CN117642273A - 用于创建平行构建平面的枢转构建平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种3D打印机，其包括：具有至少部分地透明的底部(1.2)的料桶，用于接纳用于生产固体部件的液态光敏树脂；构建平台(2.1)，用于将部件逐层地从料桶拉出；投影仪，用于将层几何结构投影到透明的底部(1.2)上；输送装置，用于使构建平台(2.1)在料桶中至少向下或向上运动；以及接纳装置(2)，用于将构建平台(2.1)可拆卸地连接至输送装置。接纳装置(2)包括用于可枢转地保持构建平台(2.1)的枢转设备(2.2)，并且适于在通过输送装置下降时将构建平台(2.1)的下侧平行地抵接到料桶的透明的底部(1.2)上，其中，3D打印机没有设置任何用于完全阻止被可枢转地保持的构建平台(2.1)进行枢转运动的装置。

Description

用于创建平行构建平面的枢转构建平台
根据PCT的规定，在先申请EP21184987.2的全部内容在此通过引用并入本国际申请。
技术领域
本发明涉及3D打印机，更尤其涉及3D打印机的部件载体或构建平台。
背景技术
在使用DLP工艺的3D打印中，利用光(通常是紫外光)将光敏树脂逐层固化。在所谓的自下而上的工艺中，投影仪位于树脂浴下方(参见图1)。树脂浴位于具有透明的底部(典型为箔)的料桶中，层几何结构投影在该透明的底部上。当一层固化后，使构建平台向上运动，以形成用于待固化的下一层的间隙，其中，将固化层从料桶的底部剥离。在打印作业开始时，第一层必须以确保尽管存在剥离力仍能牢固地附着于构建平台的方式附接至构建平台。由于固化深度受工艺限制，透明的底部上的投影平面和构建平台的下侧必须具有高的平行度。如果这两个平面不足够平行，则无法确保打印作业完全附着于构建平台，并且无法执行打印作业。
例如，可以通过在每个3D打印作业之前调节构建平台来实现平行。在每个打印作业之前不进行干预的情况下，平行尤其是取决于构建平台和料桶底部的公差。构建平台和料桶通常用于多台相同类型的3D打印机。这意味着当更换为不同的打印机时，必须在打印作业之前再次将两者对齐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印机，其中无需调节即能建立投影平面与构建平台平面之间的平行。这消除了对与平行有关的部件小公差的需要或对每个打印作业之前单独调节构建平台的过程的需要。
本发明的另一个目的在于提供一种3D打印机，其中在第一层之后能够通过工艺控制生成平行平面。
这些目的通过根据权利要求1所述的3D打印机和根据权利要求6所述的控制方法来实现。从属权利要求的主题涉及进一步开发和优选实施例。
根据本发明的3D打印机包括：具有至少部分地透明的底部的料桶，用于接纳用于生产固体部件的液态光敏树脂；构建平台，用于将部件逐层地从料桶拉出；投影仪，用于将层几何结构投影到透明的底部上；输送装置，用于使构建平台在料桶中向下或向上运动；以及接纳装置，用于将构建平台可拆卸地连接至输送装置。根据本发明的接纳装置具有用于可枢转地保持构建平台的枢转设备，并且适于在通过输送装置下降时将构建平台的下侧平行地抵靠在料桶的透明的底部上。根据本发明，与现有技术不同，3D打印机(1)没有设置任何用于完全阻止被可枢转地保持的构建平台进行枢转运动的装置。因此，在整个3D打印过程期间，即在使用状态下，构建平台可以自由枢转地被保持。
本发明的关键特征在于，通过可活动(尤其是枢转)地安装构建平台以及在第一层之后通过工艺控制创建平行平面。
根据本发明的控制3D打印机的方法，使构建平台下降，优选地以力控制的方式，直到其平行地位于投影平面上；然后使构建平台向上运动，并设置为升高一层的厚度；这时，优选地在一个或多个预限定区域上进行投影，该一个或多个预限定区域可以等于或小于整个最大可投影区域；如果构建平台下方的间隙不平行，则树脂仅在其位于间隙中的位置进行硬化；在重复剥离、向上运动、重新设置为再升高一层的厚度以及在一个或多个预限定区域进行投影之后，在构建平台下方形成一个或多个楔形件，该一个或多个楔形件的下侧与投影平面平行。该一个或多个楔形件的位置可以由部件的第一层限定。在完成一个或多个楔形件之后，首先通过投影部件及其支撑结构的层几何结构，在该一个或多个楔形件上逐层地形成部件及其支撑结构。
