CN215791804U - 用于3d打印的打印平台及3d打印机 - Google Patents

Abstract

提供一种用于3D打印的打印平台及3D打印机。打印平台包括基板以及位于基板上的发光层，发光层的背离基板的表面用于承载打印对象，且发光层用于为成像设备提供辅助照明，从而增强3D打印机中成像设备的成像质量。

Description

用于3D打印的打印平台及3D打印机

技术领域

本公开涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种用于3D打印的打印平台及3D打印机。

背景技术

3D打印机又称三维打印机，即快速成形技术的一种机器，其能够用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造三维物体。

相关技术中，3D打印机包括用于喷出打印材料的打印头以及用于承载打印材料的打印平台。另外，3D打印机还配备有成像设备，成像设备能够对打印平台上的打印对象进行成像以监测打印质量。

实用新型内容

本公开的一个目的在于提出一种用于3D打印的打印平台及3D打印机，以提高成像设备的成像质量。

本公开第一方面的实施例提供一种用于3D打印机的打印平台，其中，3D打印机包括用于对打印平台上的打印对象进行成像以监测打印质量的成像设备，打印平台包括：基板；以及设置于基板上的发光层，其中，发光层的背离基板的表面用于承载打印对象，且发光层用于为成像设备提供辅助照明以增强成像质量。

本公开第二方面的实施例提供一种3D打印机，包括：上述的打印平台；光源，位于打印平台的上方，用于照射打印平台上的打印对象；以及成像设备，位于打印平台的上方，用于对打印对象进行成像以监测打印质量。

本公开实施例提供的用于3D打印的打印平台及3D打印机，通过在打印平台中设置基板以及位于基板上的发光层，发光层的背离基板的表面用于承载打印对象，且发光层用于为成像设备提供辅助照明，从而增强3D打印机中成像设备的成像质量，提高了打印质量测量结果的准确性。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本公开公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本公开范围的限制。

图1示出了根据本公开一个实施例的3D打印机的结构图；

图2示出了根据本公开实施例的具有发光层的打印平台以及不具有发光层的打印平台的成像效果比较图；并且

图3示出了根据本公开另一个实施例的3D打印机的结构图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

相关技术中，3D打印机包括用于喷出打印材料的打印头以及用于承载打印材料的打印平台。另外，3D打印机还配备有光源和成像设备，光源能够形成射向打印平台和打印对象的光线，光线经过打印平台的表面、以及打印对象的表面形成漫反射，成像设备可以捕捉漫反射后的光线并形成图像。利用该图像以及三角测距原理可以得到打印对象的尺寸，并计算打印头的挤出流量，从而监测打印质量。

但是，相关技术中，成像设备拍摄出的光线为由离散的斑点组成的线条，成像质量差，从而影响了打印对象的测量精度，降低了对打印质量测量的结果的准确度。

本公开实施例提供一种用于3D打印机的打印平台及3D打印机，该打印平台包括发光层，发光层可以为成像设备提供辅助照明以增强成像质量。

以下结合附图对本公开实施例进行具体阐述。

图1示出了根据本公开一个实施例的3D打印机的结构图。在3D打印机中，打印头的挤出流量的准确性关系到打印质量的高低。为了监测3D打印机的打印质量，在打印过程中，例如打印第一层材料时，可以通过检测第一层材料的尺寸，来计算打印头的挤出流量，并判断该打印头的挤出流量是否达到要求。

为了监测打印质量，3D打印机通常包括有成像设备200，例如摄像机等能够拍摄图像的设备。成像设备200可以对打印平台100上的打印对象400进行成像以监测打印质量。打印对象400可以为完整的三维物体，或打印过程中的由至少一层材料堆叠而成的半成品，例如打印完第一层材料形成的对象等。

参照图1，3D打印机还包括打印平台100，该打印平台100包括：基板110以及设置于基板110上的发光层120。

基板110可以为板状结构，其可以具有平整的表面。在一些实施例中，基板110可以由铝、铁等常见的材料，经过铸造、锻造、一体成型等常见的加工方法加工而成。并且，基板110可以为不透光的结构。

发光层120可以设置于基板110的一侧表面(如图1中的上表面)，并相对于基板110保持固定。发光层120的背离基板110的表面用于承载打印对象400，且发光层120可以发出光线，用于为成像设备200提供辅助照明。辅助照明使得成像设备200在成像时可以捕捉发光层120发出的光线，从而增强成像质量。

在一些实施例中，发光层120至少部分地覆盖基板110的上表面。在一些示例中，发光层120部分地覆盖基板110的上表面，例如，覆盖基板110的上表面的仅中心区域。在一些示例中，发光层120可以完全地覆盖基板110的上表面。即，可以根据打印对象400的位置设置发光层120的面积，节省成本。

