CN206484892U - 一种光固化3d打印机层厚精度调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种3D打印机，尤其是一种光固化3D打印机层厚精度调节装置，成型平台位于液槽内，且与Z向升降装置连接，液槽和Z向升降装置均固定在底板上，底板安装在X向移动装置上，Y向移动装置分别与X向移动装置和基座连接；储液罐通过进液管和出液管与液槽连接，光源位于液槽上方。该打印机累积N层后用泵抽出一部分液体，使液面始终保持同一高度，有效减小光固化3D打印因为液面上升引起的尺寸误差，从而提升成型精度及质量，结构简单、控制方便可靠、成本低。可以根据逐步浸入光敏树脂的成型平台的竖直臂的横截面积与液槽内的横截面积比值的不同，采用不同的解决方案，以确保成型液面厚度。

Description

一种光固化3D打印机层厚精度调节装置

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印机，尤其是一种光固化3D打印机层厚精度调节装置。

背景技术

光固化3D打印的成型原理是液槽中注入液态光敏树脂，通过分层软件对3D模型进行分层切片，激光束按切片数据，在光敏树脂表面进行逐点扫描，扩散成一个面后，树脂固化形成一个薄层或者是一次曝光固化一整个层面。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，进行下一层的制作，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此反复成型出完整产品。

目前的光固化3D打印机光源布置有两种：1、光源在树脂槽的上方，向下照射成型；2、光源在树脂槽的下方，向上照射成型。光源在树脂槽的下方时，在光源与光敏树脂之间需要布置一层透明的薄层如透明的隔离膜，但该膜的平整度以及透光率等都会对打印精度有影响，所以，光源布置在树脂槽的上方是精密打印时比较优选的方案。而光源布置在树脂槽的上方，向下照射成型时，随着打印的逐步进行，成型平台逐步下降，成型平台与Z轴连接件逐步浸入液槽，会使液面升高，影响原本设定好的下降层厚尺寸精度，从而影响最终成型精度。如果该Z轴连接件体积足够小，对于下降层厚尺寸精度影响很小，可以忽略不计，但这样的Z轴连接件会使整个成型平台稳定性降低；如果该Z轴连接件体积大一些，则液面高度升高后也会对成型质量、Z轴方向打印精度产生不好的影响。所以，只要是光源在树脂槽的上面的光固化3D打印，无论Z轴连接件体积如何，都会影响成型件精度。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种有效减小因为液面上升引起的尺寸误差，成型精度高的一种光固化3D打印机层厚精度调节装置，具体技术方案为：

一种光固化3D打印机层厚精度调节装置，包括液槽、成型平台、光源、液面检测传感器、储液罐和控制系统；所述成型平台位于液槽内，且与Z向升降装置连接，所述的Z向升降装置为垂直方向的升降装置；所述液槽和Z向升降装置均固定在底板上，Z向升降装置位于液槽的一侧，所述底板安装在X向移动 装置上，所述X向移动装置安装在Y向移动装置上，所述Y向移动装置固定在基座上；所述的X向移动装置和Y向移动装置均为水平方向的移动装置，X向移动装置和Y向移动装置的移动方向相互垂直；所述成型平台包括水平平台、竖直臂、横臂和连接臂；所述水平平台与液槽中的光敏树脂的液面平行，水平平台与竖直臂连接，竖直臂与横臂连接，横臂与连接臂连接，连接臂与Z向升降装置连接；所述液面检测传感器安装在液槽的一侧；所述储液罐通过进液管和出液管与液槽连接，所述进液管和出液管上均装有泵；所述光源位于液槽上方；所述X向移动装置、Y向移动装置、Z向升降装置、光源、泵和液面检测传感器均与控制系统连接。

光源固定在光源支架上，光源支架固定在基座上。机壳活动安装在基座上。

与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种光固化3D打印机层厚精度调节装置，累积N层后用泵抽出一部分液体，使液面始终保持同一高度，有效减小光固化3D打印因为液面上升引起的尺寸误差，从而提升成型精度及质量，结构简单、控制方便可靠、成本低。逐步浸入光敏树脂的成型平台的竖直臂的横截面积与液槽内的横截面积比值越大，成型平台越稳定，但是对成型精度的影响越大。因此可以根据面积比值的不同，采用不同的解决方案，以确保成型液面厚度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种光固化3D打印机层厚精度调节装置，包括液槽12、成型平台、光源5、液面检测传感器14、储液罐3和控制系统；所述成型平台位于液槽12内，且Z向升降装置8连接，所述的Z向升降装置8为垂直方向的升降装置；所述液槽12和Z向升降装置8均固定在底板9上，Z向升降装置8位于液槽12的一侧，所述底板9安装在X向移动装置10上，所述X向移动装置10安装在Y向移动装置11上，所述的X向移动装置10和Y向移动装置11均为水平方向的移动装置，X向移动装置10和Y向移动装置11的移动方向相互垂直；所述Y向移动装置11固定在基座1上；所述成型平台包括依次连接的水平平台 71、竖直臂72、横臂73和连接臂74，所述水平平台71与液槽12中的光敏树脂13的液面平行，水平平台71与竖直臂72连接，竖直臂72与横臂73连接，横臂73与连接臂74连接，连接臂74与Z向升降装置8连接；所述液面检测传感器14安装在液槽12的一侧；所述储液罐3通过进液管15和出液管16与液槽12连接，所述进液管15和出液管16上均装有泵；所述光源5位于液槽12上方；所述X向移动装置10、Y向移动装置11、Z向升降装置8、光源5、泵和液面检测传感器14均与控制系统连接。

