一种光固化3D打印机及其调平结构
阅读：2发布：2020-11-20
专利汇可以提供一种光固化3D打印机及其调平结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种光 固化 3D 打印机 及其调平结构，所述调平结构包括料盒、托架、 基座 和打印平台，料盒通过托架安装到基座上；托架一端与基座铰接，且该铰接点为托架的转动 支点 ，托架另一端为自由端，托架的自由端通过位于托架和基座间的 弹簧 提供 支撑 ，自然状态下料盒底面保持 水 平；基座上对应托架的自由端设有用于限制托架向上偏移的限位 块 ，在限位块与托架之间设有两路及以上压 力 传感器 ， 压力传感器 与控制装置通信连接；打印平台由Z轴 电机 驱动直线升降，Z轴电机与控制装置通信连接。本实用新型还公开了一种具有上述调平结构的光固化 3D打印机 。通过上述传感器结构能用简单的方式实现自动调平。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种光固化3D打印机及其调平结构专利的具体信息内容。
1.一种光固化3D打印机的调平结构，其特征在于，包括料盒(21)、托架(22)、基座(23)和打印平台(32)，料盒(21)通过托架安装到基座上；托架(22)一端与基座(23)铰接，形成的铰接点为托架(22)的转动支点，托架(22)另一端为可绕转动支点自由转动的自由端，托架(22)的自由端通过位于托架(22)和基座(23)间的弹簧(25)提供支撑，自然状态下，在托架(22)连同料盒(21)在自身重力以及弹簧(25)的反作用力下使料盒(21)底面保持水平；基座(23)上对应托架(22)的自由端设有用于限制托架(22)向上偏移的限位块(51)，在限位块(51)与托架(22)之间设有用于感测托架(22)受力情况压力传感器(52)，压力传感器(52)与控制装置(4)通信连接；打印平台(32)由Z轴电机驱动直线升降，Z轴电机与控制装置(4)通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印机的调平结构，其特征在于，限位块(51)和托架(22)之间设有两路及以上用于给感测托架(22)上不同受力点的受力情况的压力传感器(52)。
3.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印机的调平结构，其特征在于，在压力传感器(52)外侧设有用于隔离压力传感器(52)的挡水块(53)。
4.根据权利要求3所述的一种光固化3D打印机的调平结构，其特征在于，挡水块(53)安装在托架(22)上随托架(22)同步动作，所述压力传感器(52)为薄膜压力传感器，压力传感器(52)设置在挡水块(53)与限位块(51)之间以薄膜压力传感器的工作台面。
5.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印机的调平结构，其特征在于，托架(22)底部设有向下延伸的导向轴，弹簧(25)套设在导向轴(29)的外周，基座(23)底部设有供导向轴(29)下端向下卡入的孔(234)。
6.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印机的调平结构，其特征在于，控制装置包括ADC转换模块、CPU和电机控制模块，压力传感器(52)通过ADC转换模块与CPU通信，CPU通过电机控制模块控制Z轴电机运动。
7.一种光固化3D打印机，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的光固化3D打印机的调平结构。
一种光固化3D打印机及其调平结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种光固化3D打印机及其调平结构。
背景技术
[0002] 在DLP(数字光投影)成型打印设备上，在进行打印指向需要进行调平操作，调平的目的是使料盒底部的平面与打印平台平行贴合，从而在打印过程中避免由于调平偏差引起的打印误差。现有的技术中主要的调平方式依旧是手动调平，自动调平的技术中主要通过探测工作平台上数个点坐标，进而调整打印平台的高度以及通过软件对工作平台的倾斜度实行补偿，最终实现调平功能。
