光固化快速成型3D打印机的闭环控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种光固化快速成型3D打印机的闭环控制系统，包括机架、Z轴升降系统、电机、滑块、托架、工作平台、控制器、电机驱动器、标尺和读数头，所述控制器与电气驱动器相连接，电机驱动器与电机相连接，读数头与电机驱动器或控制器相连接；当读数头与电机驱动器相连接时，电机驱动器根据读数头的反馈读数值来计算读数差值后向电机发送校正脉冲；当读数头与控制器相连接时，控制器根据读数头的反馈读数值来计算读数差值后控制电机驱动器向电机发送校正脉冲。本申请通过读数头将实际位置读数反馈给控制器或电机驱动器，控制器或电机驱动器通过计算实际位置读数与理论位置读数之间的差值后向电机发送校正脉冲，保证Z轴升降系统运动精度和定位精度。

【技术实现步骤摘要】
光固化快速成型3D打印机的闭环控制系统
本技术涉及一种3D打印机，特别是涉及一种光固化快速成型3D打印机的闭 环控制系统。
技术介绍
增材制造（Additive Manufacturing,AM)技术是一种采用材料逐渐累加的方法制 造实体零件的技术，其相对于传统的材料去除--车削、切削、磨削等加工技术而言，增 材制造技术是一种自下而上的制造方法，其基于离散一堆积原理，由零件三维数据驱动直 接制造零件。近二十年来，AM技术取得了快速发展，AM技术同时又称为快速原型制造技术、 3D打印技术、实体自由制造技术等。AM技术先生成一个产品的三维CAD实体模型或曲面模 型文件，然后将该文件转换为STL格式文件，再用软件从转换后的STL文件中切出已设定厚 度的一系列片层，这些片层按次序累积起来后仍是所设计的零件形状；将上述一系列片层 的资料传递到快速成型机（也就是3D打印机）中，用材料添加法依次将每一层制造出来、 并将制造好的各层依次连接，直至完成整个零件。 目前，3D打印的成型技术主要有以下几种：立体光固化快速成型（SLA)、选择性激 光烧结成型（SLS)、熔融沉积制造（FDM)、叠层实体制造（LOM)、三维打印（3DP)和选择性激 光金属熔敷（SLM);其中，光固化（SLA)设备是一个结合了固体激光器、光化学材料、扫描控 制、RP数据处理、电气控制以及机械设计等技术的跨学科集成系统，其成型原理是基于光敏 树脂受紫外光照射凝固的原理，计算机控制激光逐层扫描固化液槽中的光敏树脂。每一层 固化的截面是由零件的三维CAD模型软件分层得到，如此逐层叠加，直至最后得到光敏树 脂实物原型。与基于FDM开源技术的低成本桌面型3D打印设备相比，SLA设备的制造成本 和工艺复杂度高，在工艺控制、成型质量以及市场进入、产业资源配套等方面有较高进入门 槛，目前在全球范围内，能充分完全掌握SLA技术和工艺的公司不超过5家。 在制造每一片层的过程中，光固化快速成型是利用液态光敏树脂在紫外激光的照 射下吸收光能，然后发生光聚合反应而成型零件。具体说，如图1所示，基于光固化快速成 型的3D打印机主要包括机架、Z轴升降系统101、树脂槽102、涂层系统和树脂循环系统构 成，Z轴升级系统的下端固定有一 L形的托架103,该托架103上固定有一工作平台104, Z 轴升降系统101带动工作平台104上下移动；所述树脂槽102中放置有树脂，树脂液面的 上方设有一用于发射激光的激光光源105。在初始时，工作平台位于树脂液面上，激光在计 算机的控制下扫描并固化出第一层；Z轴升降系统通过托架带动工作平台向下移动一层， 树脂液面保持不变，涂层系统使得刚刚固化的第一层上涂上一薄层树脂，则激光在计算机 的控制下扫描并固化出第二层，且第二层与第一层粘接在一起，如此循环后依次固化出零 件的每一层，直至制作出整个零件。在实际成型过程中，前几十层一般都是支撑，支撑制作 完成后才开始制作零件。故由此可知：零件的分层厚度（也就是每一片层的厚度）是一个 重要的工艺参数，它决定了成型零件的表面精度和制作时间，因而，分层厚度的确定要综合 考虑零件的表面精度要求和制作时间。除此之外，分层厚度并不是可以任意小，这主要是由 于树脂表面张力的影响，使得薄层树脂的涂层受限制，树脂粘度越大，薄层树脂的涂层就越 难，从而限制了分层厚度的减小。最小分层厚度与树脂的粘度有关，树脂粘度越小，分层厚 度可以越小，制造零件过程中每个片层的层厚一般为0. Olmm?0. 5mm。 在3D打印领域中，一般采用开环控制的方式来控制Z轴升降系统的下移距离，Z轴 升降系统由电机、丝杠螺母机构构成，所述电机为步进电机或伺服电机，通过丝杠螺母机构 将电机的转动转换为螺母的上下升降运动，从而带动托架和工作平台一起上下升降运动。 开环控制，即控制器发送脉冲至电机驱动器，根据发送的脉冲数计算出理论的位置行程，根 据发送脉冲的频率计算出理论的运动速度：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光固化快速成型3D打印机的闭环控制系统，包括机架(1)、设在机架(1)中的Z轴升降系统、电机(2)、滑块(3)、托架(4)和工作平台(5)，所述Z轴升降系统分别连接电机(2)和滑块(3)、用于将电机(2)的转动转换成滑块(3)的上下直线运动，所述托架(4)的上端与滑块(3)固定连接，下端与工作平台(5)固定连接，其特征在于：还包括控制器、电机驱动器和直线位移检测装置(6)，所述直线位移检测装置(6)包括一固定在机架(1)上且上下延伸的标尺(61)和一固定在滑块(3)上的读数头(62)，该读数头(62)与标尺(61)相对设置、用于读取标尺(61)上的读数，所述控制器与电气驱动器相连接，电机驱动器与电机(2)相连接，读数头(62)与电机驱动器或控制器相连接； 当读数头(62)与电机驱动器相连接时，电机驱动器根据读数头(62)的反馈读数值来计算读数差值后向电机(2)发送校正脉冲； 当读数头(62)与控制器相连接时，控制器根据读数头(62)的反馈读数值来计算读数差值后控制电机驱动器向电机(2)发送校正脉冲。