本发明的另一关键特征在于，凭借用于在构建平台下方创建下侧与投影平面平行的一个或多个楔形件的工艺控制，变得可以省去任何用于在3D打印过程期间完全阻止/固定/阻挡被可枢转地保持的构建平台进行枢转运动的阻止装置。由此，用户可以免于执行阻止调节。从而能够节省这种阻止装置的成本。此外，能够制造相对轻质的枢转设备，这提高了3D打印机的可操作性和可用性。
本发明的有利效果在于，能够省去构建平台与投影平面的平行上的小公差或每个打印作业之前的单独调节过程。
在一优选实施例中，3D打印机优选地包括用于以力控制方式使构建平台下降和上升的测力设备。
在一优选实施例中，枢转设备具有用于保持构建平台的旋转接头。优选地，旋转接头为球形接头。可替代地，可以使用本领域技术人员已知的允许枢转运动的其他铰接接头。除了明确的铰接接头之外，还可以使用弹性体元件或弹簧类元件来柔性地保持构建平台。
在一优选实施例中，构建平台优选地被弹性支撑在接纳装置内。
在一优选实施例中，接纳装置被设置为独立的单独单元，该单元被单独地提供给客户，用于改装现有的3D打印机。通过消除阻止装置，能够减少枢转设备的重量、零件数量和尺寸，从而能够节省成本，并且能够进一步提高可操作性和用户友好性。接纳装置具有能够可拆卸地连接至输送装置的连接设备，优选地为接纳臂。该连接可以是形状配合连接和/或力配合连接，例如插入式连接、螺纹连接等等。
在一优选实施例中，投影仪也是可调节的，使得焦面在高度上可调节，并且在料桶的透明的底部的水平纵向方向和水平横向方向上可旋转地调节，以允许调节到料桶的透明的底部上的投影平面上。
附图说明
在下面的描述中，将参考附图借助实施例更详细地阐述本发明，其中，
图1示出了根据现有技术的理想3D打印机的局部示意图；
图2示出了图1的3D打印机在打印作业开始时的局部示意图；
图3示出了根据现有技术的非理想3D打印机的局部示意图，其中投影平面和构建平台平面不具有足够的平行；
图4示出了根据本发明的一个实施例的3D打印机的局部示意图；
图5示出了图4的3D打印机在打印作业开始时的局部示意图，其中通过下降，构建平台的底部已与投影平面对齐；
图6示出了图4的3D打印机在第一层曝光或固化期间的局部示意图，使得固化出一个或多个楔形件；
图7示出了图4的3D打印机在曝光或固化期间的局部示意图，其中一个或多个楔形件已经生长，直到已经实现当前构建平面与投影平面的平行。
附图中所示的附图标记表示下面列出的元件，这些元件在以下对示例性实施例的描述中提及。
1 3D打印机
1.1 料桶
1.2 透明的底部
1.3 光敏树脂
1.4 投影仪
1.5 输送装置
1.6 箔
1.7 层
1.8 楔形件
2 接纳装置
2.1 构建平台
2.2 枢转设备
2.21接纳臂
2.22旋转接头
2.221弹簧
2.222销
2.223孔
具体实施方式
作为比较例，图1示出了根据现有技术的理想3D打印机的局部示意图。在使用DLP工艺的3D打印中，利用光(通常是紫外光)将光敏树脂(1.3)逐层固化。在所谓的自下而上的工艺中，投影仪(1.4)位于料桶(1.1)或树脂浴下方。树脂浴位于料桶(1.1)中，该料桶具有透明的底部(1.2)，优选为箔(1.6)，层几何结构被投影到该透明的底部上。当一层(1.7)已经固化后，通过输送装置(1.5)使构建平台(2.1)向上运动，以形成用于待固化的下一层的间隙。在打印作业开始时，第一层(1.7)必须附着于构建平台(2.1)(参见图2)。由于固化深度受工艺限制，投影平面和构建平台平面必须具有高的平行度。如果这两个平面不平行，则无法确保打印作业完全附着于构建平台(2.1)，并且无法执行打印作业(参见图3)。