[0003] 现有技术中的主要缺点是用于调平的接触式结构需要在调平完成后将其取下，其效率低且过程繁琐，耗费时间较长；对于非接触式的调平方案，其调平过程需要反复对一系列的点阵数据进行对比，其效率同样偏低；由于安装结构的局限性，也导致其使用过程中容易造成打印材料与传感器的接触，导致调平失效。实用新型内容
[0004] 为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种光固化3D打印机的调平结构，通过该结构能利用简单的方式实现自动调平，提高调平效率。
[0005] 本实用新型的目的还在于提供一种具有上述调平结构的光固化3D打印机。
[0006] 一种光固化3D打印机的调平结构，包括料盒21、托架22、基座23和打印平台32，料盒21通过托架安装到基座上；托架22一端与基座23铰接，形成的铰接点为托架22的转动支点，托架22另一端为可绕转动支点自由转动的自由端，托架22的自由端通过位于托架22和基座23间的弹簧25提供支撑，自然状态下，在托架22连同料盒21在自身重力以及弹簧25的反作用力下使料盒21底面保持水平；基座23上对应托架22的自由端设有用于限制托架22向上偏移的限位块51，在限位块51与托架22之间设有用于感测托架22受力情况压力传感器52，压力传感器52与控制装置4通信连接；打印平台32由Z轴电机驱动直线升降，Z轴电机与控制装置4通信连接。
[0007] 打印机开始打印之前需要首先调平打印平台与料盒底面使它们保持水平，并将打印平台向下运动至恰好与料盒底面贴合，从而使光机出光口的理论投影面和实际投影面重合。上述结构的光固化3D打印机，将料盒安装在托架上，托架按上述结构设置，能够在自然状态下能处于水平状态，打印机安装完成后，不需要对料盒进行其他的调平操作。结合上述料盒及托架的安装结构，设置压力传感器，当打印平台下降与料盒底面贴合时，打印平台一旦有作用在料盒底面的力的时候，压力传感器将会捕捉到这一信息，并快速传送到控制装置，控制装置根据这一信息对Z轴电机进行动作控制，完成自动贴合，快速、准确的实现打印平台(实际打印面)与托架的底面(光机理论的投影面)调平，这样就能完成设备高成功率、高精度打印的效果。
[0008] 作为优选，限位块51和托架22之间设有两路及以上用于给感测托架22上不同受力点的受理情况的压力传感器52。通过设置在不同位置的多路压力传感器来监测不同点的受力情况，比较各路压力传感器 52的检测值情况可以体现打印平台是否与处于水平状态下的料盒底面平行，也即打印平台是否调平到位。若各路压力传感器的检测值存在差异，则说明打印平台存在倾斜，此时需要中止打印重新对打印平台进行进一步调平。
[0009] 作为优选，在压力传感器52外侧设有用于隔离压力传感器52的挡水块53。设置挡水块能够防止外部液体污染压力传感器，延长压力传感器的使用寿命。
[0010] 作为优选，挡水块53安装在托架22上随托架22同步动作，所述压力传感器52为薄膜压力传感器，压力传感器52设置在挡水块53与限位块51之间以升高薄膜压力传感器的工作台面。按上述结构设置挡水块和压力传感器，结构简单，通过增高压力传感器的工作台面增加外部污染物接触压力传感器的难度，有效延长压力传感器的使用寿命。
[0011] 作为优选，托架22底部设有向下延伸的导向轴，弹簧25套设在导向轴29的外周，基座23底部设有供导向轴29下端向下卡入的孔234。通过设置导向轴对托架在小范围内的上下运动进行导向，防止托架的晃动幅度较大，在剥离过程中损坏3D模型。
[0013] 一种光固化3D打印机，包括上任一项所述的光固化3D打印机的调平结构。
[0014] 打印机开始打印之前需要首先调平打印平台与料盒底面使它们保持水平，并将打印平台向下运动至恰好与料盒底面贴合，从而使光机出光口的理论投影面和实际投影面重合。上述结构的光固化3D打印机，将料盒安装在托架上，托架按上述结构设置，能够在自然状态下能处于水平状态，打印机安装完成后，不需要对料盒进行其他的调平操作。结合上述料盒及托架的安装结构，设置压力传感器，当打印平台下降与料盒底面贴合时，打印平台一旦有作用在料盒底面的力的时候，压力传感器将会捕捉到这一信息，并快速传送到控制装置，控制装置根据这一信息对Z轴电机进行动作控制，完成自动贴合，快速、准确的实现打印平台(实际打印面)与托架的底面(光机理论的投影面)调平，这样就能完成设备高成功率、高精度打印的效果。附图说明
