CN114801187B - 3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种3D打印设备，其包括：用于盛放3D打印溶胶的料池、可升降地布置在料池上方的打印平台、布置在料池下方的光机、透光检测装置以及控制器，料池的底部镂空并设置有透明离型元件，透光检测装置包括设置在打印平台下表面的透明视窗和位于该透明视窗内的光接收器，光接收器与控制器信号连接，光接收器与光机之间形成可穿过离型元件和3D打印溶胶的光线路径；3D打印设备具有检测模式，在该检测模式下，光接收器能够基于接收到的光线的强度生成相应强度的光强信号并将光强信号传送给控制器，控制器将接收到的光强信号与预设的第一阈值进行比较，并根据比较结果，调整光机的输出功率。

Description

3D打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种3D打印设备。

背景技术

现有一类采用DLP技术的3D打印设备，其包括用于盛放3D打印溶胶的料池与位于料池下方的光机，料池的底部镂空并设置有透明的离型元件。这类3D打印设备进行打印作业时，光机发出的光线穿过离型元件并对料池内的3D打印溶胶进行固化处理。然而，在经过一段时间的使用后，离型元件因表面磨损等原因透光率下降，若光机不能相应地调整输出功率，则可能因光机的输出功率过小，使得料池内的3D打印溶胶无法正常固化；或是输出功率过大，造成3D打印设备的能耗过大，能源利用率下降。

发明内容

针对上述的光机需要根据离型元件的透光率调整输出功率的相关技术问题，本发明的目的是提供一种3D打印设备，该3D打印设备能够在检测模式下确定光机的最佳输出功率。

为了达到上述的发明目的，本发明提供以下技术方案：一种3D打印设备，包括：用于盛放3D打印溶胶的料池、可升降地布置在所述料池上方的打印平台、布置在所述料池下方的光机、透光检测装置以及控制器，所述料池的底部镂空并设置有透明离型元件，所述的透光检测装置包括设置在所述打印平台下表面的透明视窗和位于该透明视窗内的光接收器，所述的光接收器与所述的控制器信号连接，所述的光接收器与所述的光机之间形成穿过所述离型元件和3D打印溶胶的光线路径；所述的3D打印设备具有检测模式，在该检测模式下，所述的光接收器能够基于接收到的光线的强度生成相应强度的光强信号并将所述的光强信号传送给所述的控制器，所述的控制器将接收到的光强信号与预设的第一阈值进行比较，并根据比较结果，调整所述的光机的输出功率。

在上述的技术方案中，优选地，在所述的检测模式下，所述的控制器由最小功率开始逐级增大所述光机的输出功率，当所述控制器接收到的光强信号大于所述的第一阈值时，所述的3D打印设备开始打印作业。还可以进一步优选地，当所述光机的输出功率处于最大值且所述控制器接收到的光强信号小于所述的第一阈值时，所述的3D打印设备暂停后续的打印作业。

在上述的技术方案中，优选地，所述的光机具有多个光源，所述的光机为DLP投影机并且与所述的控制器信号连接，所述控制器能够可选择性地点亮所述的多个光源。

在上述的技术方案中，优选地，所述的透光检测装置还包括传感电路，所述的光接收器与所述的传感电路电耦接，所述的传感电路与所述控制器的一输入端口电耦接，所述的传感电路包括用于放大所述光强信号的信号放大器。

在上述的技术方案中，优选地，所述的3D打印设备基于第一条件触发所述的检测模式，所述的第一条件包括所述的控制器接收到开机命令、开始打印命令以及光强检测命令。还可以进一步优选地，所述的开机命令包括初始化程序，所述的检测模式被配置在所述的初始化程序之后进行。

在上述的技术方案中，优选地，所述的3D打印设备还包括与所述控制器信号连接的报警模块，所述的控制器内预存有小于所述第一阈值的第二阈值，当所述的光机处于最大输出功率且所述控制器接收到的光强信号小于所述的第二阈值时，所述的报警模块对外发出报警。还可以进一步优选地，所述的检测模式下，所述的控制器控制所述的光机以最大功率发出光线，若所述控制器接收到的光强信号大于所述的第一阈值，所述的控制器逐级减小所述光机的功率直至所述控制器接收到的光强信号首次不大于所述的第一阈值或所述的光机达到最小输出功率，所述的3D打印设备开始打印作业。

