CN214324202U - 3d打印设备及其液位调节系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种3D打印设备及其液位调节系统。其中，所述液位调节系统包括：升降机构，设置在容器底部，用于带动所述容器进行升降移动；驱动机构，与所述升降机构相连，用于在接收到一控制指令时驱动所述升降机构，以调整所述容器内所盛放的待成型材料的液位位置；其中，所述升降机构将来自所述驱动机构的不同于升降方向的传动力转换为升降方向的传动力。本申请通过使所述升降机构将来自所述驱动机构的不同于升降方向的传动力转换为升降方向的传动力的方式，不仅有效减小了顶面曝光的3D打印设备的占地空间，还使顶面曝光的3D打印设备的结构更紧凑。

Description

3D打印设备及其液位调节系统

技术领域

本申请涉及基于光固化的实体打印3D技术领域，尤其涉及一种3D打印设备及其液位调节系统。

背景技术

光固化3D实体打印技术是快速成型技术的一种，常以液态光敏树脂、光敏聚合物等材料为固化材料，将打印模型划分为多个横截层，然后通过逐层打印的方式构件实体。光固化 3D打印设备成型精度高，在定制商品、医疗治具、假体等方面具有广泛应用。

其中，顶面曝光的3D打印设备的幅面在至少600mm*600mm范围，有些幅面甚至可以达到1.8m*2m以上。为此，顶面曝光的3D打印设备通常为落地式设备。这使得这类3D打印设备的占地空间大或小被忽略。

实用新型内容

鉴于以上所述相关技术的缺点，本申请的目的在于提供一种3D打印设备及其液位调节系统，用于解决顶面曝光的3D打印设备中成型室的整体尺寸过大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请第一方面提供一种液位调节系统，用于使3D打印设备的容器内所盛放的待成型材料达到打印基准面，其中所述液位调节系统包括：升降机构，设置在容器底部，用于带动所述容器进行升降移动；驱动机构，与所述升降机构相连，用于在接收到一控制指令时驱动所述升降机构，以调整所述容器内所盛放的待成型材料的液位位置；其中，所述升降机构将来自所述驱动机构的不同于升降方向的传动力转换为升降方向的传动力。

在第一方面的实施例中，所述升降机构包括：导向部件，提供有导向行程区间，用于在所述驱动机构的驱动下沿不同于升降方向的方向往复运动；活动部件，一侧固定在所述容器底部、另一侧与所述导向部件相对运动，用于在所述导向部件的带动下，在所述导向行程区间内升降方向移动。

在第一方面的实施例中，所述导向部件包含楔形体结构，其中，所述楔形体结构的倾斜表面形成所述导向行程区间；或者所述导向部件包括带有导向行程空间的槽结构，其中，所述槽结构的槽体形状提供所述导向行程区间。

在第一方面的实施例中，所述活动部件包括滚动件，以在所述导向部件的带动下，在所述导向行程区间内滚动。

在第一方面的实施例中，所述液位调节系统还包括：限位机构，用于限制所述活动部件的移动区间。

在第一方面的实施例中，所述驱动机构包括：驱动电机，用于在所述控制指令的控制下提供驱动力；传动部件，用于在所述驱动电机作用下向升降机构作用与升降方向不同的传动力。

在第一方面的实施例中，所述传动部件包括：导轨，供铺设于所述容器底部下方；

移动件，活动设置在所述导轨上；其中，所述驱动电机驱动所述移动件或导轨，以使所述移动件沿与升降方向不同运动。

在第一方面的实施例中，所述导轨为丝杆，且受所述驱动电机驱动；所述移动件包括与所述丝杆配合的螺纹。

在第一方面的实施例中，所述升降机构的数量为多个，各升降机构均匀地装配在容器底部。

在第一方面的实施例中，所述驱动机构与每一升降机构通过连接杆连接。

在第一方面的实施例中，所述升降机构带动容器升降的行程最大值在10-20mm之间。

本申请在第二方面提供一种3D打印设备，包括：容器，盛放待成型材料，其中，所盛放的待成型材料达到打印基准面；构件平台，设置在所述容器内，用于在所述打印基准面处逐层累积图案横截层，以制造3D构件；Z轴驱动机构，连接所述构件平台，用于移动所述构件平台；能量辐射系统，用于向所述打印基准面辐射图案化能量，以在所述打印基准面处形成相应的图案横截层；液位传感器，用于测量所述容器内待成型材料的液位位置并输出液位位置信息；如第一方面中任一所述的液位调节系统；控制系统，分别连接所述Z轴驱动机构、能量辐射系统、液位传感器和液位调节系统，用于基于所接收的3D模型文件控制所述Z轴驱动机构和能量辐射系统进行逐层打印，以得到所述3D构件；其中，在逐层打印期间，所述控制系统还根据所述液位位置信息向所述液位调节系统输出控制指令，以使所述容器内的待成型材料达到打印基准面。

在第二方面的实施例中，所述3D打印设备还包括：刮刀系统，用于在所述构件平台向容器底部移动一横截层层高时，沿所述打印基准面执行液体抚平操作。

综上所述，本申请提供的一种3D打印设备及其液位调节系统，具有以下有益效果：液位调节系统通过使所述升降机构将来自所述驱动机构的不同于升降方向的传动力转换为升降方向的传动力的方式，不仅有效减小了顶面曝光的3D打印设备的占地空间，还使顶面曝光的 3D打印设备的结构更紧凑。

附图说明

本申请所涉及的实用新型的具体特征如所附权利要求书所显示。通过参考下文中详细描述的示例性实施方式和附图能够更好地理解本申请所涉及实用新型的特点和优势。对附图简要说明书如下：

