一種可調打印光斑大小的SLA型三維打印機的制作方法

本實用新型涉及一種SLA型三維打印機，尤其是指一種可調打印光斑大小的SLA型三維打印機。

背景技術：

快速成型是20 世紀80 年代末期產生和發展起來的一種新型制造技術，是計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機數字控制(CNN)、激光、新材料、精密伺服等多項技術的發展和綜合。已知的RP(Rapid Prototyping ：快速成型) 方法包括SLA(Stereo Lithography Apparatus ：立體光固化造型)、LOM(Laminated Object Manufacturing ：分層實體制造)、SLS(Selective Laser Sintering ：選擇性激光燒結)、FDM(Fused Deposition Modeling ：熔融沉積造型)、3DP(Three Dimension Printing ：三維打印)、和SGC(Solid Ground Curing ：固基光敏液相)。

在以上RP(Rapid Prototyping) 方法中，發展較快、應用較廣的是SLA。SLA 的光固化成型的原理是：光源發出的光線向上方穿過液晶面板上的二維圖像( 透光區域)，照射光敏材料，利用流體狀態的光敏樹脂在光照下發生光聚合反應的特點，使流體狀態的光敏樹脂固化成型。當一層曝光完成固化后，再進行下一層的曝光，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復直到整個零件制造完畢。

就目前而言，現有的SLA型三維打印機在其向光敏材料投射光線中，光斑的大小預先設定好的，并且在進行快速成型過程中是恒定不變的，因而無法在使用時候根據需要的成型精密度要求進行靈活調整，因此，當產品僅需要局部進行高精度打印時，就要求光斑初始設定要細，導致不需要高精度打印的部分打印次數增多，能耗增大、成型時間變長，不利于提高成型效率和降低成本，因此現有SLA型三維打印機無法兼顧減少打印時間和提高打印精度。

技術實現要素：

本實用新型提供一種可調打印光斑大小的SLA型三維打印機，其主要目的在于克服現有SLA型三維打印機無法兼顧減少打印時間和提高打印精度的缺陷。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：

一種可調打印光斑大小的SLA型三維打印機，包括用于容納光敏樹脂的承載體、可上下移位地設置于該承載體敞開口上方的固化面板、用于向固化面板所對應的區域投射光線以使所述光敏樹脂固化的光源裝置、用于控制該光源裝置進行XY軸平面移動的行走裝置、驅動已固化有光敏樹脂的固化面板升降的升降部件以及用于控制所述光源裝置、行走裝置及所述升降部件動作的控制單元，所述光源裝置包括光投射單元、用于控制該光投射單元向固化面板投射的光斑大小的光斑調整單元以及用于檢測固化面板上光斑大小的光斑檢測單元，所述光斑檢測單元的輸出端連接于所述控制單元的使能端，所述光斑調整單元的使能端連接于所述控制單元的輸出端。

進一步的，所述光斑調整單元為一用于驅動光投射單元沿Z軸平面上進行上下移位的升降單元。

進一步的，所述光斑檢測單元為一用于拍攝固化面板上光線的攝像頭。

進一步的，所述光投射單元包括一散熱架、安裝于該散熱架內的激光源以及開設于散熱架底面中部并與激光源相通的激光孔，所述升降單元包括一第一固定架、一與所述散熱架側部固定連接的第一滑動架、一第一絲桿、一驅動該第一絲桿轉動的第一電機以及至少一第一導桿，所述第一滑動架上開設有沿Z軸走向的第一螺紋孔和至少一第一導向孔，所述第一絲桿旋合于該第一螺紋孔上，并且其上端和下端各通過一第一軸承安裝于所述第一固定架上，每個第一導桿均對應套設于對其位置相對應的第一導向孔。

進一步的，所述攝像頭布置于所述散熱架底面，并且其位于所述激光孔的一側。

進一步的，還包括一自動調平框架，該自動調平框架包括一用于安裝所述承載體的調平底座、由該調平底座側角位置向上延伸設置的復數根支撐柱以及用于連接各支撐柱上端的復數根頂梁，所述行走裝置安裝于頂梁上。

進一步的，所述調平底座外周緣的至少兩個位置設置有調平單元，每個調平單元均包括一用于帶動調平底座在其位置上進行局部升降的調平絲桿、用于帶動該調平絲桿轉動的調平電機以及一用于安裝和支撐該調平絲桿末端的調平墊塊，所述自動調平框架內設置有至少一陀螺儀，該陀螺儀的輸出端連接于所述控制單元的使能端，各調平電機的使能端連接于所述控制單元的輸出端。

進一步的，所述行走裝置包括Y軸運動架以及滑動安裝于該Y軸運動架上的X軸運動架、一同步帶、在XY軸平面上呈現四邊形且沿逆時針走向布置的第一主驅動輪、第一從導向輪、第二從導向輪、第二主驅動輪以及用于驅動所述第一主驅動輪轉動的第一行走電機、用于驅動所述第二主驅動輪轉動的第二行走電機，所述行走裝置在所述X軸運動架安裝位置的兩側還設置有第一張緊輪和第二張緊輪，所述同步帶的第一端由第一主驅動輪依次固定到所述Y軸運動架的第一端、繞過第一從導向輪、繞過第二從導向輪、固定到所述Y軸運動架的第二端、繞過第二主驅動輪、繞過第二張緊輪后固定到所述X軸運動架的第一端，所述同步帶的第二端由第一主驅動輪繞過第一張緊輪后固定到所述X軸運動架的第二端。

