CN207128271U - 一种基于fdm打印技术的光固化3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及3D打印领域，公开了一种基于FDM打印技术的光固化3D打印机，将FDM打印机与SLA打印机相结合，FDM的喷嘴改为激光头，激光照射光敏树脂盛放箱里由基板控制的0.01毫米光敏树脂液面，激光对固话材料照射形成但层厚度的固化体，然后基板向下运动0.01毫米，光敏树脂液面距离首次固化体0.01毫米，激光再次进行照射，形成第二层固化体，通过层层堆叠最终形成需要打印的三维模型，基于FDM打印技术的光固化3D打印机结合了两种打印方式的优点，去除了一些不必要的零件、模块，相对于FDM打印技术提高了打印精度，相比SLA打印技术，节省了成本，达到了SLA打印效果。

Description

一种基于FDM打印技术的光固化3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印机，具体的说是一种基于FDM打印技术的光固化打印机。

背景技术

FDM（Fused Deposition Modeling）工艺熔融沉积制造工艺由美国学者ScottCrump于1988年研制成功，FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料，材料在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。FDM打印有其固有的缺点：成型件的表面有较明显的条纹，较粗糙，不适合高精度精细小零件的应用，沿成型轴垂直方向的强度比较弱，需要设计与制作支撑结构，需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长，支撑去除相对麻烦。

SLA即立体光固化成型法，用特定的波长与强度的激光聚焦导管固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个曾片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体，其工艺过程是，首先通过CAD设计出三维实体模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动，激光光束通过数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到也太光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化后，当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面，然后升降台下降一定距离，固化层上釜盖另一层也太树脂，在进行第二层扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，这样一层层叠加而成的三维工件圆形，将原型从树脂中取出后，进行最终固化，再经过打光、电镀、喷涂或者着色处理即得到要求的产品，SLA也有其缺点：显示屏分辨率要求高，硬件要求高，制造成本高，不利于普及等缺点。

申请号 201520283834.8 授权公告号CN 204585863 U，公开了一种基于FDM 技术的三维打印机，包括喷头、工作台面板、水平滑动座、竖直滑动座、水平纵向驱动机构、水平横向驱动机构、竖直驱动机构、底座及支架；所述水平滑动座可沿所述底座的前后方向水平滑动的设于底座上，所述水平纵向驱动机构驱使水平滑动座滑动；所述工作台面板可沿所述底座的左右方向水平滑动的设于水平滑动座上，所述水平横向驱动机构驱使工作台面板滑动；所述支架固定在所述底座后侧，所述竖直滑动座可沿竖直方向滑动的设于所述支架并位于所述工作台面板的上方，所述竖直驱动机构驱使竖直滑动座滑动；喷头安装在所述竖直滑动座上。该三维打印机采用FDM原有打印方式，喷嘴将融化的材料基础，延零件结构层层堆注，仅改变了FDM打印机喷嘴的传动结构，并没有从实质上解决FDM打印机存在的打印成型件表面粗糙，轴向垂直方向强度弱，不适于打印高精度零件等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于FDM打印技术的光固化3D打印机，主要用于解决现有FDM打印精度差、SLA打印成本高的问题。

具体的讲，本实用新型一种基于FDM打印技术的光固化3D打印机，将FDM打印机与SLA打印机相结合，FDM的喷嘴改为激光头，激光照射光敏树脂盛放箱里由基板控制的0.01毫米光敏树脂液面，激光对固话材料照射形成但层厚度的固化体，然后基板向下运动0.01毫米，光敏树脂液面距离首次固化体0.01毫米，激光再次进行照射，形成第二层固化体，通过层层堆叠最终形成需要打印的三维模型，基于FDM打印技术的光固化3D打印机结合了两种打印方式的优点，去除了一些不必要的零件、模块，相对于FDM打印技术提高了打印精度，相比SLA打印技术，节省了成本，达到了SLA打印效果。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于FDM打印技术的光固化打印，包括滤光外壳、铝方管，滤光外壳用于罩住打印机，隔绝外界紫外线对打印效果的影响，铝方管固定连接组成方形打印机框架，所述铝方管组成的打印机框架的任意一个外侧面的四个角分别固定有两个朝向夹角为90度的轴承座，所述固定在同一根铝方管朝向相对的两个轴承座之间固定有8毫米光轴,所述8毫米光轴上各安装有滑块，所述8毫米光轴的两端靠近轴承座设置有同步轮，两根相互平行的8毫米光轴上的同步轮之间设置有传动皮带，所述传动皮带将两个平行的8毫米光轴传动连接，所述滑块与传动皮带固定连接；

