能够自动连续打印的光固化型三维打印设备、方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种能够自动连续打印的光固化型三维打印设备、方法及系统，其通过自动对三维模型进行排版，自动对排版后的三维模型打印和取件收集，还能在需要补液时，自动的对物料槽进行补液，实现了可在无人工参与的情况下，自动连续打印。

Stereolithography 3D printing equipment, method and system capable of automatic continuous printing

The invention provides a kind of light curing type 3D printing equipment, method and system which can automatically print the 3D model, automatically print and collect the three dimensional model after the typesetting, and can automatically fill the material slot when the fluid is needed, and it can be realized without manual participation. In the case of the automatic printing.

【技术实现步骤摘要】
能够自动连续打印的光固化型三维打印设备、方法及系统
本专利技术主要涉及光固化型三维打印技术，尤其涉及一种能够自动连续打印的光固化型三维打印设备、方法及系统。
技术介绍
三维打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，三维打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。目前三维打印技术的成型方式仍在不断演变，所使用的材料也多种多样。在各种成型方式中，光固化法是较为成熟的方式。光固化法是利用光敏树脂被紫外光照射后发生固化的原理，进行材料累加成型，具有成型精度高、表面光洁度好、材料利用率高等特点。图1是光固化型三维打印设备的基本结构。这一三维打印设备100包括用于容纳光敏树脂的物料槽110、用于连接成型工件的升降台120、用于铺展光敏树脂的涂布刮板130、用于使光敏树脂固化的图像曝光系统140以及用于控制升降台120、涂布刮板130和图像曝光系统140动作的控制系统150。图像曝光系统140位于物料槽110上方，并可照射光束图像使物料槽110液面的一层光敏树脂被固化。每次图像曝光系统140照射光束图像致使一层光敏树脂固化后，升降台120都会带动成型的那层固化的光敏树脂略微下降，并通过涂布刮板130运动使固化后的工件顶面均匀铺展光敏树脂，等待下一次照射。如此循环，将会得到逐层累加成型的三维工件。在现有通常的三维打印技术中，由于需要打印的三维模型的大小、形状都没有规律，无法自动排版，均是由人工在电脑上对需要打印的一个或多个三维模型进行排版，完成排版后再将模型整体发送到三维打印设备中进行打印。也就说，现有的三维打印设备均无法实现对多个三维模型的自动排版，这在一般的三维打印设备中不存在问题，因为普通的三维打印设备需要打印的三维模型的大小、形状都没有规律，且普通三维打印设备打印物体通常需要十几甚至几十个小时，一天需要排版的次数有限。但在高速三维打印设备中，打印小件物品时(例如打印牙齿模型)，一个小时即可打印完毕，需要人工反复的排版，费时费力。在现有的光固化型三维打印设备，工件打印完成后均是通过人工将工件取下，并且如果需要的话，补充液态光敏树脂(后文简称为补液)后，才能开始下一次打印，这在一般的三维打印设备中不存在问题，因为普通三维打印设备打印物体通常需要十几甚至几十个小时，一天将工件取下和补液的次数有限。但在高速三维打印设备，打印小件物品时(例如打印牙齿模型)，一个小时即可打印完毕，人工参与取下工件和补液的次数就会很频繁。这些三维打印设备均无法实现连续的自动打印，且效率较低。另外，现有的光固化型三维打印设备很少具有自动补液的能力，这是因为光敏树脂粘度大，每次需要补充的量也通常不大。若使用高粘度补液泵抽取光敏树脂进行补液，由于高粘度泵价格高，体积也较大，通常流量很大，无法进行精确控制补液量，因此采用这种方案的三维打印设备成本高、体积大且补液精度差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种三维打印设备及打印方法，可以在无人工参与的情况下，自动连续打印，具有较高的打印效率。为解决上述技术问题，本专利技术的一方面提供了一种能够自动连续打印的光固化型三维打印设备，包括自动排版系统、自动打印和取件收集装置以及自动补液装置，其中，该自动打印和取件收集装置具有用于容纳光敏树脂的物料槽和用于连接成型工件的升降台；该自动排版系统，用于接收多个三维模型，对该多个三维模型进行排版，并输出排版后的三维模型；该自动打印和取件收集装置，用于接收该排版后的三维模型，打印该排版后的三维模型，并在打印完成后，将工件从该升降台上取下并收集；该自动补液装置，用于判断是否需要补液，若需要，则对该物料槽进行补充光敏树脂。