CN106273505A - Dlp光固化3d打印机基座与树脂槽间隙控制的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置及方法，包括工作台，所述工作台下方设置DLP投影机，DLP投影机向上投影；所述工作台上部固定树脂槽，所述树脂槽内装有树脂；所述工作台上还固定Z轴滑台，Z轴滑台与延伸至树脂槽内部的基座连接，所述基座上固定压力传感器，所述DLP投影机、压力传感器和Z轴滑台均与控制器连接。本发明的DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙的控制方法简单、可靠性高，通过控制树脂槽内底面与基座之间的压力值，可轻松实现对基座与树脂槽间隙的控制，保证了基座与树脂槽之间的间隙满足固化的树脂完全粘附在基座上的要求。

Description

DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置及方法，属于3D打印技术领域。

背景技术

DLP光固化3D打印技术是采用数字光处理(DLP)技术，利用投影机逐层固化液态树脂制造实体零件的技术。该技术可快速的制造出非常精细的零件。在诸多领域有广阔的应用前景，如工业产品概念设计，快速模具制造，医学应用等方面。

DLP光固化3D打印机工作时，固化后的树脂粘附在基座上，随着基座的上移与树脂槽完成分离，为下一层的树脂固化做准备。已固化的树脂能否粘附在基座上，将直接决定着成型件能否顺利成型。软件部分将图像信息传递给投影机产生投影光，投影光透过树脂槽照射到液态树脂表面，液态树脂吸收的光能量E达到固化所需的能量阈值Ec时会聚合为固态。

成型件加工刚开始时，基座与树脂槽底部的间隙必须足够小，以保证这个间隙内部的树脂可以完全固化并粘附在基座底部，完成与树脂槽的分离。倘若起初的固化树脂未能全部粘附在基座上，会造成成型件的加工失败。目前控制基座与树脂槽间隙的装置及方法较为复杂，大都是通过在Z轴滑台底部或者顶部安装传感器来精确控制基座的位置，从而实现精确控制基座与树脂槽的间隙。上述方法可行的前提是传感器安装位置必须精确，同时还需要保证树脂槽底部钢化玻璃的加工精度。如果传感器位置安装不精确，或者钢化玻璃厚度不一致，会造成两种结果。一是会造成基座与树脂槽的间隙过大。二是基座与树脂槽接触后，仍然向下移动，破坏树脂槽。上述两种结果都会造成成型件的加工失败。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置，可以保证该间隙内部的液态树脂完全固化并粘附在基座上，从而保证成型件的顺利加工，该装置具有简单可靠的优点。

本发明还提供一种DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的方法，通过控制树脂槽与基座之间的压力值，可轻松实现对基座与树脂槽间隙的控制。

本发明还提供一种DLP光固化3D打印机的固化方法，通过对基座和树脂槽间隙的控制，可以更好的进行固化，提高成型件的加工成功率。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置，包括工作台，所述工作台下方设置DLP投影机，DLP投影机向上投影；所述工作台上部固定树脂槽，所述树脂槽内装有树脂；所述工作台上还固定Z轴滑台，Z轴滑台与延伸至树脂槽内部的基座连接，所述基座上固定压力传感器，所述DLP投影机、压力传感器和Z轴滑台均与控制器连接；

控制器控制Z轴滑台带动基座沿竖直方向向下移动，压力传感器检测基座受到的压力值，若压力值小于设定压力值，Z轴滑台带动基座继续向下移动；若压力值大于或等于设定压力值，基座停止移动。通过控制器和压力传感器监测基座和树脂槽间的压力，可以精确控制基座和树脂槽间的间隙，固化树脂可以很好的粘附在基座上，从而能保证成型件的加工成功率。

优选的，所述树脂槽内底面敷设有薄膜。使基座和树脂槽之间不直接接触，树脂固化后与树脂槽分离更加容易。

进一步优选的，所述薄膜为特氟龙膜。特氟龙膜是一种摩擦系数极低的薄膜，贴敷在硅胶表面，可使固化的树脂与树脂槽轻松分离。

所述树脂槽的内底面为透明材质制成，所述工作台对应树脂槽位置处设有供投影光穿过的通孔。使DLP投影机的投影光可以顺畅透过工作台和树脂槽照射到树脂表面，对树脂进行固化。

所述透明材质为钢化玻璃。既能保证投影光的顺利透过，又能保证树脂槽自身的强度。

优选的，所述薄膜通过硅胶粘结于树脂槽内底面。通过硅胶可以使薄膜很好的粘于树脂槽内底面；硅胶透明，不妨碍投影光的透射；硅胶还具有弹性，可防止基座向下移动时破坏树脂槽内底面，还能给基座提供压力，辅助控制基座和树脂槽的间隙达到设定要求。

优选的，所述压力传感器设置于Z轴滑台和基座之间，所述压力传感器一端固定在Z轴滑台上，压力传感器另一端固定于基座上。Z轴滑台通过压力传感器带动基座上下移动，压力传感器与基座同时动作，可以更准确的检测基座受到的压力值。