在相关技术中，成像设备的成像主要是依靠打印平台表面对光线的漫反射，其成像质量受打印平台表面的粗糙度和光泽度的影响严重。在实践中，由于打印完成后的打印对象与打印平台之间的结合力较大，通常需要使用铲子或刮刀取走打印对象，在该过程中容易划伤或磨损打印平台，将会改变打印平台表面的粗糙度和光泽度，导致测量结果出现偏差。与之相比，在本公开实施例中，成像设备200可以至少部分地依靠发光层120发出的光线来成像，而不(完全)依赖于打印平台表面对光线的漫反射，从而可以减少打印平台表面的粗糙度和光泽度对成像效果的干扰。这样，成像质量更好，可以提高测量精度，得到更准确的打印质量测量结果。

继续参照图1，在该实施例中，3D打印机还包括光源300。光源300和成像设备200均可以设置在打印平台100的上方，且两者的位置错开，使得成像设备200可以拍摄光源300照射处的打印平台100和打印对象400。光源300可以为能够发出光线的设备，例如，光源300可以包括半导体激光器，从而可以减小光源300的体积，并提高光源300的寿命。

光源300能够发出的光线类型也可以有多种。为了便于阐述，以下以光源300为线光源、并发出线结构光为例进行说明，线结构光可以在打印平台100和打印对象400表面形成线状光线段。

在一些实施例中，发光层120为被动发光结构。被动发光结构为本身不发光，但能够以某种方式吸收能量，并将其转化为光辐射的结构。例如，发光层120可以吸收光源300发出的光线，并激发产生光线以提供辅助照明。如本文使用的，术语“辅助”应理解为是指发光层120发出的光线区别于光源300发出的光线，但并不暗示发光层120发出的光线在强度方面与光源300发出的光线存在主次之分。将发光层120设置为被动发光结构可以无需为发光层120设置电源，结构简单。

作为被动发光的发光层120的一种实施方式，发光层120包括由荧光材料制成的荧光层121，荧光层121被配置为在光源300的激发下提供辅助照明。荧光材料可以为稀土荧光材料、磷光材料等。荧光材料可以通过喷涂、热压或黏附等工艺连接于基板110表面而形成荧光层121。荧光材料构成的发光层120的成本低，可以降低打印平台的成本。

在打印质量监测过程中，光源300可以发出结构光，该结构光照射到打印平台100和打印对象400表面，被结构光照射到的荧光层121可以吸收该结构光，并被激发出光线，该光线可以用于为成像设备200提供区别于光源300的结构光的辅助照明。

另外，荧光层121发出的光线以及光源300照射到打印对象400表面的光线可以在打印平台100表面形成肉眼可见的光线段。成像设备200能够拍摄打印平台100、打印对象400以及该光线段的图像。由于打印对象400设置在打印平台100表面，其会凸出于打印平台100，因此，在图像中打印对象400表面的光线段相较于打印平台100表面的光线段会凸出并形成一个折线。根据三角测距的原理，通过两部分光线段的反差可以计算得到打印对象400的沿垂直于打印头平移方向上的宽度以及沿垂直于打印平台100表面的高度，从而可以计算出打印对象400的尺寸。由此，判断打印头的挤出流量是否满足要求，进而监测打印质量。

相比于相关技术中的方案，成像设备200可以至少部分地依靠发光层120发出的光线来成像，而不(完全)依赖于打印平台表面对光线的漫反射，从而可以减少打印平台表面的粗糙度和光泽度对成像效果的干扰，成像质量更好。

图2示出了根据本公开实施例的具有发光层的打印平台以及不具有发光层的打印平台的成像效果比较图。在图2的示例中，打印平台的部分表面(虚线框A对应的表面区域)设置有荧光层121，而部分表面(虚线框B对应的表面区域)未设置荧光层121。

请参照图2，黑色点状线条为成像设备200拍摄到的光线段的图像，且线框A内的部分光线段为在荧光层121表面拍摄到的光线段，而线框B内的部分光线段为直接在基板表面拍摄到的光线段。

从图2中可以看出，线框A中的光线段更连续、线宽均匀一致、且斑点少，即由荧光层121被光源300激发产生的光线段成像质量好。而线框B中的光线段斑点多且松散排布，线宽不均匀，即由打印平台表面漫反射形成的光线段成像质量差。

可以理解的是，光线段的斑点少，代表检测的数值量丰富，线宽一致代表检测到的数值方差小，以成像质量好的图像来计算打印对象的尺寸结果更准确。

图3示出了根据本公开另一个实施例的3D打印机的结构图。请参照图3，图3所示出的结构是图1的结构的变型，其中除非另有明确说明，相同的附图标记可以指示相同的部件，其细节不再赘述。

本实施例中，发光层120为主动发光结构。主动发光结构区别于被动发光结构，其可以主动发出光线，无需被其他能量激发而发光。作为示例，主动发光结构可以为LED灯、钨丝灯等各种结构。将发光层120设置为主动发光结构，发光层120主动发出的光线可以直接射向成像设备200，同样无需依赖打印平台100表面的粗糙度和光泽度，成像质量好。