所述3D打印机还包括6毫米光轴、激光笔安装座、6毫米直线轴承、激光头，所述6毫米光轴与两根相互平行的光轴上的滑块固定连接，6毫米光轴上设置有6毫米直线轴承，所述6毫米直线轴承固定在激光笔安装座内，所述激光头22垂直于6毫米直线光轴组成的平面贯穿且固定在激光笔安装座上，所述激光头22的射出端朝向打印机；

所述3D打印机内部平行于16毫米光轴组成的平面设置有基板，与基板平行的铝方管1上固定有步进电机安装座，所述步进电机安装座上固定有基板升降步进电机，所述基板上垂直于基板设置有丝杆，所述丝杆与基板升降步进电机传动连接；

所述铝方管组成的框架内部放置有光敏树脂盛放箱，光敏树脂盛放箱朝向激光头的一侧敞开，所述光敏树脂盛放箱垂直基板的侧面上设置有阀门，所述基板、丝杆、10毫米光轴设置在光敏树脂盛放箱内部，所述铝方管组成的框架外侧安装有动力装置。

优选地，所述滤光外壳大小刚好将打印机罩住，所述滤光外壳由遮光材料组成。

优选地，所述基板上还设置有10毫米直线轴承，所述10毫米直线轴承套接有垂直基板的10毫米光轴，所述10毫米直线轴承两端分别与铝方管固定，所述基板上与丝杆连接部位固定有丝杆螺母，所述丝杆穿过丝杆螺母与基板螺纹连接。

优选地，所述动力装置包括轴步进电机A、步进电机B、电源、控制板，所述步进电机A与步进电机B分别与两个相互垂直的8毫米光轴传动连接，所述控制板分别与电源、步进电机A、步进电机B基板升降步进电机单向连接。

优选地，所述光敏树脂盛放箱与10毫米光轴固定、密封连接，所述光敏树脂盛放箱在与丝杆连接的部位一体连接有轴承，轴承内部设置有密封胶圈，所述丝杆穿过轴承与光敏树脂盛放箱密封连接。

优选地，所述步进电机A与步进电机B与8毫米光轴传动连接的形式为皮带传动或者齿轮传动或者链条传动。

优选地，所述设置在光敏材料盛放箱内的基板与光敏材料盛放箱的内壁之间有间隙，所述间隙大于1毫米。

优选地，所述轴承座内设置有8毫米的轴承，8毫米的轴承套接有8毫米光轴，所述滑块与8毫米光轴连接处设置有8毫米直线轴承，8毫米直线轴承套接8毫米光轴使滑块可以沿8毫米光轴移动。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）其激光头与两根垂直相交的光轴通过直线轴承连接，光轴带动激光头进行平面移动，光轴通过皮带与步进电机连接，该结构传动方式简单，移动稳定可靠，提高了打印精度和打印品质。

（2）在光敏树脂盛放箱内放置有基板，驱动电机与丝杆传动连接，丝杆通过固定在基板上的丝杆螺母与基板螺纹连接，通过丝杆的传动控制基板升降高度，在打印过程中使打印层精度更加准确，提高了打印效果。