图1显示为本申请的活动部件的一种实施例的结构示意图。

图2显示为本申请的导向部件的一种实施例的结构示意图。

图3显示为本申请的导向部件的另一种实施例的结构示意图。

图4显示为本申请的导向部件的再一种实施例的结构示意图。

图5显示为本申请的限位机构与导向部件之间的位置关系的一种实施例的结构示意图。

图6显示为本申请的驱动机构的一种实施例的结构示意图。

图7显示为本申请的液位调节系统的一种实施例的结构示意图。

图8显示为本申请的配置有所述液位调节系统的3D打印设备的一种实施例的结构示意图。

图9显示为本申请的3D打印方法的一种实施例的流程图。

图10显示为本申请的3D打印方法的另一种实施例的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分是实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

顶面曝光的3D打印设备至少包括：用于盛放待成型材料的容器、构件平台、Z轴驱动机构、能量辐射系统、液位检测和调节系统、以及控制系统。其中，利用整机框架结构容器被固定在能量辐射系统的下方，构件平台位于容器内并通过连接杆与Z轴驱动机构相连；在所述控制系统的控制下，Z轴驱动机构带动构件平台逐层下移；在构件平台每下移一层高的情况下，能量辐射系统向容器内的一打印基准面选择性地辐射能量以得到一图案固化层；通过逐层累积的固化方式，3D打印设备在容器内制造出3D构件。在逐层打印期间，受待固化材料的液-固态转换的密度影响，尚未固化的待成型材料不能稳定地维持在打印基准面处，因此，液位检测和调节系统在逐层累积期间用来检测并调节容器内的待固化材料的液位位置。

在一些示例中，所述液位检测和调节系统包含液位块调节装置，其配置在容器体侧，利用浮力原理调整容器内的液位块的位置来调节容器内的待固化材料。这使得顶面曝光的3D打印设备的整体占地面积与液位块调节装置和3D打印设备的幅面相关。

事实上，影响顶面曝光的3D打印设备的整体尺寸的因素不止是液位检测和调节系统，还包括为适配各硬件系统的整机框架结构。比如，整机框架结构包含用于稳定固定容器的支撑结构等。

为了在不牺牲幅面的基础上，减小顶面曝光的3D打印设备的整体尺寸，特别是为了既减小整体的占地面积又不明显增加容器底面与地面之间空间高度，综合考虑顶面曝光的3D打印设备的整机结构，本申请提供一种液位调节系统，以替换所述液位块调节装置。

所述液位调节系统用于使3D打印设备的容器内所盛放的待成型材料达到打印基准面。在此，根据顶面曝光的3D打印设备中能量辐射系统与容器内待成型材料之间的位置关系，所述打印基准面可对应于待成型材料的液体表面或潜入待成型材料中。例如，所述打印基准面位于待成型材料的液面以下的预设深度处。所述打印基准面实际上为一打印幅面空间，其是依据能量辐射系统所出射的能量能够选择性固化待成型材料以满足打印精度而设置定的。能量辐射系统将能量辐射到所述打印基准面时，根据所辐射的范围来固化对应的待成型材料。在满足打印精度的情况下，所述打印基准面具有一定的浮动空间。在容器内的待成型材料的液位位置即将或已经超出浮动空间时，所述液位调节系统通过调整容器的升降位置来使待成型材料的液位位置恢复或超过打印基准面。

以能量辐射系统位于容器上方，且与打印基准面具有一定的物理距离以作为能量辐射时所需的能量辐射路径为例，待成型材料的液体表面位于打印基准面，在打印过程中，受能量辐射系统的选择性辐射，容器中的一部分待成型材料被固化。受实际固化后材料的体积变化，剩余的待成型材料会升高/降低，所述液位调节系统调节容器的位置，以便待成型材料的液体表面维持在打印基准面处。换言之，待成型材料的液体表面维持在所述浮动空间范围内。

以能量辐射系统位于容器上方，容器内吊装有底部透明的容纳结构，所述容纳结构浸入待成型材料，能量辐射系统透过所述容纳结构照射到所述打印基准面为例，浸入待成型材料内的容纳结构下表面位于打印基准面。在打印过程中，受能量辐射系统的选择性辐射，打印基准面的一部分待成型材料被固化。受实际固化后材料的体积变化，剩余的待成型材料的液位会升高/降低，所述液位调节系统调节容器的位置，以便待成型材料的液位维高于打印基准面。换言之，待成型材料的液体表面不低于所述浮动空间范围的最低边界值。

上述各示例表示，在打印过程中，所述液位调节系统通过控制容器的位置来保证待成型材料达到打印基准面的需要。

为此，本申请所提供的液位调节系统包含与3D打印设备的控制系统数据连接的接口装置，以及还包括升降机构和驱动机构。

其中，所述接口装置用于接收所述控制系统的控制指令。其中，所述控制指令通常是3D 打印设备中的控制系统提供的，例如，所述控制系统通过检测液位传感器所提供的液位数据而生成相应的控制指令。所述控制系统通过控制液位调节系统来实现液位调节的示例将在后续详述。

