CN115157673B - 一种智能变焦dlp3d打印装置 - Google Patents

一种智能变焦dlp3d打印装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能变焦DLP3D打印装置，属于3D打印技术领域，包括工作台下侧设有升降装置，升降装置用于带动光机升降，光机相应间隔设于玻璃窗下方，根据预设投影精度和投影画面，查表得知投影距离，从而调节光路系统使其满足投影距离要求，解决了通过调节光机距离成型面的距离，实现一台机器进行多幅面、多精度打印模式的技术问题，本发明可以任意调节光机焦距，能够满足多种打印需求，实现了一机多用的技术方案，不受打印件大小尺寸和精度的限制。

Description

一种智能变焦DLP3D打印装置
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种智能变焦DLP3D打印装置。
背景技术
3D打印(3D printing，又称增材制造、积层制造)是一种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来构造物体的技术。3D打印技术众多，有选择性激光烧结成型(SLS)、选择性激光熔化成型(SLM)、熔融沉积式成型(FDM)、立体平板印刷(SLA)、数字光处理(DLP)等。其中使用较广泛更贴近大众生活的有DLP、SLA和FDM。以下主要介绍DLP技术。
DLP是“Digital Light Procession”的缩写，即数字光处理。也就是把影像信号经过数字处理后光投影出来，是基于美国德州仪器公司开发的数字微镜元件——DMD来完成可视数字信息显示的技术。DLP3D打印技术的基本原理是数字光源以面光的形式在液态光敏树脂表面进行层层投影，层层固化成型。DLP较其他类型的3D打印技术有其独特的优势。首先，没有移动光束，振动偏差小；有活动喷头，完全没有材料阻塞问题；没有加热部件，提高了电气安全性，打印准备时间短，节省能源，首次耗材添加量远少于其他设备，节省用户成本。其次，DLP可制造较为精细的零部件，如珠宝，齿科模具等。
目前，DLP型3D打印机大多数都是固定打印精度和打印幅面的，用户买一台设备，精度和打印幅面只能满足常规打印需求，如遇到精度要求低尺寸大，或者精度要求高尺寸小的打印件时，常规机器则不能满足打印需求，只能重新定制另外一款机器来实现打印需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能变焦DLP3D打印装置，解决了通过调节光机距离成型面的距离，实现一台机器进行多幅面、多精度打印模式的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种智能变焦DLP3D打印装置，包括设置玻璃窗的工作台，工作台上侧设有Z轴驱动装置和料槽，Z轴驱动装置用于带动成型平台升降，成型平台底面与料槽槽底板为上下间隔对应设置，料槽与玻璃窗上下对应，工作台下侧设有升降装置，升降装置用于带动光机升降，光机相应间隔设于玻璃窗下方；
打印时包括如下步骤：
步骤1：通过升降装置使光机位置归零，Z轴驱动装置驱动成型平台到达一层打印位置；
步骤2：向升降装置输入光机位置，升降装置根据光机位置移动光机，光机到达光机位置后停止；
步骤3：光机开始工作，投射用于打印的测试画面，检查测试画面的投影尺寸是否符合打印要求：是，则执行步骤4；否，调整光机位置，执行步骤1；
步骤4：检查测试画面的投影清晰度是否满足打印要求：是，则执行步骤5；否，则调节光机的前群镜片或后群镜片，以达到打印要求；
步骤5：光机持续投射用于打印的固化画面，将成型平台底面和料槽的槽底板顶面之间的打印材料固化成型，从而完成第一层打印件成型；
步骤6：光机停止工作，Z轴驱动装置驱动成型平台上升，使得第一层打印件与料槽脱离，第一层打印件粘在成型平台下表面，至此完成一层打印件的打印；
步骤7：根据步骤1和步骤6的方法，逐层固化打印材料，最终得到三维实体模型，完成打印流程。