（3）将FDM打印机与SLA打印机相结合，去掉FDM打印机的挤出机、热床，去掉了SLA打印机的高分辨率屏幕，采用FDM处理器，将FDM的喷嘴改为激光头,采用从下至上的光固化打印方式，该实用新型相对于FDM打印技术提高了打印精度，相比于SLA打印技术，节省了成本，达到了SLA打印效果。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型传动结构图；

图3为本实用新型局部传动结构图；

图4为本实用新型含有外壳的结构示意图；

其中1-铝方管，2-轴承座，3-8毫米光轴，4-6毫米光轴，5-滑块，6-同步轮，7-传动皮带，8-激光笔安装座，9-6毫米直线轴承，10-8毫米直线轴承，11-基板升降步进电机，12-步进电机A，13-步进电机B，14-光敏树脂盛放箱，15-10毫米光轴，16-丝杆，17-基板，18-电源，19-阀门，20-控制板，21-步进电机安装座，22-激光头，23-丝杆螺母，24-10毫米直线轴承，25-滤光外壳。

具体实施方式

下面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1、附图2、附图3、图4所示，一种基于FDM打印技术的光固化3D打印机，包括滤光外壳25、铝方管1，铝方管1固定连接组成方形打印机框架，所述铝方管1组成的打印机框架的任意一个外侧面的四个角分别固定有两个朝向夹角为90度的轴承座2，所述固定在同一根铝方管朝向相对的两个轴承座2之间固定有8毫米光轴3,所述8毫米光轴3上各安装有滑块5，所述8毫米光轴3的两端靠近轴承座2设置有同步轮6，两根相互平行的8毫米光轴3上的同步轮6之间设置有传动皮带7，所述传动皮带7将两个平行的8毫米光轴3传动连接，所述滑块5与传动皮带7固定连接；

所述3D打印机还包括6毫米光轴4、激光笔安装座8、6毫米直线轴承9、激光头22，所述6毫米光轴4与两根相互平行的光轴上的滑块5固定连接，6毫米光轴4上设置有6毫米直线轴承9，所述6毫米直线轴承9固定安装在激光笔安装座8内，所述激光头22垂直于6毫米直线光轴4组成的平面贯穿且固定在激光笔安装座8上，所述激光头22的射出端朝向打印机；

所述3D打印机内部平行于16毫米光轴4组成的平面设置有基板17，与基板17平行的铝方管1上安装有步进电机安装座21，所述步进电机安装座21上固定有基板升降步进电机11，所述基板17上垂直于基板17设置有丝杆16，所述丝杆16与基板升降步进电机11传动连接；

所述铝方管1组成的框架内部放置有光敏树脂盛放箱14，光敏树脂盛放箱14朝向激光头的一侧敞开，所述光敏树脂盛放箱14垂直基板17的侧面上设置有阀门19，述基板17、丝杆16、10毫米光轴15设置在光敏树脂盛放箱14内部，所述铝方管1组成的框架外侧安装有动力装置，所述滤光外壳25将3D打印机罩住。

