动模组102、屏幕保护层103、第二散热风扇104、散热孔105、触屏106、视窗107、步进电机1021、直线导轨1022、连接块1023、USB数据插孔108、开关按钮109、电源插口1010、把手1011、夹持装置1012等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种3D打印机用调平机构，其特征在于，包括滑块固定支架（1）、设于滑块固定支架（1）上的平板转接支架（2）及与平板转接支架（2）底部可拆卸连接的成型平台（3）；所述滑块固定支架（1）上设有多个供平板转接支架（2）上下滑动的滑孔（11），所述滑块固定支架（1）和平板转接支架（2）之间设有弹性复位件（4）。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印机用调平机构，其特征在于，每个所述滑孔（11）内设有与平板转接支架（2）可拆卸连接的限位轴（5），所述滑块固定支架（1）上设有调节螺杆（12），所述调节螺杆（12）至少部分穿入弹性复位件（4）内。

3.根据权利要求2所述的一种3D打印机用调平机构，其特征在于，所述平板转接支架（2）和成型平台（3）之间设有多个等高柱（6），所述平板转接支架（2）包括与等高柱（6）可拆卸连接的底板（21）和可拆卸设于底板（21）上的左固定块（22）和右固定块（23），所述左固定块（22）和右固定块（23）分别设于限位轴（5）的两端。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印机用调平机构，其特征在于，所述成型平台（3）上设有多个阵列排布的通孔（31）。

5.一种3D打印机，包括权利要求1-4任意一项所属的调平机构，其特征在于，还包括UV灯模组（7）、LCD屏（8）及设于LCD屏（8）上方的打印料盒（9），所述UV灯模组（7）包括设于LCD屏（8）下方的导光罩（71）、设于导光罩（71）底部的UV灯（72）及设于UV灯（72）底部的散热板（73），所述UV灯（72）上设有多个阵列排布的LED灯珠（721），每个LED灯珠（721）上设有透镜。

6.根据权利要求5所述的一种3D打印机，其特征在于，所述打印料盒（9）包括料盒主体（91）、与料盒主体（91）可拆卸连接的料盒压板（92）、离型膜（93）及用于固定料盒压板（92）的料盒边框（94）。

7.根据权利要求5所述的一种3D打印机，其特征在于，所述UV灯（72）与散热板（73）之间设有导热硅脂，所述散热板（73）下方设有至少一个第一散热风扇（74）。

8.根据权利要求5所述的一种3D打印机，其特征在于，还包括罩壳（10），所述罩壳（10）上设有安装主平台（101）和可拆卸设于安装主平台（101）上的直线运动模组（102），所述打印料盒（9）可拆卸设于安装主平台（101）上方，所述LCD屏（8）可拆卸设于安装主平台（101）上，所述LCD屏（8）与料盒之间设有屏幕保护层（103）。

9.根据权利要求8所述的一种3D打印机，其特征在于，所述安装主平台（101）上可拆卸设有至少一个第二散热风扇（104），所述罩壳（10）上设有多个散热孔（105）。

10.根据权利要求8所述的一种3D打印机，其特征在于，还包括控制模块和可拆卸设于罩壳（10）上的触屏（106）。

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