CN214324182U - 一种sla3d打印机的光斑调节机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种SLA3D打印机的光斑调节机构，涉及3D打印机技术领域，包括U型架和扫描控制系统，所述U型架的右侧面固定连接有减速箱体，所述U型架左端的顶部固定安装有静止镜片组，所述U型架左端的内侧面固定镶嵌有第一轴承，所述U型架的内部设有滑块，所述滑块的内部开设有三个通孔和一个螺纹孔。本实用新型能够得知动镜片组及其传动机构因惯性产生的传动延迟和伺服电机及其传动机构的响应延迟，再利用单片机控制模块计算出延迟补偿数据，储存在系统电路板中的延迟补偿数据库内，用以后期对伺服电机驱动器的驱动信号进行补偿，以提高伺服电机对动镜片组的控制精度，进而能够提高对激光光斑的调节精度。

Description

一种SLA3D打印机的光斑调节机构

技术领域

本实用新型涉及3D打印机技术领域，具体是一种SLA3D打印机的光斑调节机构。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层层的粘合材料来制造三维的物体，也有的是利用光固化成型技术来制造三维物体。现阶段三维打印机被用来制造产品，通过逐层打印的方式来构造物体，将数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序，把产品一层层制造出来。

沉降式SLA3D打印是利用激光扫描树脂槽内的光敏树脂液面，使表层的光敏树脂固化，实现逐层打印，而为了追求3D物体的打印精度和表层质量，需要较小的激光光斑进行扫描，而激光光斑越小，就意味着单层扫描路径就越长，扫描时间也就越长，那么就难以提高打印速率，如果利用较大的激光光斑进行扫描，又难以保证3D物体的打印精度和打印质量，所以就需要在扫描时控制扫描激光光斑的直径，使激光在扫描细节时用小光斑、扫描实体时用大光斑，才能同时保证打印质量和打印速率；为达到控制扫描激光光斑的直径的目的，一般是在激光器和扫描振镜机构之间设置一个静止镜片组和一个动镜片组，通过动力装置使动镜片组来回运动而改变动镜片组和静止镜片组之间的距离值，以调节激光直径和光斑的大小，其动力装置中大都利用伺服电机和丝杆带动动镜片组来回运动，在扫描的过程中，动镜片组往复运动且速度极快，又因为动镜片组和其传动机构具有一定的质量，由于惯性会产生响应延迟，难以实现对动镜片组的高精度控制，又因为伺服电机及其传动机构具有一定的响应延迟，从而进一步制约了对动镜片组的控制精度，进而限制了对激光光斑的调节精度；为了实现对动镜片组的高精度控制，而提高对激光光斑的调节精度，我们提供了一种SLA3D打印机的光斑调节机构。

实用新型内容

一)解决的技术问题

本实用新型的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种SLA3D打印机的光斑调节机构。

二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种SLA3D打印机的光斑调节机构，包括U型架和扫描控制系统，所述U型架的右侧面固定连接有减速箱体，所述U型架左端的顶部固定安装有静止镜片组，所述U型架左端的内侧面固定镶嵌有第一轴承，所述U型架的内部设有滑块，所述滑块的内部开设有三个通孔和一个螺纹孔，所述滑块的顶端固定安装有动镜片组，所述螺纹孔的内部螺纹连接有丝杆，所述丝杆的左端延伸至第一轴承的内圈并与第一轴承的内圈固定连接，所述U型架的右侧面开设有穿光孔，且穿光孔位于减速箱体的上方，每个所述通孔的内部均滑动套接有滑竿，且每个滑竿均与丝杆相平行，两个所述滑竿的左端均固定连接于U型架左端的内侧壁，两个所述滑竿的右端均固定连接于U型架右端的内侧壁，所述U型架的右侧面固定镶嵌有第二轴承；