進一步的，所述行走裝置還包括呈Y軸向平行間隔布置的兩導軌，所述Y軸運動架的兩側分別安裝于對應位置導軌的滑座上。

進一步的，所述行走裝置還包括第三張緊輪和第四張緊輪，所述同步帶的第一端由第一主驅動輪依次固定到所述Y軸運動架的第一端、繞過第一從導向輪、繞過第三張緊輪、繞過第四張緊輪、繞過第二從導向輪、固定到所述Y軸運動架的第二端、繞過第二主驅動輪、繞過第二張緊輪后固定到所述X軸運動架的第一端。

和現有技術相比，本實用新型產生的有益效果在于:

1、本實用新型結構簡單、實用性強，通過設置光斑調整單元，可以實現對打印光斑的精準調整，當使用者導入3D模型后，控制單元可以預先劃定產品各部位需要的打印精度，從而對應該打印精度設定光斑大小，當產品局部需要高精度時，則光源裝置可以投射較細的光斑，適當地增長打印時間，從而提高打印質量，當產品局部需要的精度不高時，則光源裝置可以投射較粗的光斑，適當地提高打印速度，減少能耗和成本。

2、在本實用新型中，通過設置光斑檢測單元，當光斑調整單元投射光斑時，可以及時向控制單元反饋光斑大小，從而促使控制單元重新發出調整命令，使得實際投射的光斑大小與控制指令發出的光斑大小趨于一致，這樣不僅有利于減少誤差，提高產品質量，而且可以簡化設備精度要求，使得簡易的光斑調整單元能夠得以適用。

3、在本實用新型中，通過設置所述自動調平框架，可以避免SLA型三維打印機因放置位置不平而導致光敏樹脂的液面與光源裝置投射角度出現傾斜，降低不良產品出現概率，而且整個過程均自動完成，不要人工調平，從而既可以減少人為操作誤差，又可以減少人工調平所帶來的勞動強度。

4、在本實用新型中，光斑調整單元是通過第一絲桿帶動第一滑動架來使得激光孔與光敏樹脂的液面處于不同高度，從而實現光斑調節，整體機構為純機械結構，不僅成本較低，而且無需依賴電子元器件和高精度光學元件，容易實現。

5、在本實用新型中，光斑檢測單元是一攝像頭，不僅元件便宜、容易采購，而且安裝方便，能夠與上述光斑調整單元完美配合。

6、在本實用新型中，所述行走裝置是由H形狀布置的一條同步帶配置上兩主驅動輪、兩從導向輪以及多個張緊輪即可實現控制X軸運動架沿Y軸運動架滑動以及整個Y軸運動架滑動，使用盡量少的部件實現控制光源裝置X軸向行走和Y軸向行走兩大重要功能，結構巧妙、容易實現且成本較低。