在上述的技术方案中，优选地，所述的3D打印设备还包括计时模块，所述的计时模块能够记录当前所述离型元件的总作业时间，所述的计时模块内预存有第三阈值，所述的3D打印设备还包括与所述控制器信号连接的报警模块，当所述计时模块记录的当前所述离型元件的总作业时间大于所述的第三阈值时，所述的报警模块对外发出报警。

相较于现有技术，本发明所提供的3D打印设备设置有可检测光强度并向控制器发出相应光强信号的光接收器，控制器通过对比接收到的光强信号与预设的第一阈值来调整光机的输出功率，从而确定当前条件下光机的最佳输出功率，避免发生光机输出功率过小或过大的情况。

附图说明

图1为本发明所提供的3D打印设备的立体结构示意图；

图2为图1所示3D打印设备的各部件信号连接示意图；

图3为本发明所提供的一种传感电路的可能的电路结构示意图；

图4为本发明所提供的3D打印设备的检测模式的流程示意图。

图中标记：

100、3D打印设备；

1、机架；11、轨道；

2、料池；21、离型元件；

3、打印平台；

4、光机；

51、光接收器；52、传感电路；

6、控制器；61、报警模块；62、计时模块。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对发明的各种示例性实施例或实施方式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离发明构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。

此外，本申请中，诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、 “下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。

图1-2示出了本发明所提供的3D打印设备100，该3D打印设备100包括为各部件提供支撑的机架1、用于盛放3D打印溶胶的料池2、布置于料池2上方的打印平台3、布置于料池2下方的光机4、能够接收光线的透光检测装置（图中未标示出）以及作为控制中枢的控制器6。

继续参阅图1，机架1为刚性构件且呈现四棱柱结构，机架1内设置有沿着上下方向延伸的轨道11。料池2、打印平台3、光机4以及透光检测装置均位于机架1的内侧。优选地，该机架1还安装有若干遮光玻璃（图中未标示出），以遮挡3D打印设备100工作时发出的光线，减小3D打印设备100对环境造成的光污染。

料池2的上部呈敞口状并适于打印平台3从上方进入，料池2的底部镂空并设置有透明的离型元件21。该离型元件21的表面具有较低的粘度，从而避免3D打印溶胶黏附于上面。

光机4为一DLP投影机并且与控制器6信号连接。光机4上设置有多个朝向料池2的光源（图中未标示出）。控制器6被配置成能够选择性地点亮光机4上的各个光源，可以理解地，同时点亮的光源越多，光机4的输出功率越高且对外发出的光线强度越强。在其它实施例中，光机还可以采用功率可调节的单个或多个光源，控制器通过调节这些光源的输出功率来调整光机对外发出的光线的强度，这类实施例还可以再进一步优选地，这些光源为功率可以连续调节（无级调节）光强度的光源。

打印平台3与轨道11滑动配合，控制器6信号连接打印平台3被配置成能够控制打印平台3沿着轨道11进行升降。在3D打印设备100进行打印作业时，控制器6操控打印平台3沉入料池2内并与离型元件21保持一个单层打印所需的距离。其后，控制器6控制光机4以特定波长的光线在打印平台3上投射图案，离型元件21与打印平台3之间的3D打印溶胶在该光线的作用下固化并形成单层的打印图案。在完成单层打印后，控制器6控制打印平台3抬升一个单层打印所需的高度，料池2内的3D打印溶胶重新填充该空间，控制器6再次控制光机4进行单层打印。由此，通过多次单层打印最终形成一个3D打印制品。

结合图2，透光检测装置包括设置于打印平台3下表面的透明视窗（图中未标示出）、设置于透明视窗内的光接收器51以及与该光接收器51信号连接的传感电路52。光接收器51为一光敏元件，其能够将接收到的光线按强度地转化成光强信号并向外输出。光机4与光接收器51之间形成一条光线路径，该光线路径依次穿过离型元件21、料池2内的3D打印溶胶以及透明视窗。可以理解地，在同一光源强度下，离型元件21的透光度越低，光接收器51所接收到的光线强度以及对外输出的光强信号就越低。其中，本例中的光强信号为一电压信号。