在本专利技术的一实施例中，该自动排版系统对该多个三维模型进行排版是按如下排版规则进行：该多个三维模型沿与用于铺展光敏树脂的涂布刮板长度平行的方向排列成n行，该n行中的该多个三维模型的高度满足如下关系：假设第i行是该多个三维模型中具有最高高度的三维模型所在的行，则第i行中的多个三维模型的最低高度大于或等于第i+1行和第i-1行中的多个三维模型的最高高度，且该第i+1行中的多个三维模型中的最低高度大于或等于第i+2行中的多个三维模型的最高高度，该第i-1行中的多个三维模型中的最低高度大于或等于第i-2行中的多个三维模型的最高高度，依此类推；其中n为自然数，i＝1,2,…,n。在本专利技术的一实施例中，该n行中的至少其中一行的多个三维模型采用沿一方向从高到低的方式进行布置。在本专利技术的一实施例中，该n行中的至少其中一行的多个三维模型采用中间高两边低的方式进行布置。在本专利技术的一实施例中，该自动排版系统包括：排序模块，用于将该多个三维模型按高度从高到低排列；分行模块，用于将排列后的该多个三维模型根据边界条件分成n行；行间调整模块，用于对分成n行的该多个三维模型，以行为单位进行位置调整。在本专利技术的一实施例中，该自动排版系统包括：行内调整模块，用于对该n行中的至少一行内的多个三维模型进行行内位置调整。在本专利技术的一实施例中，该涂布刮板仅对正在打印的区域进行刮动。在本专利技术的一实施例中，该自动排版系统包括：排序模块，用于计算该多个三维模型的包围盒尺寸，并将该多个三维模型按照该包围盒的宽度降序排列；空间分配模块，用于根据剩余该三维模型的最大宽度尝试在该升降台中分配一行或列空间，并判断该升降台的空间是否足够；排列模块，用于在该升降台具有足够的空间时，取出该多个三维模型排成一行或列；行列空间挤压模块，用于在该多个三维模型排成一行或列后，减小行或列之间的间隔。在本专利技术的一实施例中，该自动排版系统还包括：模型整体居中模块，用于在该升降台没有足够的空间时，将该模型整体相对于该升降台的空间进行居中布置。在本专利技术的一实施例中，该自动打印和取件收集装置还具有设置于该升降台下方的顶起装置、设置于该升降台上方的收集刮板和存储装置；该升降台上分布有多个贯孔；该顶起装置，具有与该多个贯孔对应设置的多个顶杆，用于将成型于该升降台上的该工件顶起，使该工件与该升降台分离；该收集刮板，用于将与该升降台分离的该工件刮离该升降台；该存储装置，用于容纳收集到的工件。在本专利技术的一实施例中，该顶起装置还具有振动装置；在该多个顶杆将该工件顶起的过程中，该振动装置使该多个顶杆振动。在本专利技术的一实施例中，该升降台具有升降装置和平台，该平台可分离的连接于该升降装置，该工件成型于该平台上；该自动打印和取件收集装置还具有自动替换装置，用于将具有工件的该平台从该升降装置上取下，并将一新的该平台设置于该升降装置上。在本专利技术的一实施例中，该自动补液装置具有补液箱和电动阀；该补液箱，设置于该物料槽的上方，用于容纳光敏树脂；该电动阀，连接于该补液箱的底面和/或侧面的底部；在需要对该物料槽进行补液时，打开该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够自动连续打印的光固化型三维打印设备，包括自动排版系统、自动打印和取件收集装置以及自动补液装置，其中，该自动打印和取件收集装置具有用于容纳光敏树脂的物料槽和用于连接成型工件的升降台；该自动排版系统，用于接收多个三维模型，对该多个三维模型进行排版，并输出排版后的三维模型；该自动打印和取件收集装置，用于接收该排版后的三维模型，打印该排版后的三维模型，并在打印完成后，将工件从该升降台上取下并收集；该自动补液装置，用于判断是否需要补液，若需要，则对该物料槽进行补充光敏树脂。

【技术特征摘要】
1.一种能够自动连续打印的光固化型三维打印设备，包括自动排版系统、自动打印和取件收集装置以及自动补液装置，其中，该自动打印和取件收集装置具有用于容纳光敏树脂的物料槽和用于连接成型工件的升降台；该自动排版系统，用于接收多个三维模型，对该多个三维模型进行排版，并输出排版后的三维模型；该自动打印和取件收集装置，用于接收该排版后的三维模型，打印该排版后的三维模型，并在打印完成后，将工件从该升降台上取下并收集；该自动补液装置，用于判断是否需要补液，若需要，则对该物料槽进行补充光敏树脂。2.根据权利要求1所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动排版系统对该多个三维模型进行排版是按如下排版规则进行：该多个三维模型沿与用于铺展光敏树脂的涂布刮板长度平行的方向排列成n行，该n行中的该多个三维模型的高度满足如下关系：假设第i行是该多个三维模型中具有最高高度的三维模型所在的行，则第i行中的多个三维模型的最低高度大于或等于第i+1行和第i-1行中的多个三维模型的最高高度，且该第i+1行中的多个三维模型中的最低高度大于或等于第i+2行中的多个三维模型的最高高度，该第i-1行中的多个三维模型中的最低高度大于或等于第i-2行中的多个三维模型的最高高度，依此类推；其中n为自然数，i＝1,2,…,n。