工作原理：

所述铝方管1组成立方体打印机框架，所述铝方管1组成的打印机框架的任意一个外侧面的四个角分别错位固定有两个朝向夹角为90度的轴承座2，所述八个轴承座2上分别设置有轴承，朝向相对的两个轴承座2上的轴承之间套接有8毫米光轴3，8毫米光轴3的两端设置有同步轮6，两根平行的8毫米光轴3上的同步轮6之间设置传动皮带7，传动皮带7将两根平行的8毫米光轴3传动连接，在框架外侧设置有步进电机A12、步进电机B13，所述步进电机A12、步进电机B13分别与两根相互垂直的8毫米光轴3传动连接，传动连接方式可以是齿轮传动或者皮带传动，所述传动皮带7上一体连接有滑块5，所述滑块5内部设置有8毫米直线轴承10，所述8毫米直线轴承10与8毫米直线光轴套接，传动皮带7可以带动滑块5在8毫米光轴3上往复移动；两根平行的传动皮带7上的滑块5固定有6毫米光轴4，两根6毫米光轴4的中心处设置有激光笔安装座8，激光笔安装座8内部设置有十字结构的6毫米直线轴承9，所述6毫米直线轴承9套接6毫米光轴4，激光笔安装座8可以在两根6毫米光轴4上进行平面移动，激光笔安装座8上设置有激光头22，上述结构实现了激光头22平面内的自由移动，可以全方位无死角照射；打印机内部设置有光敏树脂盛放箱14，光敏树脂盛放箱14内设置有垂直激光头22的基板17，基板17上设置有丝杆16，所述丝杆16用于精确控制基板17升降距离，打印机框架外侧设置有基板17升降步进电机11，基板17升降步进电机11与丝杆16传动连接，可以控制丝杆16的转速，靠近基板17升降步进电机11设置有电源18、控制板20，控制板20用于控制步进电机A12、步进电机B13、基板17升降步进电机11的之间的协调转动，光敏树脂盛放箱14里面放置有光敏树脂，基板17位于光敏树脂液面0.01毫米深处，激光头22沿设定好的路径平面移动，对光固化材料照射形成单层厚度为0.01毫米的固化体，基板17升降步进电机11带动丝杆16传动，丝杆16控制基板17向下运动0.01毫米，这时液面与首层固化体的距离为0.01毫米，再次移动激光头22，沿已设定路线进行照射，形成第二层固化体，如此反复采用层层堆叠的打印方式，最终形成需要打印的三维模型。

实施例2：

为了使打印效果更好，打印模型更加精确，根据实施例1所述的一种基于FDM打印技术的光固化3D打印机的原理和结构，结合附图1、附图2、附图3、图4所示，打印机外侧还设置有滤光外壳25，打印机工作时滤光外壳25罩住打印机，隔绝外界紫外线，是光敏固化材料不受外界光源影响，从而影响打印质量，在基板17上还设有10毫米直线轴承24，所述10毫米直线轴承24套接有10毫米光轴15，10毫米光轴15两端固定在铝方管1上，10毫米光轴15使基板17固定更加牢靠，基板17在移动过程中更加平稳，保证基板17始终与激光头22垂直，光敏固化材料照射均匀，形成的三维模型表面光滑。

实施例3：

为了使光敏树脂盛放箱14稳固的固定在打印机内部，并且不影响丝杆16的转动，根据实施例1所述的一种基于FDM打印技术的光固化3D打印机的原理和结构，结合附图1、附图2、附图3、图4所示，在基板17与丝杆16连接部位还设置有与基板一体连接的丝杆螺母23，丝杆螺母22提高了基板17与丝杆16之间的传动精度，光敏树脂盛放箱14在与丝杆16连接的部位一体连接有轴承，轴承内部设置有密封胶圈，丝杆16穿过轴承与光敏树脂盛放箱14密封连接，丝杆16可以自由转动，使基板17在光敏树脂盛放箱14中达到最大移动距离，不会造成液态光敏树脂从箱内的缝隙中流出，基板17与光敏材料盛放箱的内壁之间存在缝隙，在保证打印的物体最大范围和基板17移动过程中不影响树脂流动，缝隙大于1毫米。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于FDM打印技术的光固化3D打印机，其特征在于，包括滤光外壳（25）、铝方管（1），铝方管（1）固定连接组成方形打印机框架，所述铝方管（1）组成的打印机框架的任意一个外侧面的四个角分别固定有两个朝向夹角为90度的轴承座（2），所述固定在同一根铝方管朝向相对的两个轴承座（2）之间固定有8毫米光轴（3）,所述8毫米光轴（3）上各安装有滑块（5），所述8毫米光轴（3）的两端靠近轴承座（2）设置有同步轮（6），两根相互平行的8毫米光轴（3）上的同步轮（6）之间设置有传动皮带（7），所述传动皮带（7）将两个平行的8毫米光轴（3）传动连接，所述滑块（5）与传动皮带（7）固定连接；