其中，所述升降机构设置在容器底部，用于带动所述容器进行升降移动。在此，所述升降机构利用其中各部件之间可活动的位置关系和/或可活动的连接关系将所接收到的与升降方向不同的传动力转换为升降方向的传动力。其中，与升降方向不同的传动力举例为水平方向的传动力，和/或与升降方向偏转角度方向的传动力等；升降方向举例为竖直方向，或与Z 轴移动机构的移动方向同向或反向。例如，升降机构收到水平方向的推/拉的力，并通过将力沿升降方向进行分解的方式，将其转换成升降方向的力。又如，升降机构收到水平的切线方向的力，并利用旋转动作将其转换成升降方向的力。上述各示例中水平方向的力也可以是与升降方向偏转一锐角角度方向的力。所述传动力为驱动机构在其产生的驱动力的作用下作用到升降机构上所形成的力。

为了利用容器底部和地面之间的空间装配升降机构和驱动机构，升降机构和驱动机构以扁平方式装配在一起。其中，所述扁平方式举例包括：驱动机构与升降机构借由螺纹、或齿纹、轴承等装配结构彼此装配在一起。所述扁平方式还可以利用带有弧形或杆状的连接件来确定升降机构的初始位置。

在容器底部和地面之间的空间内设置两类行程区间，其包括：不同于升降方向的传动力在做功期间的第一行程区间，以及升降方向的传动力在做功期间的第二行程区间。其中，第一行程区间是在容器底部所覆盖的范围和容器底部与地面之间的高度范围内而设置的倾斜的平直的或者曲线的行程区间；第二行程区间为根据液位调节所需的容器升降高度而设置的，该第二行程区间在容器升降方向上的行程最大值在10-20mm之间，即[10mm,20mm]，例如，升降机构带动容器升降的行程在0-15mm之间，即[0mm,15mm]。

在一些示例中，所述升降机构包括导向部件和活动部件。其中，所述导向部件提供有导向行程区间，用于在所述驱动机构的驱动下沿不同于升降方向的方向往复运动。所述活动部件一侧固定在所述容器底部、另一侧与所述导向部件相对运动，用于在所述导向部件的带动下，在所述导向行程区间内升降方向移动。

在此，所述活动部件设置在所述导向部件中提供导向行程区间的结构上。所述活动部件以滑动或滚动方式与所述导向部件相接。以所述活动部件包括滚动件为例，滚动件包括滚动轴承、或滚轮。该活动部件受导向部件姿态、或位移的变化而在导向行程区间内移动。

在一些具体示例中，请参阅图1，其显示为活动部件的结构示意图，其中，所述活动部件 11包括滚动轴承111和装配件112。其中，所述装配件112用于与容器底部装配并与容器底部固定连接；所述滚动轴承111举例为滚针轴承和滚轮，其滚轮嵌入滚针轴承内，其中心轴与装配件固定连接。该滚动轴承用于在导向行程区间内移动。

在另一些具体示例中，所述活动部件包括装配件和设置在装配件上的突起。其中，所述装配件用于与容器底部装配并与容器底部固定连接；所述突起举例为从装配件主体上延伸出的滑动块、滑动片、滚轮等。所述突起用于在导向行程区间内滑动。

所述导向行程区间向活动部件在受力移动期间提供移动路径和移动范围。所述导航行程区间由导向部件的形状、和/或其中的结构提供。所述导向部件的形状和/或其中的结构为活动部件沿直线或曲线的倾斜移动提供相应的线或面。

在一些示例中，请参阅图2，其显示为导向部件的结构示意图。所述导向部件12包含楔形体结构，其中，所述楔形体结构的倾斜表面121形成所述导向行程区间。在此，所述导向部件12可以整体成楔形体结构，其斜面表面与活动部件相接，以供活动部件通过斜坡移动实现升降目的。

导向部件的又一变形结构举例包括受驱动机构的驱动而在水平面内转动的底座以及设置在底座上的多个具有斜面的导向结构。其中，所述底座与驱动机构相接，以在驱动机构所提供的水平方向的切向力的作用下在水平平面内往复转动，该多个导向结构中的各斜面以螺旋状分布在底座上，每一斜面对应供一个活动部件进行相对运动。导向部件在驱动机构的控制下转动，活动部件随之向斜面顶部或底部移动，由此实现容器的升降移动。

在顶面曝光的3D打印设备中，考虑到盛放了待成型材料的容器具有较大的自重，通过上述导向部件和活动部件的配合，可以达到使容器合理升降的目的，由此来调节容器内待成型材料的液位位置。

由于斜坡移动不仅为容器带来升降方向的移动，还会带来水平方向的微小移动，为了使容器沿升降方向移动，在一些具体示例中，所述导向部件还包括阻尼结构，以阻止活动部件沿水平方向移动。在另一些具体示例中，所述液体调节系统通过配置成对包含楔形体结构的升降机构，其中，每对升降机构中的楔形体结构在使容器上升或下降时反向移动，由此来抵消单一倾斜表面所形成的水平方向的作用力。

在另一些示例中，所述导向部件包括带有导向行程空间的槽结构，其中，所述槽结构的槽体形状对应所述导向行程区间。请参阅图3和图4，其分别显示为导向部件的结构示意图，其中，图3中所示的导向部件22的主体上设有倾斜的槽结构222，活动部件设置在槽结构中并可沿槽结构所提供的导向行程空间移动。导向部件在驱动机构的驱动下，沿水平方向往复移动，倾斜的槽结构。图4中所示的导向部件32的整体呈剪刀型，其与设置在容器与地面之间的支撑体轴接，导向部件包括从轴接位置向两个方向延伸的延伸部，该两个延伸部之间形成一夹角，各延伸部上设有槽结构(323,323’)，其中，驱动机构和活动部件分别通过不同的槽结构(323,323’)与导向部件相连。在驱动机构的水平方向的往复驱动下，导向部件以轴接位置为轴转动，以及活动部件受槽结构侧壁所施加的力，使容器升降移动。