[0015] 图1为本实用新型3D打印机的结构示意图。
[0016] 图2为本实用新型中框模块的结构示意图。
[0017] 图3为图2的A-A向剖视图。
[0018] 图4为成型模组中基座、托架和剥离机构三者间连接关系的剖视图。
[0019] 图5为基座的结构示意图。
[0020] 图6为托架的结构示意图。
[0022] 图8为图7的B-B向剖视图。
[0023] 图9为Z轴模块的结构示意图。
[0024] 图10为图9的C-C向剖视图。
[0025] 其中：1、外框模块，11、基板，2、中框模块，21、料盒，22、托架，221、第二透光窗口，222、集流槽，23、基座，231、第一透光窗口，232、导流槽，233、排液口，234、供导向轴下端向下卡入的孔，24、剥离机构，25、弹簧，26、光机，261、光机出光口，271、第一连接支架，2711、连接孔，272、第二连接支架，28、防护罩，29、导向轴，3、Z轴模块，31、Z轴固定支架，311、滑槽，32、打印平台，33、打印平台支架，34、Z轴驱动组件，4、控制装置，51、限位块，52、压力传感器，53、挡水块。
具体实施方式
[0027] 如图2-7所示，本实用新型的实施例公开了一种光固化3D打印机的中框模块，该中框模块包括成型模组和成像模组，成型模组包括具有透明底面的料盒21，该料盒21盛放光固化材料；成像模组位于料盒 21下方，成像模组的出光口面向料盒底面投射光辐射，将光辐射以面投射方式照射至预设的投影面。所述光固化材料一般选用树脂液体。
[0028] 成型模组还包括基座23、用于固定料盒的托架22和剥离机构24，中框模块整体通过成型模组的基座 23可拆卸连接到3D打印机的外框模块1上。基座23底面具有第一透光窗口231；托架22一端与基座23 铰接，托架22与基座之间形成的铰接点为托架22的转动支点，托架22的另一端为可绕转动支点自由转动的自由端，托架22的自由端通过位于托架22和基座23间的弹簧25提供支撑。在无外力施加到托架22 自由端时，托架22连同料盒21及其内部的光固化材料的自重作用在弹簧25使弹簧25被压缩，弹簧25 的反作用力对托架22提供支撑，本申请中选择合适的弹性系数的弹簧25可以使托架22在自然状态下处于水平状态。料盒21安装在托架22上，托架22上设有用于向下露出料盒透明底面的第二透光窗口221，第二透光窗口221与第一透光窗口231对准，第二透光窗口221和第一透光窗口231均位于成像模组的出光口的直线投射路径上。剥离机构24包括剥离电机和剥离电机支架，剥离电机通过剥离电机支架安装在基座23底部，剥离电机的电机转轴与托架传动连接，剥离电机工作带动托架22连同料盒21绕转动支点在小范围内进行上下动作。光固化3D打印机打印的模型在打印机平台的打印台面上成型，剥离机构用于在每一层打印完成后进行一次剥离动作，即将打印平台与料盒底部分离开来，使得打印机能继续打印。可以控制剥离机构中剥离电机的剥离速度和剥离力度等参数，保证每一层顺利剥离，全过程不需要人工介入，能保证每一次打印的一致性。
[0029] 于实施例中，托架22底部设有向下延伸的导向轴29，弹簧25套设在导向轴29的外周，基座23底部设有供导向轴29下端向下卡入的孔234，通过设置导向轴29对托架22在小范围内的上下运动进行导向，防止托架22的晃动幅度较大，在剥离过程中损坏3D模型。