传感电路52信号连接控制器6的一输入端口并能够将光接收器51输出的光强信号传递至控制器6内。优选地，为了提高控制器6的识别准确度，该传感电路52内还布置有一用于放大光强信号的信号放大器（图中未标示出）。

图3示出了传感电路52的一种非限定示例的电路结构，该电路结构采用NPN三极管T1作为信号放大器。其中，三极管T1的e极经由电阻R3接地，三极管T1的b极与c极分别经由电阻R1与电阻R2接通外接电源V_CC。光接收器51电连接三极管T1的b极并且能够向b极施加电压，控制器6的一输入端口电连接三极管T1的c极并且能够读取c极的电压值。由此，通过三极管T1的放大作用，可将光接收器51输出的光强信号（图3中的V₁）按比例地放大（图3中的V₂）并输送至控制6。需要说明是的，图3仅用于示例一种可能的电路结构，不对本发明的保护范围起到限定作用。

继续参阅图2，3D打印设备100还包括均信号连接控制器6的报警模块61和计时模块62。其中，报警模块61被配置成在接收到控制器6不同的报警信号时对外发出不同的报警，该报警可采用声、光、电报警中的一种或多种。

计时模块62内预存第三阈值并被配置成能够记录当前离型元件21的总作业时间（进行打印作业的时间），其中，第三阈值为离型元件21的平均使用寿命（以作业时间计算）。在打印作业的过程中，由于3D溶胶不断冲刷离型元件21的上表面以及已打印出的部分3D模型脱离离型元件31时对离型元件造成的冲击和摩擦等原因，都会使得离型元件21的透光度降低。在离型元件21的透光度降低到一定程度时，料池2内的3D打印溶胶无法接收到足够强的光线，从而无法正常地固化以及进行打印作业。控制器6被配置成当计时模块62记录的当前离型元件21的总作业时间超过第三阈值时，便控制报警模块61对外发出第三报警，以提醒用户检查离型元件21是否能继续使用。

需要说明的是，本申请中3D打印设备100的一些组成部分采用“xx模块”表述，该表述仅从功能角度呈现相应的组成部分，并没有限定各组成部分的实现形式，例如各组成部分可以由物理器件、芯片或电路/集成电路实现，本申请对此不做限定。

结合图4，控制器6内预存有第一阈值与小于该第一阈值的第二阈值。本例中，第一阈值与第二阈值均为电压阈值。控制器6被配置成能够自动执行下述步骤：

S1、检测3D打印设备是否达到第一条件；

该第一条件包括接收到开机命令、开始打印命令以及光强度检测命令。上述命令均为人工输入。优选地，3D打印设备100被配置成在接收到开机命令后进行初始化程序，该初始化程序包括校准打印平台3的初始位置、检测料池2内的3D打印溶胶量以及激活计时模块62等步骤。其中，该初始化程序在下文的检测模式之前进行。

S2、若达到第一条件，则进入检测模式；

检测模式用于检测离型元件21的透光度以及确定打印作业的光机4的最佳输出功率。具体地，在检测模式包括以下步骤：

S21、控制器从最小功率开始逐级增大光机的输出功率；

S22、判断控制器接收到的光强信号是否不小于第一阈值；当控制器接收到的光强信号首次不小于第一阈值时,3D打印设备开始打印作业；

第一阈值被配置成在该条件下，光机4发出的光线的强度能够确保打印作业正常进行。本例中，控制器6通过选择性地点亮光机4上的多个光源调节光机4对外发出的光线强度，可以理解的，该光线强度的呈离散型分布。在一些光机对外发出的光线强度为连续型分布的实施例中，本步骤中的“首次不小于”与“等于”同含义。本步骤用于确定当前光机4的最佳输出功率，防止光机4输出功率过小，料池2内的3D溶胶不能正常固化；或光机4的输出功率过大，3D打印设备100能源利用率降低的情况。

S23、若光机输出功率达到最大值且控制器接收到光强信号小于第一阈值，则判断控制器接收到的光强信号是否小于第二阈值；若大于，则对外发出第一报警；若小于，则对外发出第二报警。