基于上述各示例可见，升降机构可借由包含导向部件和活动部件的组件来进行力的方向转换。驱动机构所提供的力的时长应与活动部件从导向行程区间一侧移动至另一侧所需的时长相匹配。为防止在驱动机构的受力下导向部件或活动部件超负荷运动，如活动部件被推出导向行程区间等，所述液位调节系统还包括限位机构，用于限制所述活动部件的移动区间。

在一些示例中，所述限位机构用于限制导向部件的移动区间。其中，所述限位机构设置在导向部件移动路线的两侧，经限位机构限制后导向部件的移动路线长度对应于活动部件在导向行程区间。例如，请参阅图5，其显示为限位机构与导向部件之间的位置关系的结构示意图，导向部件12沿直线方向往复移动，则限位机构(13,13’)设置在其直线方向的两端，以及活动部件11在导向部件的倾斜表面上。

在另一些示例中，所述限位机构用于限制活动部件的移动区间。其中，所述限位机构设置在活动部件移动路线的两侧，经限位机构限制后活动部件的移动路线不会超出导向行程区间。例如，活动部件沿楔形体结构的斜面上往复移动，则限位机构设置在其斜面两端。

需要说明的是，上述限位机构的示例可以同时存在，而非彼此排斥。

所述驱动机构与所述升降机构相连，用于在接收到一控制指令时，驱动所述升降机构以调整所述容器内所盛放的待成型材料的液位位置。

在此，所述驱动机构包含有将电能转换成动能的能量转换装置，如驱动电机，以及将控制指令转换成能够被能量转换装置执行的控制信号以限制其输出动能的时长的信号转换电路。其中，在一些示例中，所述转换电路为能量转换装置和接口装置之间的数据线，换言之，控制系统所输出的控制指令为使能量转换装置中的开关电路通断的控制信号，在该控制信号的控制下，能量转换装置提供使升降机构向容器升降移动做功的动能。在另一些示例中，所述转换电路为接口装置和能量转换装置之间的信号转换电路，并根据控制指令所携带的信息向能量转换装置输出控制信号(如使能信号等)。例如，所述接口装置是基于串行数据传输协议设置的串行接口装置，所述信号转换电路解析控制指令，以确定使能量转换装置运行的相应时长，并将其转换成使能信号，在所述使能信号的控制下，所述能量转换装置将外部电源 (如市电)所提供的电能转换成动能。

为使升降机构运动，所述驱动机构包括：驱动电机和传动部件。其中，所述驱动电机用于在所述控制指令的控制下提供驱动力。所述传动部件用于在所述驱动电机作用下向升降机构作用与升降方向不同的传动力。

所述驱动电机在所述控制指令的控制下将电能转换为动能，其中，所述动能反应为驱动电机向传动部件输出旋转运动或直线运动。以所述驱动电机提供旋转运动的动能为例，传动部件包含通过与驱动电机接触而将转动运动转为直线运动的结构。以所述驱动电机提供直线运动的动能为例，传动部件包含通过与驱动电机接触而将直线运动转换为直线运动的结构。其中，通过传动部件的直线运动，升降机构接收到不同于升降方向的力。例如，通过传动部件的直线运动，升降机构接收到前述提及的水平方向往复的传动力，或者切线方向往复的传动力等。

在一些示例中，所述传动部件包括带有螺纹、或结构、或轴承的旋转盘，在驱动电机的作用下，传动部件向升降机构输出切线方向的传动力，以使升降机构通过在水平面内旋转而带动容器升降移动。

在另一些示例中，所述传动部件包括导轨和移动件。其中，所述导轨与驱动电机相连，并可以铺设在容器底部与地面之间。移动件直接或间接地设置在导轨上，并在驱动电机的作用下沿导轨滑动。在实际工业应用中，传动部件与驱动电机配合使用，如此，所述驱动电机驱动所述移动件或导轨，以使所述移动件沿与升降方向不同运动。

以驱动机构包括旋转驱动电机、导轨、和套设在导轨上且沿导轨移动的移动件为例，请参阅图6，其显示为驱动机构的结构示意图，其中，导轨142(如丝杆)的一端连接旋转驱动电机141，移动件143包括与所述丝杆配合的螺纹，移动件143与升降机构中的导向部件12 固定在一起。

以驱动机构包括导轨、设置在导轨上的直线驱动电机、和设置在直线驱动电机上且随之移动的移动件为例，导轨(如丝杆、或滑轨)长度可以受限位机构所限制的长度，直线驱动电机与丝杆连接，移动件固定在直线驱动电机上并通过螺纹与丝杆套接，移动件还与升降机构固定在一起。在直线驱动电机的驱动下，移动件沿导轨往复移动。

需要说明的是，上述提及的导轨为丝杆的方式为举例，导轨还可以带有轴承滚珠/滚针的轨道等，对应的移动件为适配相应导轨的结构。所述移动件与导向部件为一体成型结构，或者通过装配固定在一起。

考虑容器的幅面较大，为了更稳定地支持容器，所述升降机构的数量为多个，各升降机构均匀地装配在容器底部。各升降机构可单独配置驱动机构。或各升降机构部分地共用驱动机构的硬件资源，如共用导轨等，以减少单独配置所带来的空间占用大、成本高等问题。