所述减速箱体的左侧面固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴贯穿减速箱体的右侧面延伸至减速箱体的内部并固定套接有主动齿轮，所述减速箱体的右侧面固定镶嵌有第三轴承，所述减速箱体的右侧面固定安装有变速箱，且变速箱输出端的转速大于输入端的转速，所述丝杆的右端依次贯穿第二轴承的内圈和减速箱体的左侧面并贯穿第三轴承的内圈与变速箱的输入端传动连接，所述减速箱体的内部设有与主动齿轮相啮合的从动齿轮，且从动齿轮固定套接于丝杆的外表面，所述变速箱的输出端固定套接有圆盘，所述圆盘靠近减速箱体的一侧面固定连接有呈等距离环形分布的反光片，所述减速箱体的右侧面固定连接有光电传感器，且光电传感器的位置与反光片的位置相对应；

所述扫描控制系统包括与打印机扫描系统G电信号连接的系统电路板，所述系统电路板内设置有延迟补偿数据库，所述系统电路板电连接有伺服电机驱动器，所述伺服电机驱动器与伺服电机电连接，所述系统电路板电连接有单片机控制模块，所述单片机控制模块电连接有控制面板，所述单片机控制模块与光电传感器电连接。

进一步的，所述主动齿轮与从动齿轮的转速比为1:6。

进一步的，所述变速箱输入端和输出端的转速比为1:3，所述反光片的数量为3的倍数。

进一步的，所述伺服电机选用闭环式伺服电机。

进一步的，所述单片机控制模块还电连接有单片机烧录器串口。

三)有益效果：

与现有技术相比，该一种SLA3D打印机的光斑调节机构具备如下有益效果：本实用新型通过减速箱体以及其内部的主动齿轮和从动齿轮可减小转速、增大扭矩，使丝杆和伺服电机具有一定倍数的转速差，以提高伺服电机对丝杆的控制精度；同时，通过变速箱、圆盘、反光片、光电传感器、单片机控制模块以及系统电路板内部设置的延迟补偿数据库的配合设计，当丝杆转动时，同时利用变速箱使圆盘以较高的转速一并转动，圆盘转动时，其靠近减速箱体的一侧面安装的反光片可使光电传感器的电平信号发生一定频率波动，波动的电平信号反馈至单片机控制模块，并根据单片机控制模块内预设的程序，可计算出丝杆的更加精确的转动信息，再利用单片机控制模块内预设的程序并参考主动齿轮和从动齿轮的转速比、变速箱输入端和输出端的转速比、以及反光片的数量，然后结合单片机控制模块向伺服电机驱动器发出的控制参数并参考系统时间，可得知动镜片组及其传动机构因惯性产生的传动延迟和伺服电机及其传动机构的响应延迟，再利用单片机控制模块内的运算程序计算出延迟补偿数据，储存在系统电路板中的延迟补偿数据库内，用以后期对伺服电机驱动器的驱动信号进行补偿，以提高伺服电机对动镜片组的控制精度，进而能够提高对激光光斑的调节精度。

附图说明

图1为本实用新型光斑调节机构的立体结构示意图；

图2为本实用新型减速箱体正视图的剖视图；

图3为本实用新型圆盘的立体结构示意图；

图4为本实用新型描控制系统的电路系统图。

图中：1、U型架；2、减速箱体；3、静止镜片组；4、第一轴承；5、滑块；51、通孔；52、螺纹孔；53、动镜片组；6、丝杆；7、穿光孔；8、滑竿； 9、第二轴承；10、伺服电机；11、主动齿轮；12、从动齿轮；13、第三轴承； 14、变速箱；15、圆盘；16、反光片；17、光电传感器；18、系统电路板； 19、伺服电机驱动器；20、单片机控制模块；21、控制面板；22、单片机烧录器串口；201、延迟补偿数据库。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，本实用新型提供一种技术方案：一种SLA3D打印机的光斑调节机构，包括U型架1和扫描控制系统，U型架1的右侧面固定连接有减速箱体2，U型架1左端的顶部固定安装有静止镜片组3，U型架1左端的内侧面固定镶嵌有第一轴承4，U型架1的内部设有滑块5，滑块5的内部开设有三个通孔51和一个螺纹孔52，滑块5的顶端固定安装有动镜片组53，螺纹孔52的内部螺纹连接有丝杆6，丝杆6的左端延伸至第一轴承4的内圈并与第一轴承4的内圈固定连接，U型架1的右侧面开设有穿光孔7，且穿光孔 7位于减速箱体2的上方，每个通孔51的内部均滑动套接有滑竿8，且每个滑竿8均与丝杆6相平行，两个滑竿8的左端均固定连接于U型架1左端的内侧壁，两个滑竿8的右端均固定连接于U型架1右端的内侧壁，U型架1的右侧面固定镶嵌有第二轴承9；