所述树脂是液态光敏树脂。液态光敏树脂在照射下立刻引起聚合反应，完成固化，对其的固化简单，容易控制。

DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的方法，包括以下步骤：

(1)：控制器控制Z轴滑台带动基座沿竖直方向向上移动设定距离，使基座与树脂槽完全分离；

(2)：Z轴滑台带动基座沿竖直方向向下移动，压力传感器检测基座所受压力值；

若压力值小于设定压力值，Z轴滑台带动基座继续向下移动；

若压力值大于或等于设定压力值，基座停止移动。

DLP光固化3D打印机的固化方法，包括以下步骤：

(1)：控制器控制Z轴滑台带动基座沿竖直方向向上移动设定距离，使基座与树脂槽完全分离；

(2)：Z轴滑台带动基座沿竖直方向向下移动，压力传感器检测基座所受压力值；

若压力值小于设定压力值，Z轴滑台带动基座继续向下移动；

若压力值大于或等于设定压力值，基座停止移动；

(3)：DLP投影机的投影光透过树脂槽照射至树脂表面，树脂固化后粘附于基座上；

(4)：Z轴滑台带动基座沿竖直方向向上移动设定距离，使固化的树脂与树脂槽完全分离。

本发明的有益效果为：

本发明的DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙的控制方法简单、可靠性高，通过控制树脂槽内底面与基座之间的压力值，可轻松实现对基座与树脂槽间隙的控制，保证了基座与树脂槽之间的间隙满足固化的树脂完全粘附在基座上的要求，解决了加工过程中基座与树脂槽之间的间隙难以控制，导致成型件加工失败的问题。

附图说明

图1为DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置原理图；

图中，1、拉压传感器，2、基座，3、光敏树脂，4、特氟龙膜，5、钢化玻璃，6、工作台，7、DLP投影机，8、Z轴滑台，9、已固化的树脂，10、硅胶涂层，11、控制板卡。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置，包括：安装在工作台6下方的DLP投影机7，DLP投影机7向上投影；在工作台6的上方固定有树脂槽，树脂槽内装有光敏树脂3，树脂槽内底面为钢化玻璃5制成，硅胶涂层10均匀的涂覆在钢化玻璃5上表面，薄膜(本实施例中采用特氟龙膜4)贴敷在硅胶涂层10表面，DLP投影机7的投影光透过树脂槽照射到光敏树脂3表面；钢化玻璃5是一种高强度、透明的玻璃；硅胶涂层10是一种透明的、具有弹性的化学材料，均匀的涂覆在钢化玻璃表面；特氟龙膜4是一种摩擦系数极低的薄膜，贴敷在硅胶表面，可使固化的树脂与树脂槽轻松分离。

基座2的压力通过压力传感器检测，本实施例中选用拉压传感器1，拉压传感器1一端与Z轴滑台8连接，另一端与基座2连接，拉压传感器1是一种将物理信号转变为可测量的电信号输出的装置，拉压传感器1可以实时测量基座所受到的拉力或者压力。Z轴滑台8是一种可带动基座沿竖直方向上下移动的装置。基座2是一种黏附成型件的装置，固化后的树脂粘附在基座上，随着基座的上移与树脂槽完成分离，为下一层的树脂固化做准备。

DLP投影机7、Z轴滑台8、拉压传感器1均与控制器连接，本实施例中控制器选用控制板卡11。控制板卡11包括投影机控制模块、Z轴滑台控制模块、拉压力数据采集模块。投影机控制模块通过视频线控制投影机图像的显示，Z轴滑台控制模块可控制Z轴滑台带动基座沿着竖直方向上下移动，拉压力数据采集模块可实时读取拉压传感器返回的拉压力数值。

控制板卡11控制Z轴滑台8可带动基座2在树脂槽内部沿竖直方向上下运动，控制板卡11可实时采集拉压传感器1测到的拉压力值；当基座2所受到的压力等于或者大于设定的压力值时，基座2停止向下运动，此时基座2与树脂槽之间的间隙可满足固化树脂完全黏附到基座2上。

DLP 3D打印机加工开始时，控制板卡控制Z轴滑台使基座沿竖直方向向下运动，当基座与树脂槽底部的特氟龙膜相接触时，由于树脂槽钢化玻璃表面与特氟龙膜之间的硅胶涂层具有弹性，可防止基座向下移动时破坏钢化玻璃，同时硅胶会对基座施加压力，上述压力值会随着基座与硅胶之间间隙的变小而增大，当控制板卡采集到的压力值达到预设的值时，基座停止向下运动。通过调节压力的预设值可调节基座与硅胶之间间隙的大小。随后DLP投影机的投影光透过树脂槽照射到间隙内部的液态树脂，并使之完全固化。待间隙内的液态树脂完全固化后，Z轴滑台带动基座向上移动一定的距离，使固化的树脂与钢化玻璃表面的特氟龙膜完全分离。