优选的，所述Z轴驱动装置为由第一电机带动的第一丝母丝杠机构，升降装置为由第二电机带动的第二丝母丝杠机构。
优选的，所述光机型号为nvr2。
优选的，在执行步骤1时，投射用于打印的画面时，光机位置根据预设投影关系列表查表获得，所述投影关系列表根据投影影像尺寸、影像精度、影像宽度、影像高度、影像对角尺寸、投影距离和影像解像度制定；
在执行步骤3时，调整光机位置即重新根据预设投影关系列表进行查表调整光机位置，若经过多次调整后仍未达到打印要求，则发出错误报警。
优选的，在执行步骤4时，检查测试画面的投影清晰度包括检查测试画面的角落清晰度和检查测试画面的中间清晰度，若角落清晰度不满足打印要求，则调节光机的后群马达从而调节光机的后群镜片，以使测试画面的清晰度达到打印要求；若中间清晰度不满足打印要求，则调节光机的前群马达从而调节光机的前群镜片，以使测试画面的清晰度达到打印要求。
优选的，在执行步骤3时，光机投影测试画面的具体步骤如下：
步骤S3-1：为光机供给工作用电源，启动光机，并通过HDMI接口向光机输入HDMI信号；
步骤S3-2：光机启动后，关闭UV LED光源，使其投影出的画面为测试画面；
步骤S3-4：光机根据输入的HDMI信号解析出测试画面并进行投影。
优选的，在执行步骤5时，光机投影固化画面的具体步骤如下：
步骤S5-1：光机开启UV LED光源，使其投影出的画面为固化画面；
步骤S5-2：打印材料固化成型后，光机关闭UV LED光源，并判断是否有下一层打印用画面：是，则执行步骤S5-3；否，则执行步骤S5-4；
步骤S5-3：光机通过HDMI接口获取下一层画面的HDMI信号，执行步骤S5-1；
步骤S5-6：光机关闭UV LED光源，关闭光机的供给电源，结束打印。
所述一层打印位置即为成型平台底面距离料槽的槽底板顶面为一层打印厚度的位置。
本发明所述的一种智能变焦DLP3D打印装置，解决了通过调节光机距离成型面的距离，实现一台机器进行多幅面、多精度打印模式的技术问题，本发明可以任意调节光机焦距，能够满足多种打印需求，实现了一机多用的技术方案，不受打印件大小尺寸和精度的限制。
附图说明
图1是本发明的结构图示意图；
图2是本发明的固化流程图；
图3是本发明的光机调整流程图。
图中：第一电机1、Z轴驱动装置2、丝母3、连接板4、成型平台5、底板6、底面7、料槽8、机座9、升降装置10、第二电机11、丝杠12、光机13、玻璃窗14、槽底板15。
具体实施方式
由图1-3所示的一种智能变焦DLP3D打印装置，包括设置玻璃窗14的工作台，工作台为水平设置的平板。
工作台上侧设有Z轴驱动装置2和料槽8，料槽8用于承载打印材料，打印材料为液态光敏树脂，料槽8固设在工作台上侧，料槽8的槽底板15为透明玻璃，即打印材料置于透明玻璃上侧，料槽8的槽底板15与玻璃窗14上下对应，料槽8为现有技术且为市构件，故不详细叙述。
所述透明玻璃为超白钢化玻璃。
Z轴驱动装置2用于带动成型平台5升降，打印件可粘在成型平台5的底面7，成型平台5底面7与料槽8的槽底板15为上下间隔对应设置，本实施例中，成型平台5为现有技术，故不详细叙述。采用专利号为202121847074.0，名称为“一种DLP3D打印机快速换基板装置”的实用新型专利，因此，本实施例中成型平台5底面7为该实用新型专利中底板6的底面7。当然，也可采用其他型号的成型平台5。
工作台下侧设有升降装置10，升降装置10用于带动光机13升降，光机13相应间隔设于玻璃窗14下方。
所述Z轴驱动装置2为由第一电机1带动的第一丝母丝杠机构，升降装置10为由第二电机11带动的第二丝母丝杠机构，第一丝母丝杠机构和第二丝母丝杠机构均为丝母丝杠机构，丝母丝杠机构包括机座9、竖直设置在机座9上的丝杠12、设于丝杠12上的丝母3和一根竖直的导杆，丝母3设有与导杆相适配的导孔，导杆穿插过丝母3的导孔；第一丝母丝杠机构的机座9固设在工作台上侧，第一电机1安装在第一丝母丝杠机构的机座9上，第一电机1的输出轴向下竖直伸出，第一电机1的输出轴通过联轴器与第一丝母丝杠机构的丝杠12的顶端对接，第一电机1带动第一丝母丝杠机构的丝杠12转动，第一丝母丝杠机构的丝母3可上下移动，第一丝母丝杠机构的丝母3固定连接成型平台5，成型平台5可随着第一丝母丝杠机构的丝母3上下移动，本实施例中，第一丝母丝杠机构的丝母3固定连接一块连接板4，连接板4固定连接所述发明专利中的上压支撑架；