图4示出了根据本发明的一个实施例的3D打印机的局部示意图。根据本发明的3D打印机包括：具有至少部分地透明的底部(1.2)的料桶(1.1)，用于接纳用于生产固体部件的液态光敏树脂(1.3)；构建平台(2.1)，用于将部件逐层地从料桶拉出；投影仪(1.4)，用于将层几何结构投影到透明的底部(1.2)上；输送装置(1.5)，用于使构建平台(2.1)在料桶(1.1)中向下或向上运动；以及接纳装置(2)，用于将构建平台(2.1)可拆卸地连接至输送装置(1.5)。与图1中的比较例不同，根据本发明的接纳装置(2)具有用于可枢转地保持构建平台(2.1)的枢转设备(2.2)，并且适于在通过输送装置(1.5)下降时将构建平台(2.1)的下侧平行地抵靠在料桶(1.1)的透明的底部(1.2)上。3D打印机具有用于控制整个操作的以计算机实现的控制单元(未示出)。3D打印机(1)没有设置任何用于完全阻止被可枢转地保持的构建平台(2.1)进行枢转运动的装置。因此，在整个3D打印过程期间，即在使用状态下，构建平台(2.1)可以自由枢转地被保持。
在一优选实施例中，3D打印机(1)具有用于以力控制方式使构建平台(2.1)下降和上升的测力设备(未示出)。
根据本发明，接纳装置(2)是独立单元，其可以与3D打印机(1)分开地提供给客户，以便进行改装。接纳装置(2)包括构建平台(2.1)和用于可枢转地保持构建平台(2.1)的枢转设备(2.2)。接纳装置(2)适合与3D打印机(1)一起使用，并且适合用于将构建平台(2.1)可拆卸地连接至3D打印机(1)的输送装置(1.5)。
在接纳装置(2)的另一优选实施例中，枢转设备(2.2)包括用于保持构建平台(2.1)的旋转接头(2.22)和与旋转接头(2.22)相连接的接纳臂(2.21)。在另一优选实施例中，旋转接头(2.22)为万向球形接头(未示出)。在另一优选替代实施例中，构建平台(2.1)由接纳臂(2.21)上的孔(2.223)中的销(2.222)支撑，其中，孔(2.223)允许为枢转运动提供足够的间隙。
在进一步的优选实施例中，构建平台(2.1)优选地被弹性支撑在接纳装置(2)上。优选地，在接纳臂(2.21)与构建平台(2.1)之间布置有一个或多个弹簧(2.221)。该多个悬挂弹簧(2.221)优选地相对于枢转设备(2.2)偏离轴线地放置。
在下面的描述中，对根据一个实施例的3D打印机(1)的操作进行更详细的阐述。
在所示的实施例中(参见图4)，构建平台(2.1)可活动地(尤其是可枢转地)连接至接纳臂(2.21)。该构建平台通过弹簧(2.221)(或也通过重力)被带入限定的位置。当下降时，构建平台(2.1)的下侧与投影平面对齐(参见图5)。当对第一层(1.7)进行曝光或固化时，如果构建平台(2.1)的表面与投影平面先前不平行，则构建平台(2.1)的一侧或一个拐角将首先升起。这会固化出一个或多个楔形件(1.8)(参见图6)。该一个或多个楔形件(1.8)一直生长到实现当前构建平面与投影平面的平行(参见图7)。在开始几层期间，这时优选地在一个或多个预限定区域上进行投影，该一个或多个预限定区域可以等于或小于整个最大可投影区域。从此时起，可以在构建表面上建立结合(bond)。
本发明还提供了一种控制以计算机实现的3D打印机(1)的方法，该方法可以由控制单元借助对应的计算机可读代码来执行。根据该控制方法，(优选地以力控制方式)使构建平台(2.1)下降，直到其平行地位于投影平面上；然后使构建平台(2.1)向上运动，并设置为升高一层的厚度；这时优选地在一个或多个预限定区域上进行投影，该一个或多个预限定区域可以等于或小于整个最大可投影区域；在构建平台(2.1)下方的间隙不平行的情况下，树脂(1.3)仅在其位于间隙中的位置进行硬化；在多次重复剥离、重新设置为再升高一层的厚度以及投影之后，在构建平台(2.1)下方形成一个或多个楔形件(1.8)，该一个或多个楔形件的下侧代表与投影平面平行的平面。在整个3D打印过程期间，即在使用状态下，构建平台(2.1)可以自由枢转地被保持，以允许形成楔形件(1.8)，直到形成与投影平面平行的平面。在部件及其支撑结构的主要3D打印过程开始之前的多次重复的次数可以设置为根据经验预限定的次数。可替代地，可以使用测力设备中的力传感器或者一个或多个光学传感器来观察枢转运动的进程。输送装置(1.5)可以使构建平台(2.1)在料桶(1.1)内竖直地以及水平地运动。