减速箱体2的左侧面固定安装有伺服电机10，伺服电机10的输出轴贯穿减速箱体2的右侧面延伸至减速箱体2的内部并固定套接有主动齿轮11，减速箱体2的右侧面固定镶嵌有第三轴承13，减速箱体2的右侧面固定安装有变速箱14，且变速箱14输出端的转速大于输入端的转速，丝杆6的右端依次贯穿第二轴承9的内圈和减速箱体2的左侧面并贯穿第三轴承13的内圈与变速箱14的输入端传动连接，减速箱体2的内部设有与主动齿轮11相啮合的从动齿轮12，且从动齿轮12固定套接于丝杆6的外表面，变速箱14的输出端固定套接有圆盘15，圆盘15的质量需要尽量小，圆盘15可选用中密度泡沫塑料制成，以减小系统惯性，圆盘15靠近减速箱体2的一侧面固定连接有呈等距离环形分布的反光片16，减速箱体2的右侧面固定连接有光电传感器 17，且光电传感器17的位置与反光片16的位置相对应；

扫描控制系统包括与打印机扫描系统G电信号连接的系统电路板18，系统电路板18内设置有延迟补偿数据库201，延迟补偿数据库201是一种储存单元，用以储存补偿数据，可结合现有的集成电路技术实施，系统电路板18 电连接有伺服电机驱动器19，伺服电机驱动器19与伺服电机10电连接，系统电路板18电连接有单片机控制模块20，单片机控制模块20中的单片机芯片选用51单片机系列中的型号为STC8952的单片机芯片，单片机控制模块20 电连接有控制面板21，单片机控制模块20与光电传感器17电连接。

进一步的，主动齿轮11与从动齿轮12的转速比为1:6。该方案可便于系统计算。

进一步的，变速箱14输入端和输出端的转速比为1:3，反光片16的数量为3的倍数。该方案可便于系统计算。

进一步的，伺服电机10选用闭环式伺服电机。该方案可进一步提高控制精度。

进一步的，单片机控制模块20还电连接有单片机烧录器串口22。单片机烧录器串口22用于连接外部的单片机烧录器，可便于对单片机控制模块20 的运行程序进行烧录，以提高该系统的适用性和兼容性。

工作原理：打印机扫描系统G可根据待打印物件的三维信息预设好激光扫描路径和扫描过程中的激光的光斑直径信息，其中的激光扫描路径利用扫描震镜机构进行实施该现有技术，此处不做详述；在打印过程中，激光光斑的直径信息由打印机扫描系统G反馈至系统电路板18，系统电路板18结合单片机控制模块20内的控制程序以驱动伺服电机驱动器19去控制伺服电机10 的工作状态，当伺服电机10正转或反转时，可带动丝杆6一并正转或反转，从而能够使滑块5和动镜片组53左右运动，进而改变动镜片组53和静止镜片组3之间的距离值，使激光束的直径值发生变化，其中，利用减速箱体2 内的主动齿轮11和从动齿轮12以减小转速、增大扭矩，使丝杆6和伺服电机10具有一定倍数的转速差，以提高伺服电机10对丝杆6的控制精度；当丝杆6转动时，同时利用变速箱14使圆盘15以较高的转速一并转动，圆盘 15转动时，其靠近减速箱体2的一侧面安装的反光片16可使光电传感器17 的电平信号发生一定频率波动，波动的电平信号反馈至单片机控制模块20，并根据单片机控制模块20内预设的程序，可计算出丝杆6的更加精确的转动信息，再利用单片机控制模块20内预设的运算程序并参考主动齿轮11和从动齿轮12的转速比、变速箱14输入端和输出端的转速比、以及反光片16的数量，然后结合单片机控制模块20向伺服电机驱动器19发出的控制参数并参考系统时间，通过程序算法，可得知动镜片组53及其传动机构因惯性产生的传动延迟和伺服电机10及其传动机构的响应延迟，再利用单片机控制模块 20内的运算程序计算出延迟补偿数据，储存在系统电路板18中的延迟补偿数据库201内，用以后期对伺服电机驱动器19的驱动信号进行补偿，以提高伺服电机10对动镜片组53的控制精度，进而能够提高对激光光斑的调节精度，此外，需要提及的是，延迟补偿数据库201内的延迟补偿数据只需在该系统调试期储存一次，储存好之后，光电传感器17处于停用状态，后期对伺服电机驱动器19的驱动信号进行补偿时的补偿数据是根据系统数据进行匹配，再从延迟补偿数据库201中调取。