光源5固定在光源支架4上，光源支架4固定在基座1上。机壳2活动安装在基座1上。

制品6位于成型平台的水平平台71上进行成型。

液面检测传感器14检测光敏树脂13的液位，当光敏树脂13液面达到设定值时，启动泵，将液槽12中多余的光敏树脂13抽到储液灌3中，保持光敏树脂13的液面在固定的位置，从而保证打印精度。也可以在控制系统中设定打印N层后，启动泵抽取光敏树脂一次，液面检测传感器14检测到设定位置时停止抽液。

具体应用过程：

设逐步浸入光敏树脂的成型平台的竖直臂的横截面积为S；液槽内的横截面积为S_槽，S/S_槽比值越大成型平台越稳定，但是对成型精度的影响越大。

为解决上述缺陷，根据S/S_槽比值的不同，采用不同的解决方案，以确保成型液面厚度。具体的解决方案有两种，分别为：

方案1：S/S_槽比值很小时，采用泵抽出液体，始终使液面保持在一个绝对不变的高度；

方案2：S/S_槽比值稍大时，Z向升降装置采用精密滚珠丝杆，微调成型平台每层下降的高度，使成型平台与液面之间的高度保持不变。

方案1具体方法：

液面高度调节系统包括液槽、成型平台、液面检测传感器、泵、储液罐、进液管和出液管；

液槽用来盛放光敏树脂，成型平台部分浸入光敏树脂中，液面检测传感器用来检测液面高度，泵和储液罐用来注入或者抽出液槽内的光敏树脂，进液管和出 液管使液槽与储液罐相连，光源来自于液面上部，成型平台可以在Z轴方向移动。

液面对焦调整好后，液面高度h_液；成型平台对焦调整后下降一个成型厚度h_厚(该厚度即切片时设定的层厚)；打印一段时间后，打印出部分制品，此时成型平台下降到一定的高度，下降高度为h_台；逐步浸入光敏树脂的成型平台的竖直臂的横截面积为S；液槽内横截面积为S_槽；假设在成型平台下降h_台过程中，液面因为部分成型平台浸入而导致液面升高h_变；

打印过程中需要泵抽出液体体积V＝S*h_台；①

设置打印N层后抽液一次，由体积关系得：

S_槽*h_变＝h_台*S；②

假设精度为层厚大于h_厚的10％开始执行抽液，则

h_变＝(S_槽*h_厚*10％)/S；③

则由式③可以得出下降层数N的值，

N＝h_变/h_厚＝(S_槽*10％)/S；④

需对N值进行取整；

由此可以得出打印N层厚抽液一次，每次抽出体积为V_抽＝S_槽*h_厚*10％，可以保证Z轴方向各层误差在10％范围内。

该方案误差存在于对N值的取整，误差小于1/N*100％。

当S/S_槽很小时，采用方案1进行调整，方案1为多个层厚累积出一定误差进行调整，该方案对应的情况是Z轴每一步精度达不到每层厚度误差值。方案1通过泵抽取多余的光敏树脂从而保证恒定高度的液面，结构简单、控制方便可靠、成本较低。

方案2具体方法：

液面对焦调整好后，液面高度h_液；成型平台对焦调整后下降一个成型厚度h_厚(该厚度即切片时设定的层厚)；打印一段时间后，打印出部分制品，此时成型平台下降一定的高度，下降高度为h_台；逐步浸入光敏树脂的成型平台的竖直臂横截面积为S；液槽内横截面积为S_槽；假设在成型平台下降h_台过程中，液面因为部分成型平台浸入而导致液面升高h_变；

假设平台下降一个层厚h_厚，由式②得出液面升高h_变，h_变＝(S_槽*h_厚)/S，⑤

则实际应下降h_实，液面厚度可保持h_厚，h_实＝h_厚－h_变＝h_厚—(S_槽*h_厚)/S，⑥

由式⑥知h_实为一不变常量，即相当于每一个层厚Z轴方向进行了调整；

若S/S_槽足够大时，比如为0.1，Z轴每一步可以走出这个精度，采用这种方案。

Claims (3)

1.一种光固化3D打印机层厚精度调节装置，其特征在于，包括液槽（12）、成型平台、光源（5）、液面检测传感器（14）、储液罐（3）和控制系统；所述成型平台位于液槽（12）内，且与Z向升降装置（8）连接，所述液槽（12）和Z向升降装置（8）均固定在底板（9）上，所述的Z向升降装置（8）为垂直方向的升降装置；Z向升降装置（8）位于液槽（12）的一侧，所述底板（9）安装在X向移动装置（10）上，所述X向移动装置（10）安装在Y向移动装置（11）上，所述Y向移动装置（11）固定在基座（1）上；所述的X向移动装置（10）和Y向移动装置（11）均为水平方向的移动装置，X向移动装置（10）和Y向移动装置（11）的移动方向相互垂直；所述成型平台包括水平平台（71）、竖直臂（72）、横臂（73）和连接臂（74），所述水平平台（71）与液槽（12）中的光敏树脂（13）的液面平行，水平平台（71）与竖直臂（72）连接，竖直臂（72）与横臂（73）连接，横臂（73）与连接臂（74）连接，连接臂（74）与Z向升降装置（8）连接；所述液面检测传感器（14）安装在液槽（12）的一侧；所述储液罐（3）通过进液管（15）和出液管（16）与液槽（12）连接，所述进液管（15）和出液管（16）上均装有泵；所述光源（5）位于液槽（12）上方；所述X向移动装置（10）、Y向移动装置（11）、Z向升降装置（8）、光源（5）、泵和液面检测传感器（14）均与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印机层厚精度调节装置，其特征在于，所述的光源（5）固定在光源支架（4）上，光源支架（4）固定在基座（1）上。

3.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印机层厚精度调节装置，其特征在于，还包括机壳（2），所述的机壳（2）活动安装在基座（1）上。