第二丝母丝杠机构的机座9固设在工作台下侧，第二电机11安装在第二丝母丝杠机构的机座9上，第二电机11的输出轴向上竖直伸出，第二电机11的输出轴通过另一联轴器与第二丝母丝杠机构的丝杠12的底端对接，第二电机11带动第二丝母丝杠机构的丝杠12转动，第二丝母丝杠机构的丝母3可上下移动，第二丝母丝杠机构的丝母3固定连接光机13的机壳，光机13可随着第二丝母丝杠机构的丝母3上下移动，本实施例中，光机13的型号为：，当然，也可采用其他型号的光机13。
光机13向上发出激光，激光依次透过玻璃窗14和料槽8的槽底板15烧结槽底板15上侧的打印材料并使之成型。
打印时包括如下步骤：
步骤1：通过升降装置10使光机位置归零，Z轴驱动装置2驱动成型平台5到达一层打印位置；
在本实施例中，光机13的归零位置的判断可以采用在光机13预设归零位置设置一个行程开关或光电开关等位置传感器的方式来确定。同理，Z轴驱动装置2的归零位置也可以采用同样设置位置传感器的方式来确定。位置传感器为现有技术，故不详细叙述。
步骤2：向升降装置10输入光机位置，升降装置10根据光机位置移动光机13，光机13到达光机位置后停止；
步骤3：光机13开始工作，投射用于打印的测试画面，检查测试画面的投影尺寸是否符合打印要求：是，则执行步骤4；否，调整光机位置，执行步骤1；
在执行步骤3时，光机13投影测试画面的具体步骤如下：
步骤S3-1：为光机13供给工作用电源，启动光机13，并通过HDMI接口向光机13输入HDMI信号；
步骤S3-2：光机13启动后，关闭UV LED光源，使其投影出的画面为测试画面；
步骤S3-4：光机13根据输入的HDMI信号解析出测试画面并进行投影。
在执行步骤3时，调整光机位置即重新根据预设投影关系列表进行查表调整光机位置，若经过多次调整后仍未达到打印要求，则发出错误报警。本实施例中，错误报警由控制智能变焦DLP3D打印装置的上位机发出，上位机还通过数据线控制Z轴驱动装置2的第一电机1、带动升降装置10的第二电机11和光机13。光机13收到的HDMI信号由上位机提供。所述一层打印位置即为成型平台底面距离料槽的槽底板顶面为一层打印厚度的位置。
投影测试画面的具体流程包含如下程序：
影像输入及光机13内建测试画面设定：
HDMI：
Command：0x05//光机13输入信号设定；
Data[0]＝0x00//HDMI信号输入；
Ramp灰阶：
Command：0x05//光机13输入信号设定；
Data[0]＝0x01//光机13内建测试画面；
Command：0x0b//测试画面选择；
Data[0]＝0x01//灰阶；
Data[1]＝0x70；
Data[2]＝0x00；
Data[3]＝0xff；
Data[4]＝0x00；
Data[5]＝0x00；
Checker黑白方块：
Command：0x05//光机13输入信号设定；
Data[0]＝0x01//光机13内建测试画面；
Command：0x0b//测试画面选择；
Data[0]＝0x07//黑白方块；
Data[1]＝0x70；
Data[2]＝0x04；
Data[3]＝0x00；
Data[4]＝0x04；
Data[5]＝0x00；
读取影像输入及光机13内建测试画面设定。
写入指令：
Command:0x06。
读取资料：
Data[0]：位元[0]数值用来判定光机13影像来源是HDMI或是光机13内建测试画面；
如果Data[0]&0x01＝＝0,影像输入为HDMI；如果为1为光机13内建测试画面。
写入指令：
Command：0x0C。
读取资料：
Data[0]：最少的四个位元数值用作判定哪个光机13内建画面被套用；
Data[1]：reserved；
Data[2]：reserved；
Data[3]：reserved；