光机4输出功率达到最大值且控制器6接收到光强信号小于第一阈值时，说明3D打印设备100无法正常进行打印作业，此时3D打印设备100暂停后续的打印作业并发出报警。其中，第二阈值为3D打印设备100发生光机4故障、光机4上光源损坏、透明视窗被遮挡以及光接收器51发生故障等故障情况下，控制器6接收到的光强信号的一上限值。可以理解地，若3D打印设备100发生上述故障，则控制器6接收到的光强度信号将远小于仅受离型元件21透光率下降影响时接收到的光强度信号。故，当光机4输出功率达到最大值且控制器6接收到光强信号位于第一阈值与第二阈值之间时，说明离型元件21透光率过低，报警模块61发出第一报警提醒用户更换离型元件21；当光机4输出功率达到最大值且控制器6接收到光强信号小于第二阈值之间时，则说明3D打印设备100可能发生若干故障，则报警模块61发出第二报警提醒用户进行检修。

在其它实施例中，检测模式也可以被配置成由以下方式进行：检测模块开始时，控制器控制光机以最大功率对外发出光线，若控制器接收到的光强信号小于第二阈值，则报警模块对外发出第二报警；若控制器接收到的光强信号位于第二阈值与第一阈值之间，则报警模块对外发出第一报警；若控制器接收到的光强信号大于第一阈值，则逐级减小光机的输出功率，当控制器接收到的光强信号首次不大于第一阈值或光机达到最小功率时，3D打印设备进行打印作业。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种3D打印设备，其特征在于，包括：用于盛放3D打印溶胶的料池、可升降地布置在所述料池上方的打印平台、布置在所述料池下方的光机、透光检测装置以及控制器，所述料池的底部镂空并设置有透明离型元件，所述的透光检测装置包括设置在所述打印平台下表面的透明视窗和位于该透明视窗内的光接收器，所述的光接收器与所述的控制器信号连接，所述的光接收器与所述的光机之间形成穿过所述离型元件和3D打印溶胶的光线路径；所述的3D打印设备具有检测模式，在该检测模式下，所述的光接收器能够基于接收到的光线的强度生成相应强度的光强信号并将所述的光强信号传送给所述的控制器，所述的控制器将接收到的光强信号与预设的第一阈值进行比较，并根据比较结果，调整所述的光机的输出功率；所述的第一阈值为所述的光机发出的光线的强度能够确保打印作业正常进行时对应的光强信号大小；所述的3D打印设备被配置为基于第一条件触发所述的检测模式；所述的检测模式包括以下步骤：

S21、所述的控制器从最小功率开始逐级增大所述的光机的输出功率；

S22、判断所述的控制器接收到的光强信号是否不小于第一阈值；当所述的控制器接收到的光强信号首次不小于第一阈值时,3D打印设备开始打印作业；

S23、所述的控制器内预存有小于所述第一阈值的第二阈值，若所述的光机输出功率达到最大值且所述的控制器接收到的光强信号小于第一阈值时，则判断控制器接收到的光强信号是否小于第二阈值；若大于，则对外发出第一报警；若小于，则对外发出第二报警，其中，所述的第二阈值为所述的3D打印设备故障时，所述的控制器接收到的光强信号的上限值。

2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，在所述的步骤S23中，当所述光机的输出功率处于最大值且所述控制器接收到的光强信号小于所述的第一阈值时，所述的3D打印设备暂停后续的打印作业。

3.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述的光机具有多个光源，所述的光机为DLP投影机并且与所述的控制器信号连接，所述控制器能够可选择性地点亮所述的多个光源。

4.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述的透光检测装置还包括传感电路，所述的光接收器与所述的传感电路电耦接，所述的传感电路与所述控制器的一输入端口电耦接，所述的传感电路包括用于放大所述光强信号的信号放大器。

5.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述的第一条件包括所述的控制器接收到开机命令、开始打印命令以及光强检测命令。

6.根据权利要求5所述的3D打印设备，其特征在于：所述的开机命令包括初始化程序，所述的检测模式被配置在所述的初始化程序之后进行。

7.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于：所述的3D打印设备还包括与所述控制器信号连接的报警模块。

8.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述的3D打印设备还包括计时模块，所述的计时模块能够记录当前所述离型元件的总作业时间，所述的计时模块内预存有第三阈值，所述的3D打印设备还包括与所述控制器信号连接的报警模块，当所述计时模块记录的当前所述离型元件的总作业时间大于所述的第三阈值时，所述的报警模块对外发出报警，所述的第三阈值为该离型元件的平均使用寿命。