需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“固设”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，“安装”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是机械连接，也可以是电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种SLA3D打印机的光斑调节机构，包括U型架(1)和扫描控制系统，其特征在于：所述U型架(1)的右侧面固定连接有减速箱体(2)，所述U型架(1)左端的顶部固定安装有静止镜片组(3)，所述U型架(1)左端的内侧面固定镶嵌有第一轴承(4)，所述U型架(1)的内部设有滑块(5)，所述滑块(5)的内部开设有三个通孔(51)和一个螺纹孔(52)，所述滑块(5)的顶端固定安装有动镜片组(53)，所述螺纹孔(52)的内部螺纹连接有丝杆(6)，所述丝杆(6)的左端延伸至第一轴承(4)的内圈并与第一轴承(4)的内圈固定连接，所述U型架(1)的右侧面开设有穿光孔(7)，且穿光孔(7)位于减速箱体(2)的上方，每个所述通孔(51)的内部均滑动套接有滑竿(8)，且每个滑竿(8)均与丝杆(6)相平行，两个所述滑竿(8)的左端均固定连接于U型架(1)左端的内侧壁，两个所述滑竿(8)的右端均固定连接于U型架(1)右端的内侧壁，所述U型架(1)的右侧面固定镶嵌有第二轴承(9)；

所述减速箱体(2)的左侧面固定安装有伺服电机(10)，所述伺服电机(10)的输出轴贯穿减速箱体(2)的右侧面延伸至减速箱体(2)的内部并固定套接有主动齿轮(11)，所述减速箱体(2)的右侧面固定镶嵌有第三轴承(13)，所述减速箱体(2)的右侧面固定安装有变速箱(14)，且变速箱(14)输出端的转速大于输入端的转速，所述丝杆(6)的右端依次贯穿第二轴承(9)的内圈和减速箱体(2)的左侧面并贯穿第三轴承(13)的内圈与变速箱(14)的输入端传动连接，所述减速箱体(2)的内部设有与主动齿轮(11)相啮合的从动齿轮(12)，且从动齿轮(12)固定套接于丝杆(6)的外表面，所述变速箱(14)的输出端固定套接有圆盘(15)，所述圆盘(15)靠近减速箱体(2)的一侧面固定连接有呈等距离环形分布的反光片(16)，所述减速箱体(2)的右侧面固定连接有光电传感器(17)，且光电传感器(17)的位置与反光片(16)的位置相对应；

所述扫描控制系统包括与打印机扫描系统G电信号连接的系统电路板(18)，所述系统电路板(18)内设置有延迟补偿数据库(201)，所述系统电路板(18)电连接有伺服电机驱动器(19)，所述伺服电机驱动器(19)与伺服电机(10)电连接，所述系统电路板(18)电连接有单片机控制模块(20)，所述单片机控制模块(20)电连接有控制面板(21)，所述单片机控制模块(20)与光电传感器(17)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种SLA3D打印机的光斑调节机构，其特征在于：所述主动齿轮(11)与从动齿轮(12)的转速比为1:6。

3.根据权利要求1所述的一种SLA3D打印机的光斑调节机构，其特征在于：所述变速箱(14)输入端和输出端的转速比为1:3，所述反光片(16)的数量为3的倍数。

4.根据权利要求1所述的一种SLA3D打印机的光斑调节机构，其特征在于：所述伺服电机(10)选用闭环式伺服电机。

5.根据权利要求1所述的一种SLA3D打印机的光斑调节机构，其特征在于：所述单片机控制模块(20)还电连接有单片机烧录器串口(22)。

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