Data[4]：reserved；
Data[5]：reserved；
如果Data[0]&0x0F＝＝0x01为选择光机13内建灰阶测试画面；如果为0x07为选择光机13内建；
黑白方块测试画面。
步骤4：检查测试画面的投影清晰度是否满足打印要求：是，则执行步骤5；否，则调节光机13的前群镜片或后群镜片，以达到打印要求；
在执行步骤4时，检查测试画面的投影清晰度包括检查测试画面的角落清晰度和检查测试画面的中间清晰度，若角落清晰度不满足打印要求，则调节光机13的后群马达从而调节光机13的后群镜片，以使测试画面的清晰度达到打印要求；若中间清晰度不满足打印要求，则调节光机13的前群马达从而调节光机13的前群镜片，以使测试画面的清晰度达到打印要求。
步骤5：光机13持续投射用于打印的固化画面，将成型平台5底面7和料槽8的槽底板15顶面之间的打印材料固化成型，从而完成第一层打印件成型；
优选的，在执行步骤5时，光机13投影固化画面的具体步骤如下：
步骤S5-1：光机13开启UV LED光源，使其投影出的画面为固化画面；
步骤S5-2：打印材料固化成型后，光机13关闭UV LED光源，并判断是否有下一层打印用画面：是，则执行步骤S5-3；否，则执行步骤S5-4；
步骤S5-3：光机13通过HDMI接口获取下一层画面的HDMI信号，执行步骤S5-1；
步骤S5-6：光机13关闭UV LED光源，关闭光机13的供给电源，结束打印。
本实施例中，开启关闭UV LED时需要确保光机13已经接受到打印画面的HDMI信号，从而保证光机13开启时有影像投影，具体流程包含如下程序：
LED启动/关闭：
Command:0x52//Write LED Enable/Disable；
Data[0]＝0x07//LED enabled；
Command:0x52//Write LED Enable/Disable；
Data[0]＝0x00//LED disabled，光机13开启时必须有影像信号输入，否则程序控制会自动将LED关闭。
读取LED启动：
写入指令：
Command：0x53。
读取指令：
Data[0]：位元[1]数值是与LED启动/关闭的状态吻合；
如果(Data[0]&0x02)＝＝1,LED是启动的；如果为0,LED是关闭的。
变更UV LED电流：
写入指令：
Command:0x15。
读取指令：
Data[0]位元[2]数值与画面垂直翻转状态吻合；位元[1]数值与画面水平翻转状态吻合；
如果Data[0]&0x04＝＝1，画面垂直翻转设定启动；如果为0，画面垂直翻转设定为关闭；
如果Data[0]&0x02＝＝1，画面水平翻转设定启动；如果为0，画面水平翻转设定为关闭。
步骤6：光机13停止工作，Z轴驱动装置2驱动打成型平台5上升，使得第一层打印件与料槽8脱离，第一层打印件粘在成型平台5下表面，至此完成一层打印件的打印；
步骤7：根据步骤1和步骤6的方法，逐层固化打印材料，最终得到三维实体模型，完成打印流程。
所述Z轴驱动装置2为由第一电机1带动的第一丝母丝杠机构，升降装置10为由第二电机11带动的第二丝母丝杠机构。
所述光机13型号为nvr2。
在执行步骤1时，投射用于打印的画面时，光机位置根据预设投影关系列表查表获得，所述投影关系列表根据投影影像尺寸、影像精度、影像宽度、影像高度、影像对角尺寸、投影距离和影像解像度制定；
本实施例中，具体投影关系列表如表1所示：
表1
本发明所述的一种智能变焦DLP3D打印装置，解决了通过调节光机13距离成型面的距离，实现一台机器进行多幅面、多精度打印模式的技术问题，本发明可以任意调节光机13焦距，能够满足多种打印需求，实现了一机多用的技术方案，不受打印件大小尺寸和精度的限制。

Claims (7)

1.一种智能变焦DLP3D打印装置，包括设置玻璃窗(14)的工作台，工作台上侧设有Z轴驱动装置(2)和料槽(8)，Z轴驱动装置(2)用于带动成型平台(5)升降，成型平台(5)底面(7)与料槽(8)槽底板(15)为上下间隔对应设置，料槽(8)与玻璃窗(14)上下对应，其特征在于：工作台下侧设有升降装置(10)，升降装置(10)用于带动光机(13)升降，光机(13)相应间隔设于玻璃窗(14)下方；