以升降机构的数量是四个为例，请参阅图7，其显示为液位调节系统的结构示意图，其中，每个升降机构中的导向部件12包括楔形体结构，以及每个升降机构中的活动部件(未予图示)包括滚针轴承和滚轮；驱动机构包括旋转驱动电机141、丝杆142和套接在丝杆上的两个移动件143，该两个移动件143通过反向螺旋方式装配在丝杆上，在丝杆转动下，两个移动件143相对移动。为了使驱动机构和升降机构尽量“扁平化”，结合图6和图7，升降机构分为两组并配置在丝杆142两侧。每组升降机构中的楔形体结构轴对称设置。移动件上固定有连接杆15，连接杆15两端各装配分属不同组升降机构的导向部件12。在旋转驱动电机的控制下，丝杆转动使得与之螺纹连接的两个移动件相对背离/相向移动，在各移动件143的带动下，每组导向部件12相对背离/相向移动，设置在各导向部件12的倾斜表面的滚针轴承执行升降移动。由于两个移动件143通过反向螺旋方式装配在丝杆上，以及每组导向部件12 轴对称设置，使得轴对称的导向部件12在沿反向水平移动过程中，容器在水平方向的力被抵消，以及滚针轴承带动容器进行升降移动。

需要说明的是，上述升降机构的数量为举例而非限定。所述连接杆可以为直杆、或具有一定弧度以整体降低液位调节系统的初始高度。为提高连接杆两端的承重能力，在对应连接杆的两端的移动路径上还可以设置轨道。

上述提及的液位调节系统通过使所述升降机构将来自所述驱动机构的不同于升降方向的传动力转换为升降方向的传动力的方式，替代了顶面曝光的3D打印设备中的液位块调节装置，不仅有效减小了这类3D打印设备的占地空间，还使这类3D打印设备的结构更紧凑。

请参阅图8，其显示为配置有所述液位调节系统的3D打印设备的结构示意图。本申请还提供一种3D打印设备，其包括：容器4、构件平台6、Z轴驱动机构5、能量辐射系统7、液位传感器8、液位调节系统1、和控制系统(未予图示)。

其中，所述容器4盛放待成型材料，其中，所盛放的待成型材料达到打印基准面41。所述待成型材料包括任何易于光固化的液态材料，其液态材料举例包括：光固化树脂液，或掺杂了陶瓷粉末、颜色添加剂等混合材料的树脂液等。

所述构件平台6用于附着经能量辐射后得到的图案固化层，以便经由所述图案固化层积累形成3D构件61。具体地，所述构件平台6举例为构件板。所述构件平台6通常以位于容器内的预设打印基准面41为起始位置，通过逐层下移的方式累积在所述打印基准面41上固化的各图案固化层，以得到相应的3D构件61。

所述Z轴驱动机构5包括驱动单元和竖直移动单元，所述驱动单元用于驱动所述竖直移动单元，以便所述竖直移动单元带动构件平台升降移动。例如，所述驱动单元包含用于驱动构件平台升降移动的驱动电机。所述驱动单元受单独的控制指令控制。其中，该控制指令包括：用于表示构件平台上升、下降或停止的方向性指令，甚至还可以包含转速/转速加速度、或扭矩/扭力等参数。如此有利于精确控制竖直移动单元的下降的距离，以实现Z轴的精准调节。在此，所述竖直移动单元举例包括一端固定在所述构件平台上的固定杆、与固定杆的另一端固定的咬合式移动组件，其中，所述咬合式移动组件受驱动单元驱动以带动固定杆竖直移动，所述咬合式移动组件举例为由齿状结构咬合的限位移动组件，如齿条等。又如，所述竖直移动单元包括：丝杆和套接在所述丝杆上的定位移动结构，其中所述丝杆的两端旋接于驱动单元，所述定位移动结构的外延端固定连接到构件平台上，该定位移动结构可例如为滚珠丝杠。

需要说明的是，图8中所示的Z轴驱动机构仅为便于描述而设置的示意性图示，而非限制其与容器的位置关系。在一些应用中，Z轴驱动机构举例设置在顶面曝光的打印设备的背板侧。

能量辐射系统7用于向所述打印基准面41辐射图案化能量，以在所述打印基准面41处形成相应的图案横截层。其中，所述能量辐射系统7安装在3D打印设备的上方，其举例包括扫描式能量辐射系统或面曝光式能量辐射系统。

其中，扫描式能量辐射系统举例包括：激光发射器、位于所述激光发射器射出光路上的透镜组和振镜组(未予图示)，其中，所述透镜组用以改变激光光路并调整激光束的聚焦位置，所述振镜组用以将所接收的义齿模型中切片图形转换成描绘点和连接点的路径，并按照所描绘的点及路径控制所述激光束自容器开口照射到待成型材料表面，并在该表面的二维空间内扫描，经所述光束扫描的待成型材料被固化成对应的图案固化层。

所述面曝光式能量辐射系统举例包括：LCD/LED显示屏、DMD芯片、和控制器等。其中，DMD芯片(Digital Micromirror Device)为一种可视数字信息显示的技术。其中，DMD芯片在接受到图像处理模块的控制信号后将光源所发出的光线发射到投影屏幕上。在基于DLP的3D打印设备中，所述投影屏幕为容器底面。DMD芯片外观看起来只是一小片镜子，被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内，事实上，这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的，每一个微镜代表一个像素，所投影的图像就由这些像素所构成。控制器通过控制DMD芯片和LCD/LED显示屏将相应图像投影到打印基准面上。

液位传感器8用于测量所述容器内待成型材料的液位位置。液位传感器设置在打印基准面41之上，通过检测其与液位表面之间的距离来确定液位位置。液位传感器可实时传输液位位置信息，或在下一层能量辐射前/后进行测量。