[0030] 作为优选，基座23底面中部相对于基座23边沿向下凹陷形成槽形结构，托架22安装在在基座23的槽形结构内，托架22与基座23之间留有组装缝隙。基座23底面的第一透光窗口231由透明面板密封，第一透光窗口231为通孔，为了防止打印过程中从外部洒落的光固化材料从第一透光窗口231进入打印机内部，造成光机等核心部件损坏，需要对第一透光窗口231进行密封。使用透明面板封闭第一透光窗口231，能够使从光机出光口261射出的光线顺利照射到料盒21底部。于具体实施例中，透明面板可以采用透明玻璃或透明塑料等常用材质，从透光效果考虑，优选使用透明玻璃。透明面板与第一透光窗口231之间可以通过密封圈或密封胶等进行连接处的密封。槽形结构中对应托架22与基座23的组装缝隙设有一圈导流槽232，导流槽232具有一定坡度，导流槽232内设有若干排液口233，排液口233连通到废液收集装置。与实际应用中，废液收集装置可设置在3D打印机外部，废液收集装置通过导流管与排液口233连通。托架22和基座23按上述结构设置，能够隔离打印机内部的成像模组。在拆装料盒21以及3D打印机使用过程中洒落光固化材料在托架22上时，由于剥离机构24的作用，托架22往复的上下运动，漏液会从托架 22与基座23的组装缝隙流入基座23的槽形结构中，由基座23槽形结构的内周壁引流至导流槽232，然后从排液口233流出。
[0031] 作为进一步优选，将托架22外边沿设置为倾斜向基座23底面的倒角，有助于托架22上的漏液快速流入基座23的槽形结构内。进一步，可以在托架22上表面设置延伸至托架外周的集流槽222，所述集流槽222设置在托架22与剥离机构24连接的一侧。设置集流槽222能将托架22上的少许漏液集中，集流槽222中漏液过多后流入基座的槽形结构的导流槽232中。
[0032] 成像模组包括光机26，光机26通过光机固定支架固定在成型模组中基座底部，光机26的出光口261正对基座23底面的第一透光窗口231设置。具体是，光机固定支架包括第一连接架271和第二连接架272，所述第一连接架271固定在成像模组中的基座23上；光机26固定在第二连接架272上，光机出光口261投射的光辐射直接投射向基座23底面的第一透光窗口231；第二连接架272固定在第一连接架271上，第二连接架 272可相对于第一连接架271上下调节以调整光机出光口261与基座23底面之间的距离；第二连接架272与第一连接架271之间至少设有两个连接点，各连接点的固定位置可在一定范围内上下调节使光机出光口261正对基座底面的第一透光窗口231。光机26按上述结构安装，从光机出光口261射出的光辐射直接投射到基座 23底面，相比于现有技术中的DLP打印机，不需要对从光机出光口261射出的光辐射方向进行大角度调整，使用方便。
[0033] 于实施例中，第一连接架271上设有多组设置在不同高度的连接孔2711，将第二连接架272连接在不同高度的连接孔2711中即可实现光机的上下调节。所述连接孔2711为纵向设置的腰型孔，通过调节各连接点中用于连接第一支架271和第二支架272的连接件在腰型孔中的锁定位置，可以实现对光机26出光方向的调整。于实际应用中，所述连接件可以是螺钉等常用紧固件。
[0034] 作为优选，成型模组底部设有罩设在成像模组外周的防护罩28，该防护罩28固定在成像模组中的基座23上。于实际应用中，防护罩28设为钣金结构，设置防护罩28能保护光机26等核心部件不会受到外力的损坏。
[0035] 上述3D打印机的中框模块2，将成型模组和成像模组设置在同一模块中，能独立完成这一模块的组装，简易调节后能够让光机26的投影面与实际的打印面集成在一起，从而在特定的工装上就可以独立的矫正光机的光强以及畸变，完成后能够达到整机标定的效果。
[0036] 本申请的实施例还公开了一种3D打印机，该3D打印机的结构如图1所示，包括上述实施例公开的中框模块，还包括外框架模块1和Z轴模块3。如图7-8所示，外框架模块1为3D打印机的整机支架，为Z轴模块3、中框模块2以及控制装置4提供安装基准面。Z轴模块3和中框模块2安装在同一基板11 上，能简化外框架模块1的结构。
[0037] 如图9-10，Z轴模块3包括Z轴固定支架31和滑动安装在Z轴固定支架31上的打印平台32，所述打印平台32在Z轴驱动组件34的作用下沿Z轴固定支架31上下竖直升降。Z轴固定架31上设有滑槽311，打印平台32通过打印平台支架33连接到Z轴固定架31上的滑槽311中，所述Z轴驱动组件34包括用于提供动力的Z轴电机和联轴器，Z轴电机的电机转子通过联轴器与打印平台支架33连接，联轴器将Z轴电机输出的圆周运动转换与直线运动以驱动打印平台32升降。于其他实施例中，Z轴电机还可通过滚珠丝杠与打印平台32连接，通过滚珠丝杠将Z轴电机输出的圆周运动转换为直线运动。