所述3D打印机还包括6毫米光轴（4）、激光笔安装座（8）、6毫米直线轴承（9）、激光头（22），所述6毫米光轴（4）与两根相互平行的光轴上的滑块（5）固定连接，6毫米光轴（4）上设置有6毫米直线轴承（9），所述6毫米直线轴承（9）固定安装在激光笔安装座（8）内，所述激光头（22）垂直于6毫米直线光轴（4）组成的平面贯穿且固定在激光笔安装座（8）上，所述激光头（22）的射出端朝向打印机；

所述3D打印机内部平行于16毫米光轴（4）组成的平面设置有基板（17），与基板（17）平行的铝方管（1）上安装有步进电机安装座（21），所述步进电机安装座（21）上固定有基板升降步进电机（11），所述基板（17）上垂直于基板（17）设置有丝杆（16），所述丝杆（16）与基板升降步进电机（11）传动连接；

所述铝方管（1）组成的框架内部放置有光敏树脂盛放箱（14），光敏树脂盛放箱（14）朝向激光头的一侧敞开，所述光敏树脂盛放箱（14）垂直基板（17）的侧面上设置有阀门（19），述基板（17）、丝杆（16）、10毫米光轴（15）设置在光敏树脂盛放箱（14）内部，所述铝方管（1）组成的框架外侧安装有动力装置，所述滤光外壳（25）将3D打印机罩住。

2.根据权利要求1所述的基于FDM打印技术的光固化3D打印机，其特征在于，所述滤光外壳（25）仅可以将打印机罩住，所述滤光外壳（25）由遮光材料组成。

3.根据权利要求1所述的基于FDM打印技术的光固化3D打印机，其特征在于，所述基板（17）上还设置有10毫米直线轴承（24），所述10毫米直线轴承（24）套接与基板（17）垂直的10毫米光轴 （15），所述10毫米直线轴承（24）两端分别与铝方管（1）固定，所述基板（17）上与丝杆（16）连接部位固定有丝杆螺母（23），所述丝杆（16）穿过丝杆螺母（23）与基板（17）螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的基于FDM打印技术的光固化3D打印机，其特征在于，所述动力装置包括轴步进电机A（12）、步进电机B(13)、电源（18）、控制板（20），所述步进电机A（12）与步进电机B（13）分别与两个相互垂直的8毫米光轴（3）传动连接，所述控制板（20）分别与电源（18）、步进电机A（12）、步进电机B（13）基板升降步进电机（11）单向连接。

5.根据权利要求1所述的基于FDM打印技术的光固化3D打印机，其特征在于，所述光敏树脂盛放箱（14）与10毫米光轴（15）密封连接，所述光敏树脂盛放箱（14）在与丝杆（16）连接的部位一体连接有轴承，轴承内部设置有密封胶圈，所述丝杆（16）穿过轴承与光敏树脂盛放箱（14）密封连接。

6.根据权利要求4所述的基于FDM打印技术的光固化3D打印机，其特征在于，所述步进电机A（12）与步进电机B（13）与8毫米光轴（3）传动连接的形式为皮带传动或者齿轮传动或者链条传动。

7.根据权利要求1所述的基于FDM打印技术的光固化3D打印机，其特征在于，所述设置在光敏材料盛放箱（14）内的基板（17）与光敏材料盛放箱（14）的内壁之间有间隙，所述间隙大于1毫米。

8.根据权利要求1所述的基于FDM打印技术的光固化3D打印机，其特征在于，所述轴承座（2）内设置有8毫米的轴承，8毫米的轴承套接有8毫米光轴（3），所述滑块（5）与8毫米光轴（3）连接处设置有8毫米直线轴承（10），8毫米直线轴承（10）套接8毫米光轴（3）使滑块（5）可以沿8毫米光轴（3）移动。