所述液位调节系统1可参考前述提及的各液位调节系统示例，或基于本申请所提供的液位调节系统示例而改进的其他液位调节系统示例。

控制系统分别连接所述Z轴驱动机构5、能量辐射系统7、液位传感器8、和液位调节系统1，用于基于所接收的3D模型文件控制所述Z轴驱动机构和能量辐射系统进行逐层打印，以得到所述3D构件；其中，在逐层打印期间，所述控制系统还根据所述液位传感器所提供的液位位置信息向所述液位调节系统输出控制指令，以使所述容器内的待成型材料达到打印基准面。

在此，所述控制系统为包含处理器的电子设备。例如，所述控制系统为计算机设备、嵌入式设备、或集成有CPU的集成电路等。

各所述接口单元分别连接3D打印设备中独立封装且通过接口传输数据的硬件装置，例如，所述Z轴驱动机构、能量辐射系统、液位传感器和液位调节系统等。所述硬件装置还包括以下至少一种：提示装置、人机交互装置等。所述接口单元根据所连接的硬件装置而确定其接口类型，其包括但不限于：通用串行接口、视频接口、工控接口等。例如，所述接口单元包括：USB接口、HDMI接口和RS232接口，其中，USB接口和RS232接口均有多个， USB接口可连接人机交互装置等，RS232接口连接检测装置和Z轴驱动机构，HDMI接口连接能量辐射系统。

所述存储单元用于存储3D打印设备打印所需要的文件。所述文件包括：待制造的3D构件的模型文件，CPU运行所需的程序文件和配置文件等。其中，模型文件描述了待打印的3D 构件中各分层图像及与打印相关的属性信息等。所述存储单元包含非易失性存储器和系统总线。其中，所述非易失性存储器举例为固态硬盘或U盘等。所述系统总线用于将非易失性存储器与CPU连接在一起，其中，CPU可集成在存储单元中，或与存储单元分开封装并通过系统总线与非易失性存储器连接。

所述处理单元包含：CPU或集成有CPU的芯片、可编程逻辑器件(FPGA)、和多核处理器中的至少一种。所述处理单元还包括内存、寄存器等用于临时存储数据的存储器。所述处理单元通过接口单元依时序向各硬件装置发出控制指令。例如，所述处理单元在控制Z轴驱动机构将构件平台移动至相距预设打印基准面的一间距位置后，向能量辐射系统传递分层图像，待能量辐射系统完成选择性固化后，再重复控制Z轴驱动机构带动构件平台调整并移动至相距预设打印基准面的一新的间距位置，以及执行选择性固化。如此重复依次利用各分层图像选择性固化位于预设打印基准面以下层高范围内的待成型材料，以实现经逐层累积的3D 构件。

所述3D打印设备还包括刮刀系统(未予图示)，其设置在打印基准面处，用于在所述构件平台向容器底部移动一横截层层高时，沿所述打印基准面执行液体抚平操作。

在此，所述刮刀系统用于打印基准面位于待成型材料的液体表面的3D打印设备中。所述刮刀系统包含刮刀、和刮刀的移动机构，其中，所述刮刀包含位于打印基准面的刮片，刮片侧设有孔隙，孔隙延伸至所述刮刀主体中的真空腔，真空腔内设有真空检测传感器，真空检测传感器与抽真空驱动机构连接，抽真空驱动机构根据真空检测传感器所提供的腔内气压信息调节真空腔内的负压气压。刮刀整体连接移动机构，并在移动机构的带动下，从容器一边移动至另一边。当构件平台下沉一横截层层高后，刮刀整体在移动机构的带动下，从容器一边移动至另一边，在此过程中，真空检测传感器和抽真空驱动机构形成反馈闭环，通过实时调节真空腔内的气压，来抚平打印基准面处的待成型材料，以减少待成型材料在打印基准面上所形成的气泡、尖部对待固化区域的精度造成干扰。

在打印过程中，由于待成型材料因固化而产生体积变化，使得即便经固化的3D构件部分仍处于容器内，剩余的待成型材料仍难于维持在打印基准面。为了使能量辐射系统所辐射的能量范围与图案固化层的范围相匹配，控制系统还在逐层打印过程中接收液位传感器所提供的液位位置信息，以及根据所接收的液位位置信息控制液位调节系统升降移动。

为此，控制系统向液位调节系统所输出的控制指令包含经检测液位位置而生成的位移信息，或者对应位移信息的驱动时长等。

请参阅图9，其显示为一种3D打印方法的流程图，其描述了3D打印设备的控制系统在逐层打印过程中对液位调节系统的控制过程。

在步骤S110中，在逐层打印期间，获取3D打印设备的容器内的待成型材料的液位位置信息。

在此，控制系统实时获取液位传感器所提供的液位位置信息，或者控制系统选择逐层打印期间的至少一个检测时段来获取所述液位位置信息。其中，所述检测时段为出于更准确测量液位位置信息的目的而在打印一层图案固化层的过程期间选择的。例如，检测时段包括以下至少一个：在完成选择性固化操作后，在构件平台下降一横截层层高之后，和在刮刀执行抚平操作之后。

例如，为确保能量辐射系统将能量辐射到位于打印基准面处的待成型材料，在所述打印基准面与经积累固化的图案固化层表面之间填充有待成形材料时，所述控制系统获取所述液位位置信息。其中，所述打印基准面与经积累固化的图案固化层表面之间填充有待成形材料的时机举例为在构件平台下降一横截层层高之后，或在刮刀执行抚平操作之后。