作为主动发光的发光层120的一种实施方式，发光层120包括：排布于基板110上的多个发光件122以及透光膜123。

每个发光件122被配置为主动提供辅助照明而无需光源的激发。作为示例，每个发光件122可以为LED灯珠、红外灯等结构。利用发光件122发出光线，可以提高成像质量。

透光膜123覆盖于多个发光件122表面。透光膜123可以允许发光件122发出的光线透过，且其位于多个发光件122背离基板110的表面，使得打印平台100具有用于承载打印对象400的平整表面。

可以理解，多个发光件122可以沿直线方向排列成条状，例如形成条状灯带。又或者，多个发光件122可以呈点阵排布、网格排布或平行排布，从而分别产生点阵状结构光、网格状结构光或平行结构光。

可以理解的是，在图3所示的实施例中，成像设备200可以拍摄由发光层120发出的光线形成的图像，并且该图像可以用于计算打印对象400的宽度。另外，成像设备200还可以拍摄由光源300发出并被打印平台100的表面反射后的光线形成的图像(例如，光线段)，并且该图像可以用于计算打印对象400的高度。通过提高拍摄到的图像的成像质量，也可以提高打印质量检测结果的准确性。

虽然在上述各个实施例中，光源300被描述为发出线结构光的线光源，但是在其他实施例中，光源300可以被配置为发出点阵结构光、网格结构光、或者任何其他适当形式的光。点阵结构光为多点阵列排布的结构光，网格结构光为网格状排布的结构光。点阵结构光和网格结构光可以覆盖较大的范围，实现多个方位的测量。

线结构光的一个示例是十字形结构光。在一些实施例中，光源300还可以被配置为发出十字形结构光，十字形结构光可以包括两条相交的光线。十字形结构光可以由一个光源300产生，或者可以采用两个光源，使得两个光源形成的光线相互交叉而成。十字形结构光可以覆盖更广的范围、若其中一条光线与打印方向重合，还可以利用另一条光线来计算打印对象400的尺寸，提高检测的通用性。

本公开实施例还提供一种3D打印机，包括：打印平台100、光源300以及成像设备200。光源300和成像设备200均位于打印平台100的上方，光源300用于照射打印平台100上的打印对象400，成像设备200用于对打印对象400进行成像以监测打印质量。打印平台100、光源300以及成像设备200的结构和功能可以与上述各个实施例相同，在此不再赘述。

根据本公开实施例的3D打印机，通过打印平台100中的发光层120，可以为成像设备200提供辅助照明，从而增强3D打印机中成像设备200的成像质量，提高了打印质量测量结果的准确性。

应当理解的是，在本说明书中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系或尺寸为基于附图所示的方位或位置关系或尺寸，使用这些术语仅是为了便于描述，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，并且因此不能理解为对本公开的保护范围的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本说明书提供了能够用于实现本公开的许多不同的实施方式或例子。应当理解的是，这些不同的实施方式或例子完全是示例性的，并且不用于以任何方式限制本公开的保护范围。本领域技术人员在本公开的说明书的公开内容的基础上，能够想到各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所附权利要求所限定的保护范围为准。

附图标记说明：

100：打印平台；

110：基板；

120：发光层；

121：荧光层；

122：发光件；

123：透光膜；

200：成像设备；

300：光源；

400：打印对象。

Claims (10)

1.用于3D打印机的打印平台，所述3D打印机包括用于对所述打印平台上的打印对象进行成像以监测打印质量的成像设备，所述打印平台其特征在于，包括：

基板；以及

设置于所述基板上的发光层，

其中，所述发光层的背离所述基板的表面用于承载所述打印对象，且所述发光层用于为所述成像设备提供辅助照明以增强成像质量。

2.根据权利要求1所述的打印平台，其中，所述发光层为被动发光结构。

3.根据权利要求2所述的打印平台，其中，所述发光层包括由荧光材料制成的荧光层，所述荧光层被配置为在光源的激发下提供所述辅助照明。

4.根据权利要求1所述的打印平台，其中，所述发光层为主动发光结构。

5.根据权利要求4所述的打印平台，其中，所述发光层包括：

排布于所述基板上的多个发光件，每个所述发光件被配置为主动提供所述辅助照明而无需光源的激发；以及

覆盖于所述多个发光件上的透光膜。

6.根据权利要求5所述的打印平台，其中，所述多个发光件呈点阵排布、网格排布或平行排布。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的打印平台，其中，所述发光层至少部分地覆盖所述基板的上表面。

8.一种3D打印机，其特征在于，包括：

根据权利要求1-7中任一项所述的打印平台；

光源，位于所述打印平台的上方，用于照射所述打印平台上的打印对象；以及

成像设备，位于所述打印平台的上方，用于对所述打印对象进行成像以监测打印质量。

9.根据权利要求8所述的3D打印机，其中，所述光源被配置为生成线结构光、十字形结构光、点阵结构光或网格结构光。

10.根据权利要求8或9所述的3D打印机，其中，所述光源包括半导体激光器。

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