【技术特征摘要】
1. 一种光固化快速成型3D打印机的闭环控制系统，包括机架（I)、设在机架（1)中的 Z轴升降系统、电机（2)、滑块（3)、托架（4)和工作平台（5)，所述Z轴升降系统分别连接电 机（2)和滑块（3)、用于将电机（2)的转动转换成滑块（3)的上下直线运动，所述托架（4) 的上端与滑块（3)固定连接，下端与工作平台（5)固定连接，其特征在于：还包括控制器、电 机驱动器和直线位移检测装置（6)，所述直线位移检测装置（6)包括一固定在机架（1)上 且上下延伸的标尺￠1)和一固定在滑块（3)上的读数头￠2)，该读数头￠2)与标尺（61) 相对设置、用于读取标尺（61)上的读数，所述控制器与电气驱动器相连接，电机驱动器与 电机（2)相连接，读数头（62)与电机驱动器或控制器相连接； 当读数头￠2)与电机驱动器相连接时，电机驱动器根据读数头￠2)的反馈读数值来 计算读数差值后向电机（2)发送校正脉冲； 当读数头￠2)与控制器相连接时，控制器根据读数头￠2)的反馈读数值来计算读数 差值后控制电机驱动器向电机（2)发送校正脉冲。2. 根据权利要求1所述的闭环控制系统，其特征在于：所述Z轴升降系统为一滚珠丝 杠（7)机构，包括相互配合的丝杠（7)和螺母，所述丝杠（7)上端通过联轴器与电机（2)相 连接，所述螺母与滑块（3)固定连接。3. 根据权利要求1所述的闭环控制系统，其特征在于：所述机架（1)上设有一上下延 伸的轨道（8)，该轨道（8)的左右...

【专利技术属性】
技术研发人员：万欣，杜迪坤，刘震，马劲松，
申请(专利权)人：上海联泰三维科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31