又如，为减少液位调节频率和每次调节的幅值，所述控制系统在完成选择性固化操作后和在刮刀执行抚平操作之后均获取所述液位位置信息，以便在此期间进行液位调节是否满足打印需要。

在步骤S120中，在检测到所述液位位置信息满足预设的液位调整条件时，向所述液位调节系统的驱动机构输出控制指令，以使所述容器升/降移动至所述容器内待成型材料的液位位置达到打印基准面。其中，所述液位调节系统的驱动机构向设置在所述容器底部的升降机构提供与升降方向不同的传动力，以使所述升降机构带动所述容器沿升/降方向移动。其中，所述液位调整条件包含对应打印基准面的浮动空间，以及根据所检测到的液位位置信息与浮动空间之间的位置偏差而确定调节方式。其中，所述调节方式举例包括容器升或降的调节方向及其升降距离等。

在此，控制系统检测所获取的液位位置信息是否超出所述液位调整条件中的浮动空间，若是，则根据所超出的距离偏差向液位调节系统的驱动机构输出控制指令；若否，则继续按照时序控制其他硬件装置执行相应操作以制造出一层图案固化层。其中，所述浮动空间可以为一数值、或位置区间。所述液位位置信息超出所述液位调整条件中的浮动空间包括液位位置信息低于所述浮动空间的最小值，或液位位置信息高于所述浮动空间的最大值。例如，当控制系统检测液位位置信息高于所述浮动空间的最大值时，控制系统按照预设的浮动空间的中间值(或最大值)与所测得的液位位置信息之间的位置偏差，向液位调节系统的驱动机构输出包含调整偏移量的控制指令，其中，该调整偏移量所反映的升降距离小于等于该位置偏差。

在一些示例中，所述调整偏移量是基于位置偏差而确定的，其对应的升降距离大于等于所述位置偏差的距离值、或者反映该距离值的相关数据，如控制时长、水平移动距离、旋转角度等。

以所述调整偏移量为位置偏差为例，控制系统在刮刀抚平操作后获取液位传感器所提供的液位位置信息，并当检测该液位位置信息小于预设的液位调整条件中对应打印基准面位置的浮动空间最小值时，根据液位位置信息与浮动空间最小值之间的位置偏差，确定调整偏移量，并输出包含所述调整偏移量的控制指令。其中，所述调整偏移量对应的升降距离为所述位置偏差+冗余距离值，以确保调整后的液位位置在浮动空间的最大值和最小值之间。

在另一些示例中，为防止所检测的液位位置信息是在待成型材料波动期间测得的，所述调整偏移量对应的升降距离举例为小于位置偏差的距离值、或者反映该距离值的相关数据，如控制时长、水平移动距离、旋转角度等等；通过多次检测和调节所形成的反馈闭环，对容器的高度进行调节，以使液位位置达到打印基准面。其中，所述波动期间举例为3D打印设备被碰撞时而造成的待成型材料波动，或者在3D打印设备的构件平台下降操作而造成的波动等。

以所述调整偏移量对应的升降距离为小于位置偏差的距离值为例，控制系统在刮刀抚平操作后获取液位传感器所提供的液位位置信息D1，并当检测该液位位置信息D1小于预设的液位调整条件中对应打印基准面位置的浮动空间最小值时，根据液位位置信息D1与浮动空间最小值之间的位置偏差△d1，确定调整偏移量t1，并输出包含所述调整偏移量t1的控制指令。其中，所述调整偏移量t1对应的升降距离小于所述位置偏差△d1。在液位调节系统调整相应调整偏移量t1后，继续获取液位传感器所提供的液位位置信息D2，并继续检测该液位位置信息D2是否小于预设的液位调整条件中浮动空间最小值，若是，则根据液位位置信息 D2与浮动空间最小值之间的位置偏差△d2，确定调整偏移量t2，并输出包含所述调整偏移量 t2的控制指令。其中，所述调整偏移量t2对应的升降距离小于所述位置偏差△d2；反之，则不再控制液位调节系统，而按时序控制能量辐射系统进行选择性固化操作。

请参阅图10和图8，其分别显示为控制系统利用所述液位调节系统执行逐层打印的流程示意图以及可执行所述流程的3D打印设备的结构示意图，其中，在控制系统的控制下，3D 打印设备的各硬件系统执行如下示例性操作：

在步骤S210中，控制系统根据待制造的图案固化层的层高控制Z轴驱动机构，以带动构件平台下沉移动，直至构件平台与打印基准面之间具有一层高高度的距离，在该层高高度距离内填充有待成型材料。

在步骤S220中，控制系统控制刮刀系统从容器一侧移动至容器另一侧，以抚平打印基准面的待成型材料。

在步骤S230中，控制系统将液位传感器所提供的液位位置信息与对应打印基准面的浮动空间进行比较，当液位位置信息处于相应浮动空间之内，执行步骤S240，反之执行步骤S250。

在步骤S240中，控制系统控制能量辐射系统向打印基准面辐射能量，以选择性固化待成型材料，得到相应的图案固化层。

在步骤S250中，控制系统根据液位位置信息超出浮动空间的位置偏移信息，确定相应的调整偏移量，并输出包含调整偏移量的控制指令。其中，所述调整偏移量是基于导向部件中直角楔形体的倾斜表面与地面的夹角和所述位移偏移信息进行三角计算得到的。