打印时包括如下步骤：
步骤1：通过升降装置(10)使光机位置归零，Z轴驱动装置(2)驱动成型平台(5)到达一层打印位置；
在执行步骤1时，投射用于打印的画面时，光机位置根据预设投影关系列表查表获得，所述投影关系列表根据投影影像尺寸、影像精度、影像宽度、影像高度、影像对角尺寸、投影距离和影像解像度制定；
在执行步骤3时，调整光机位置即重新根据预设投影关系列表进行查表调整光机位置，若经过多次调整后仍未达到打印要求，则发出错误报警；
步骤2：向升降装置(10)输入光机位置，升降装置(10)根据光机位置移动光机(13)，光机(13)到达光机位置后停止；
步骤3：光机(13)开始工作，投射用于打印的测试画面，检查测试画面的投影尺寸是否符合打印要求：是，则执行步骤4；否，调整光机位置，执行步骤1；
步骤4：检查测试画面的投影清晰度是否满足打印要求：是，则执行步骤5；否，则调节光机(13)的前群镜片或后群镜片，以达到打印要求；
步骤5：光机(13)持续投射用于打印的固化画面，将成型平台(5)底面(7)和料槽(8)的槽底板(15)顶面之间的打印材料固化成型，从而完成第一层打印件成型；
步骤6：光机(13)停止工作，Z轴驱动装置(2)驱动成型平台(5)上升，使得第一层打印件与料槽(8)脱离，第一层打印件粘在成型平台(5)下表面，至此完成一层打印件的打印；
步骤7：根据步骤1到步骤6的方法，逐层固化打印材料，最终得到三维实体模型，完成打印流程。
2.如权利要求1所述的一种智能变焦DLP3D打印装置，其特征在于：所述Z轴驱动装置(2)为由第一电机(1)带动的第一丝母丝杠机构，升降装置(10)为由第二电机(11)带动的第二丝母丝杠机构。
3.如权利要求1所述的一种智能变焦DLP3D打印装置，其特征在于：所述光机(13)型号为nvr2。
4.如权利要求1所述的一种智能变焦DLP3D打印装置，其特征在于：在执行步骤4时，检查测试画面的投影清晰度包括检查测试画面的角落清晰度和检查测试画面的中间清晰度，若角落清晰度不满足打印要求，则调节光机(13)的后群马达从而调节光机(13)的后群镜片，以使测试画面的清晰度达到打印要求；若中间清晰度不满足打印要求，则调节光机(13)的前群马达从而调节光机(13)的前群镜片，以使测试画面的清晰度达到打印要求。
5.如权利要求1所述的一种智能变焦DLP3D打印装置，其特征在于：在执行步骤3时，光机(13)投影测试画面的具体步骤如下：
步骤S3-1：为光机(13)供给工作用电源，启动光机(13)，并通过HDMI接口向光机(13)输入HDMI信号；
步骤S3-2：光机(13)启动后，关闭UV LED光源，使其投影出的画面为测试画面；
步骤S3-4：光机(13)根据输入的HDMI信号解析出测试画面并进行投影。
6.如权利要求1所述的一种智能变焦DLP3D打印装置，其特征在于：在执行步骤5时，光机(13)投影固化画面的具体步骤如下：
步骤S5-1：光机(13)开启UV LED光源，使其投影出的画面为固化画面；
步骤S5-2：打印材料固化成型后，光机(13)关闭UV LED光源，并判断是否有下一层打印用画面：是，则执行步骤S5-3；否，则执行步骤S5-4；
步骤S5-3：光机(13)通过HDMI接口获取下一层画面的HDMI信号，执行步骤S5-1；
步骤S5-6：光机(13)关闭UV LED光源，关闭光机(13)的供给电源，结束打印。
7.如权利要求1所述的一种智能变焦DLP3D打印装置，其特征在于：所述一层打印位置即为成型平台(5)底面距离料槽(8)的槽底板(15)顶面为一层打印厚度的位置。
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基于数字光处理技术的3D打印机系统设计;沈韬等;轻工机械(第02期);67-70 *

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