3.根据权利要求2所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该n行中的至少其中一行的多个三维模型采用沿一方向从高到低的方式进行布置。4.根据权利要求2所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该n行中的至少其中一行的多个三维模型采用中间高两边低的方式进行布置。5.根据权利要求2所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动排版系统包括：排序模块，用于将该多个三维模型按高度从高到低排列；分行模块，用于将排列后的该多个三维模型根据边界条件分成n行；行间调整模块，用于对分成n行的该多个三维模型，以行为单位进行位置调整。6.根据权利要求5所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动排版系统包括：行内调整模块，用于对该n行中的至少一行内的多个三维模型进行行内位置调整。7.根据权利要求2至6中的任一项所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该涂布刮板仅对正在打印的区域进行刮动。8.根据权利要求1所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动排版系统包括：排序模块，用于计算该多个三维模型的包围盒尺寸，并将该多个三维模型按照该包围盒的宽度降序排列；空间分配模块，用于根据剩余该三维模型的最大宽度尝试在该升降台中分配一行或列空间，并判断该升降台的空间是否足够；排列模块，用于在该升降台具有足够的空间时，取出该多个三维模型排成一行或列；行列空间挤压模块，用于在该多个三维模型排成一行或列后，减小行或列之间的间隔。9.根据权利要求8所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动排版系统还包括：模型整体居中模块，用于在该升降台没有足够的空间时，将该模型整体相对于该升降台的空间进行居中布置。10.根据权利要求1所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动打印和取件收集装置还具有设置于该升降台下方的顶起装置、设置于该升降台上方的收集刮板和存储装置；该升降台上分布有多个贯孔；该顶起装置，具有与该多个贯孔对应设置的多个顶杆，用于将成型于该升降台上的该工件顶起，使该工件与该升降台分离；该收集刮板，用于将与该升降台分离的该工件刮离该升降台；该存储装置，用于容纳收集到的工件。11.根据权利要求10所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该顶起装置还具有振动装置；在该多个顶杆将该工件顶起的过程中，该振动装置使该多个顶杆振动。12.根据权利要求1所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该升降台具有升降装置和平台，该平台可分离的连接于该升降装置，该工件成型于该平台上；该自动打印和取件收集装置还具有自动替换装置，用于将具有工件的该平台从该升降装置上取下，并将一新的该平台设置于该升降装置上。13.根据权利要求1所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动补液装置具有补液箱和电动阀；该补液箱，设置于该物料槽的上方，用于容纳光敏树脂；该电动阀，连接于该补液箱的底面和/或侧面的底部；在需要对该物料槽进行补液时，打开该电动阀，使该补液箱中的光敏树脂基于重力作用流入到该物料槽中。14.根据权利要求1所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动补液装置具有密封的补液箱和打气装置；该补液箱，用于容纳光敏树脂；该打气装置，用于对该补液箱注入气体；在需要对该物料槽进行补液时，该打气装置向该补液箱注入气体，使该补液箱中的光敏树脂基于气压的作用下流入到该物料槽中。15.根据权利要求13或14所述的光固化型三维打印设备，其特征在于：该自动补液装置还具有液位检测装置，用于检测物料槽中的光敏树脂的液位。16.一种能够自动连续打印的光固化型三维打印系统，包括上位机和多台如权利要求1至15任一项所述的光固化型三维打印设备；该上位机接收到打印任务时，查询该多台光固化型三维打印设备的状态，若有空闲的该光固化型三维打印设备，则该上位机将当前任务的三维模型发送给处于空闲状态的一台或多台该光固化型三维打印设备进行打印；该...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯锋，
申请(专利权)人：上海普利生机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31