在此，所述液位调节系统中的驱动电机根据对应所述调整偏移量的控制信号带动丝杠转动，套接在丝杠上的反向旋转的移动件在丝杠的螺纹作用下，沿水平方向相对/相背平移，设置在各移动件上的轴对称的导向部件在水平移动期间通过其倾斜表面带动活动部件升降移动。其中，所述导向部件沿水平方向移动的距离是所述调整偏移量。在活动部件的升降带动下，容器执行升/降操作以将待成型材料的液位调整到打印基准面。控制系统在液位调节系统执行完液位调节时，再检测液位传感器所提供的液位位置信息以确定液位位置达到打印基准面，再执行步骤S240。

通过更改待制造的3D构件模型的层及其切片图像，重新执行上述步骤S210-S250，由此完成相应的3D构件。

本申请还提供一种计算机可读写存储介质，存储至少一种程序，所述至少一种程序在被调用时执行并实现上述针对图2所示的控制方法所描述的至少一种实施例或者针对图5所示的控制方法所描述的至少一种实施例

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得安装有所述存储介质的移动机器人可以执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

于本申请提供的实施例中，所述计算机可读写存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储设备、闪存、 U盘、移动硬盘、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机进行存取的任何其它介质。另外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果指令是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字订户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术，从网站、服务器或其它远程源发送的，则所述同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术包括在所述介质的定义中。然而，应当理解的是，计算机可读写存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或者其它暂时性介质，而是旨在针对于非暂时性、有形的存储介质。如申请中所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。

在一个或多个示例性方面，本申请所述方法的计算机程序所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任意组合的方式来实现。当用软件实现时，可以将这些功能作为一个或多个指令或代码存储或传送到计算机可读介质上。本申请所公开的方法或算法的步骤可以用处理器可执行软件模块来体现，其中处理器可执行软件模块可以位于有形、非临时性计算机可读写存储介质上。有形、非临时性计算机可读写存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。

本申请上述的附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于此，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以通过执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种液位调节系统，用于使3D打印设备的容器内所盛放的待成型材料达到打印基准面，其特征在于，所述液位调节系统包括：

升降机构，设置在容器底部，用于带动所述容器进行升降移动；

驱动机构，与所述升降机构相连，用于在接收到一控制指令时驱动所述升降机构，以调整所述容器内所盛放的待成型材料的液位位置；

其中，所述升降机构将来自所述驱动机构的不同于升降方向的传动力转换为升降方向的传动力。

2.根据权利要求1所述的液位调节系统，其特征在于，所述升降机构包括：

导向部件，提供有导向行程区间，用于在所述驱动机构的驱动下沿不同于升降方向的方向往复运动；

活动部件，一侧固定在所述容器底部、另一侧与所述导向部件相对运动，用于在所述导向部件的带动下，在所述导向行程区间内升降方向移动。

3.根据权利要求2所述的液位调节系统，其特征在于，所述导向部件包含楔形体结构，其中，所述楔形体结构的倾斜表面形成所述导向行程区间；或者

所述导向部件包括带有导向行程空间的槽结构，其中，所述槽结构的槽体形状提供所述导向行程区间。

4.根据权利要求2所述的液位调节系统，其特征在于，所述活动部件包括滚动件，以在所述导向部件的带动下，在所述导向行程区间内滚动。

5.根据权利要求2所述的液位调节系统，其特征在于，还包括：限位机构，用于限制所述活动部件的移动区间。

6.根据权利要求1所述的液位调节系统，其特征在于，所述驱动机构包括：

驱动电机，用于在所述控制指令的控制下提供驱动力；

传动部件，用于在所述驱动电机作用下向升降机构作用与升降方向不同的传动力。

7.根据权利要求6所述的液位调节系统，其特征在于，所述传动部件包括：

导轨，供铺设于所述容器底部下方；

移动件，活动设置在所述导轨上；

其中，所述驱动电机驱动所述移动件或导轨，以使所述移动件沿与升降方向不同运动。

8.根据权利要求7所述的液位调节系统，其特征在于，所述导轨为丝杆，且受所述驱动电机驱动；所述移动件包括与所述丝杆配合的螺纹。

9.根据权利要求1所述的液位调节系统，其特征在于，所述升降机构的数量为多个，各升降机构均匀地装配在容器底部。

10.根据权利要求9所述的液位调节系统，其特征在于，所述驱动机构与每一升降机构通过连接杆连接。

11.根据权利要求1所述的液位调节系统，其特征在于，所述升降机构带动容器升降的行程最大值在10-20mm之间。

12.一种3D打印设备，其特征在于，包括：

容器，盛放待成型材料，其中，所盛放的待成型材料达到打印基准面；

构件平台，设置在所述容器内，用于在所述打印基准面处逐层累积图案横截层，以制造3D构件；

Z轴驱动机构，连接所述构件平台，用于移动所述构件平台；

能量辐射系统，用于向所述打印基准面辐射图案化能量，以在所述打印基准面处形成相应的图案横截层；

液位传感器，用于测量所述容器内待成型材料的液位位置并输出液位位置信息；

如权利要求1-11中任一所述的液位调节系统；

控制系统，分别连接所述Z轴驱动机构、能量辐射系统、液位传感器和液位调节系统，用于基于所接收的3D模型文件控制所述Z轴驱动机构和能量辐射系统进行逐层打印，以得到所述3D构件；

其中，在逐层打印期间，所述控制系统还根据所述液位位置信息向所述液位调节系统输出控制指令，以使所述容器内的待成型材料达到打印基准面。

13.根据权利要求12所述的3D打印设备，其特征在于，还包括：刮刀系统，用于在所述构件平台向容器底部移动一横截层层高时，沿所述打印基准面执行液体抚平操作。

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