附圖說明

圖1為實施例中SLA型三維打印機的結構示意圖。

圖2為實施例中所述自動調平框架的結構示意圖。

圖3為實施例中所述行走裝置的結構示意圖。

圖4為實施例中所述行走裝置的工作示意圖。

圖5為實施例中所述光源裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖說明本實用新型的具體實施方式。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。一種可調打印光斑大小的SLA型三維打印機1，包括用于容納光敏樹脂的承載體2、可上下移位地設置于該承載體2敞開口上方的固化面板3、用于向固化面板3所對應的區域投射光線以使所述光敏樹脂固化的光源裝置4、用于控制該光源裝置4進行XY軸平面移動的行走裝置5、驅動已固化有光敏樹脂的固化面板3升降的升降部件6以及用于控制所述光源裝置4、行走裝置5及所述升降部件6動作的控制單元（圖中未示出），所述光源裝置4包括光投射單元9、用于控制該光投射單元9向固化面板3投射的光斑大小的光斑調整單元7以及用于檢測固化面板3上光斑大小的光斑檢測單元8，所述光斑檢測單元8的輸出端連接于所述控制單元（圖中未示出）的使能端，所述光斑調整單元7的使能端連接于所述控制單元（圖中未示出）的輸出端。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。所述光斑調整單元7為一用于驅動光投射單元9沿Z軸平面上進行上下移位的升降單元70。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。所述光斑檢測單元8為一用于拍攝固化面板3上光線的攝像頭80。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。所述光投射單元9包括一散熱架90、安裝于該散熱架90內的激光源以及開設于散熱架90底面中部并與激光源相通的激光孔91，所述升降單元70包括一第一固定架71、一與所述散熱架90側部固定連接的第一滑動架72、一第一絲桿73、一驅動該第一絲桿73轉動的第一電機74以及至少一第一導桿75，所述第一滑動架72上開設有沿Z軸走向的第一螺紋孔和至少一第一導向孔76，所述第一絲桿73旋合于該第一螺紋孔上，并且其上端和下端各通過一第一軸承77安裝于所述第一固定架71上，每個第一導桿75均對應套設于對其位置相對應的第一導向孔76。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。所述攝像頭80布置于所述散熱架90底面，并且其位于所述激光孔91的一側。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。還包括一自動調平框架10，該自動調平框架10包括一用于安裝所述承載體2的調平底座11、由該調平底座11側角位置向上延伸設置的復數根支撐柱12以及用于連接各支撐柱12上端的復數根頂梁13，所述行走裝置5安裝于頂梁13上。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。所述調平底座11外周緣的至少兩個位置設置有調平單元15，每個調平單元15均包括一用于帶動調平底座11在其位置上進行局部升降的調平絲桿（圖中未示出）、用于帶動該調平絲桿（圖中未示出）轉動的調平電機152以及一用于安裝和支撐該調平絲桿（圖中未示出）末端的調平墊塊153，所述自動調平框架10內設置有至少一陀螺儀154，該陀螺儀154的輸出端連接于所述控制單元（圖中未示出）的使能端，各調平電機152的使能端連接于所述控制單元（圖中未示出）的輸出端。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。所述行走裝置5包括Y軸運動架50以及滑動安裝于該Y軸運動架50上的X軸運動架51、一同步帶52、在XY軸平面上呈現四邊形且沿逆時針走向布置的第一主驅動輪53、第一從導向輪54、第二從導向輪55、第二主驅動輪56以及用于驅動所述第一主驅動輪53轉動的第一行走電機530、用于驅動所述第二主驅動輪56轉動的第二行走電機560，所述行走裝置5在所述X軸運動架51安裝位置的兩側還設置有第一張緊輪570和第二張緊輪571，所述同步帶52的第一端由第一主驅動輪53依次固定到所述Y軸運動架50的第一端、繞過第一從導向輪54、繞過第二從導向輪55、固定到所述Y軸運動架50的第二端、繞過第二主驅動輪56、繞過第二張緊輪571后固定到所述X軸運動架51的第一端，所述同步帶52的第二端由第一主驅動輪53繞過第一張緊輪570后固定到所述X軸運動架51的第二端。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。所述行走裝置5還包括呈Y軸向平行間隔布置的兩導軌58，所述Y軸運動架50的兩側分別安裝于對應位置導軌58的滑座59上。

參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。所述行走裝置5還包括第三張緊輪572和第四張緊輪573，所述同步帶52的第一端由第一主驅動輪53依次固定到所述Y軸運動架50的第一端、繞過第一從導向輪54、繞過第三張緊輪572、繞過第四張緊輪573、繞過第二從導向輪55、固定到所述Y軸運動架50的第二端、繞過第二主驅動輪56、繞過第二張緊輪571后固定到所述X軸運動架51的第一端。

和現有技術相比，本實用新型產生的有益效果在于:

1、本實用新型結構簡單、實用性強，通過設置光斑調整單元7，可以實現對打印光斑的精準調整，當使用者導入3D模型后，控制單元（圖中未示出）可以預先劃定產品各部位需要的打印精度，從而對應該打印精度設定光斑大小，當產品局部需要高精度時，則光源裝置4可以投射較細的光斑，適當地增長打印時間，從而提高打印質量，當產品局部需要的精度不高時，則光源裝置4可以投射較粗的光斑，適當地提高打印速度，減少能耗和成本。

2、在本實用新型中，通過設置光斑檢測單元8，當光斑調整單元7投射光斑時，可以及時向控制單元（圖中未示出）反饋光斑大小，從而促使控制單元（圖中未示出）重新發出調整命令，使得實際投射的光斑大小與控制指令發出的光斑大小趨于一致，這樣不僅有利于減少誤差，提高產品質量，而且可以簡化設備精度要求，使得簡易的光斑調整單元7能夠得以適用。

3、在本實用新型中，通過設置所述自動調平框架10，可以避免SLA型三維打印機因放置位置不平而導致光敏樹脂的液面與光源裝置4投射角度出現傾斜，降低不良產品出現概率，而且整個過程均自動完成，不要人工調平，從而既可以減少人為操作誤差，又可以減少人工調平所帶來的勞動強度。

4、在本實用新型中，光斑調整單元7是通過第一絲桿73帶動第一滑動架72來使得激光孔91與光敏樹脂的液面處于不同高度，從而實現光斑調節，整體機構為純機械結構，不僅成本較低，而且無需依賴電子元器件和高精度光學元件，容易實現。

5、在本實用新型中，光斑檢測單元8是一攝像頭80，不僅元件便宜、容易采購，而且安裝方便，能夠與上述光斑調整單元7完美配合。

6、在本實用新型中，所述行走裝置5是由H形狀布置的一條同步帶52配置上兩主驅動輪、兩從導向輪以及多個張緊輪即可實現控制X軸運動架51沿Y軸運動架50滑動以及整個Y軸運動架50滑動，使用盡量少的部件實現控制光源裝置4X軸向行走和Y軸向行走兩大重要功能，結構巧妙、容易實現且成本較低。

上述僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本實用新型進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本實用新型保護范圍的行為。