本发明通过调节基座受到的压力值可实现对基座与树脂槽间隙的控制；具有能保证基座与树脂槽的间隙满足固化的树脂完全粘附在基座上的优点。

DLP光固化3D打印机的工作方法，包括如下步骤：

步骤(1)：设定目标压力值，可控制基座与树脂槽之间的间隙的大小。

步骤(2)：在成型件加工开始时，控制板卡控制Z轴滑台带动基座沿着竖直方向向上移动一定的距离，使基座与树脂槽完全分离，随后Z轴滑台带动基座沿着竖直方向向下慢速移动，使基座与树脂槽表面的特氟龙膜慢慢接触，同时拉压传感器实时测量基座所受到的压力，并将将压力反馈到控制板卡：

如果控制板卡采集到的压力值小于步骤(1)中设定的压力值，Z轴滑台带动基座继续沿着竖直方向向下运动；

如果控制板卡采集到的压力值大于或等于步骤(1)中设定的压力值，基座停止向下运动。

步骤(3)：DLP投影机投射出的投影光透过钢化玻璃照射到基座与特氟龙膜间隙内的液态树脂上，使其完全固化，固化的树脂粘附在基座上，Z轴滑台带动基座向上移动一定的距离，使固化的树脂完全与特氟龙膜分离。

本发明的DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置，具体工作过程如下：

在成型件加工开始时，控制板卡11控制Z轴滑台8带动基座2沿着竖直方向向上移动一定的距离，保证基座与树脂槽底部的特氟龙膜4完全分离；

控制板卡11控制Z轴滑台8带动基座2沿着竖直方向向下慢速移动，使基座逐渐靠近特氟龙膜4；

在基座2向下移动的过程中，拉压传感器1实时测量基座2所受到的压力，并将压力值反馈到控制板卡11；

控制板卡11首先判断拉压传感器1测量到压力值是否等于压力的设定值，若测量到的压力值小于设定值，控制板卡11控制Z轴滑台8带动基座2继续向下移动，直到拉压传感器1测到的压力值达到设定值，当测量值达到设定值后，控制板卡11控制基座2停止向下运动，随后通过视频线控制DLP投影机7投射成型件的加工图像，投影光透过树脂槽底部，照射到液态光敏树脂3表面，实现树脂的固化。固化完成后，基座2沿着树脂方向向上移动使固化的树脂与特氟龙膜4分离。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.DLP光固化3D打印机基座与树脂槽间隙控制的装置，其特征是，包括工作台，所述工作台下方设置DLP投影机，DLP投影机向上投影；所述工作台上部固定树脂槽，所述树脂槽内装有树脂；所述工作台上还固定Z轴滑台，Z轴滑台与延伸至树脂槽内部的基座连接，所述基座上固定压力传感器，所述DLP投影机、压力传感器和Z轴滑台均与控制器连接；

控制器控制Z轴滑台带动基座沿竖直方向向下移动，压力传感器检测基座受到的压力值，若压力值小于设定压力值，Z轴滑台带动基座继续向下移动；若压力值大于或等于设定压力值，基座停止移动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述树脂槽内底面敷设有薄膜。

3.如权利要求2所述的装置，其特征是，所述薄膜为特氟龙膜。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征是，所述树脂槽的内底面为透明材质制成，所述工作台对应树脂槽位置处设有供投影光穿过的通孔。

5.如权利要求4所述的装置，其特征是，所述透明材质为钢化玻璃。

6.如权利要求2所述的装置，其特征是，所述薄膜通过硅胶粘结于树脂槽内底面。

7.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述压力传感器设置于Z轴滑台和基座之间，所述压力传感器一端固定在Z轴滑台上，压力传感器另一端固定于基座上。

8.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述树脂是液态光敏树脂。

9.利用权利要求1-8任一项所述的装置的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)：控制器控制Z轴滑台带动基座沿竖直方向向上移动设定距离，使基座与树脂槽完全分离；

(2)：Z轴滑台带动基座沿竖直方向向下移动，压力传感器检测基座所受压力值；

若压力值小于设定压力值，Z轴滑台带动基座继续向下移动；

若压力值大于或等于设定压力值，基座停止移动。

10.利用权利要求1-8任一项所述的装置的固化方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)：控制器控制Z轴滑台带动基座沿竖直方向向上移动设定距离，使基座与树脂槽完全分离；

(2)：Z轴滑台带动基座沿竖直方向向下移动，压力传感器检测基座所受压力值；

若压力值小于设定压力值，Z轴滑台带动基座继续向下移动；

若压力值大于或等于设定压力值，基座停止移动；

(3)：DLP投影机的投影光透过树脂槽照射至树脂表面，树脂固化后粘附于基座上；

(4)：Z轴滑台带动基座沿竖直方向向上移动设定距离，使固化的树脂与树脂槽完全分离。