[0038] 上述成型模组中，通过弹簧25支撑托架22，可以使托架22在自然状态下保持在水平状态，并且弹簧 25在托架22自重的作用下处于被压缩状态，这样能很好的保证托架22的上表面为成像模组出光口的理论投影面。打印平台32在Z轴驱动组件34的驱动下进入料盒21中准备打印，在打印开始之前，需要调整成像模组出光口的理论投影面和实际打印面重合，即调整打印平台32完全贴合自然状态下的托架22上表面。但是在设备的使用过程中，由于支撑托架的弹簧25可被压缩，导致托架22没有下限位，在打印平台贴合料盒21底面(料盒
21底面与托架22上表面平行)时容易出现角度及高度之差，这样会导致成像模组出光口的理论成型面与实际成型面之间存在空间误差。为了快速调平打印机平台31和料盒21底面，如图4，在成型模组的基座23上设有用于限制托架在自然状态下向上偏移的限位块51，在限位块51与托架 22之间设有两路及以上的压力传感器52，托架22倾斜会导致各压力传感器
52检测到的压力值发生变化，因此，通过控制器监控各压力传感器52的检测值可实现自动调平控制。本实施例中的压力传感器采用薄膜压力传感器，并且在压力传感器52外侧设有挡水块53，设置挡水块53将托架22上的漏液与压力传感器52隔离开来，有利于延长传感器的使用寿命。于实施例中，挡水块53安装在托架22上随托架22同步动作，挡水块53具有一定厚度，薄膜压力传感器设置在挡水块53与限位块51之间，挡水块53将薄膜压力传感器工作面的高度升高，增加了破坏物质与之接触的难度。
21底面与托架22上表面平行)时容易出现角度及高度之差，这样会导致成像模组出光口的理论成型面与实际成型面之间存在空间误差。为了快速调平打印机平台31和料盒21底面，如图4，在成型模组的基座23上设有用于限制托架在自然状态下向上偏移的限位块51，在限位块51与托架 22之间设有两路及以上的压力传感器52，托架22倾斜会导致各压力传感器
52检测到的压力值发生变化，因此，通过控制器监控各压力传感器52的检测值可实现自动调平控制。本实施例中的压力传感器采用薄膜压力传感器，并且在压力传感器52外侧设有挡水块53，设置挡水块53将托架22上的漏液与压力传感器52隔离开来，有利于延长传感器的使用寿命。于实施例中，挡水块53安装在托架22上随托架22同步动作，挡水块53具有一定厚度，薄膜压力传感器设置在挡水块53与限位块51之间，挡水块53将薄膜压力传感器工作面的高度升高，增加了破坏物质与之接触的难度。
[0039] 在设置上述多路传感器的结构下，当打印平台32下降与料盒21底面贴合时，打印平台32一旦有作用在料盒21底面的力的时候，压力传感器52将会捕捉到这一信息，并快速传送到控制装置，做出准确的调平动作，完成自动贴合，达到自动调平的目的。这一系列的动作都是在托架22将要发生位移时所完成的。所述调平动作指的是Z轴电机带动打印平台32向下运动至恰好与料盒21底面进行贴合的动作，这样在设备打印的时候能保证首层的成型成功。Z轴电机可以驱动打印平台32沿一定方向按一定速度移动，Z 轴电机停止工作，打印平台32立即停止运动并保持在停止位置。
[0040] 3D打印机一次打印完成后，需要取下打印平台32脱模，也即在每一次打印后均需重新安装打印平台 32。由于目前采用人工手动调平打印平台32时很可能出现误差，导致打印平台32的打印平面相对于其下方的料盒21底面存在一定角度的倾斜。为了避免出现打印平台不到位的情况，本实施例中，通过设置在不同位置的多路压力传感器52来监测不同点的受力情况，比较各路压力传感器52的检测值情况可以体现打印平台32是否与处于水平状态下的料盒21底面平行，也即打印平台是否调平到位。若各路压力传感器 52的检测值存在差异，则说明打印平台32存在倾斜，此时需要中止打印重新对打印平台32进行进一步调平。若各路压力传感器52的检测值的差异在预设的范围内，则说明打印平台32处于水平状态，可以达到打印平台32与托22架的底面(光机理论的投影面)完全贴合的状态，然后执行下一步的打印动作。这样就能完成设备高成功率、高精度打印的效果。
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