在一优选实施例中，该一个或多个预限定区域中的一个或多个楔形件的截面与生成步骤(即，主要3D打印过程)中待打印的第一层的几何结构准确匹配。待打印的所述第一层属于待打印的部件及其支撑结构。该一个或多个楔形件(1.8)的位置由部件的第一层限定。然而，可替代地，一个或多个楔形件也可以在尺寸上大于生成步骤中待打印的第一层的几何结构。

Claims (7)

1.一种3D打印机(1)，包括：
具有至少部分地透明的底部(1.2)的料桶(1.1)，用于接纳用于生成固体部件的液态光敏树脂(1.3)；
构建平台(2.1)，用于将所述部件逐层地从所述料桶(1.1)拉出；
投影仪(1.4)，用于将层几何结构投影到所述透明的底部(1.2)上；
输送装置(1.5)，用于使所述构建平台(2.1)在所述料桶(1.1)中至少向下和向上运动；以及
接纳装置(2)，用于将所述构建平台(2.1)可拆卸地连接至所述输送装置(1.5)；
其特征在于，
所述接纳装置(2)具有用于可枢转地保持所述构建平台(2.1)的枢转设备(2.2)，并且被布置成在通过所述输送装置(1.5)下降期间将所述构建平台(2.1)的下侧平行地抵靠在所述料桶(1.1)的所述透明的底部(1.2)上，其中，所述3D打印机(1)没有设置任何用于完全阻止被可枢转地保持的所述构建平台(2.1)进行枢转运动的装置。
2.根据权利要求1所述的3D打印机(1)，其特征在于，所述3D打印机包括用于以力控制方式使所述构建平台(2.1)下降和上升的测力设备。
3.一种接纳装置(2)，包括与根据权利要求1所述的3D打印机一起使用的构建平台(2.1)，所述接纳装置用于将所述构建平台(2.1)可拆卸地连接至所述3D打印机(1)的输送装置(1.5)，其特征在于，所述接纳装置(2)还包括用于可枢转地保持所述构建平台(2.1)的枢转设备(2.2)，并且被布置成在通过所述输送装置(1.5)下降时将所述构建平台(2.1)的下侧平行地抵靠在所述料桶(1.1)的所述透明的底部(1.2)上，其中，所述接纳装置(2)没有设置任何用于完全阻止被可枢转地保持的所述构建平台(2.1)进行枢转运动的装置。
4.根据权利要求3所述的接纳装置(2)，其特征在于，所述枢转设备(2.2)包括用于保持所述构建平台(2.1)的旋转接头(2.22)以及与所述旋转接头(2.22)相连接的接纳臂(2.21)。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的接纳装置(2)，其特征在于，所述构建平台(2.1)通过相对于枢转设备(2.2)轴线偏离地放置的多个悬挂弹簧(2.221)而被弹性支撑在所述接纳装置(2)上。
6.一种控制3D打印机(1)的方法，其特征在于，所述方法包括：
优选地以力控制的方式，使被可枢转地保持的构建平台(2.1)下降，直到所述构建平台(2.1)的下侧平行地抵靠在料桶(1.1)的透明的底部(1.2)上；
然后使所述构建平台(2.1)向上运动并设置为升高一层的厚度；
这时，在一个或多个预限定区域上进行投影，使得如果所述构建平台下方存在非平行间隙，则树脂(1.3)仅在其位于所述间隙中的位置进行固化；
在重复剥离、向上运动、重新设置为再升高一层的厚度以及在所述一个或多个预限定区域上进行投影之后，在所述构建平台(2.1)下方形成一个或多个楔形件(1.8)，所述一个或多个楔形件的下侧代表与所述料桶(1.1)的所述透明的底部(1.2)平行的平面；和
在完成所述一个或多个楔形件(1.8)之后，首先通过逐层地投影部件及其支撑结构的层几何结构，在所述一个或多个楔形件(1.8)上生成所述部件及其支撑结构，
其中，在3D打印过程期间，被可枢转地保持的所述构建平台(2.1)的枢转运动没有被任何装置完全阻止，使得所述构建平台能够自由地枢转。
7.根据权利要求6所述的控制3D打印机(1)的方法，其特征在于，所述一个或多个楔形件(1.8)的位置由所述部件的第一层限定。
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