一种增材制造装置

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种增材制造装置。

背景技术

增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展。

现有的增材制造技术中，光固化是一种被广泛应用的方法，光固化方法是利用紫外线光源，将光敏物质逐层固化成固体，从而构建出三维物体。

然而，现有的光固化增材制造技术仍然面临一些挑战，首先，对于大幅面的工件而言，现有的光固化设备通常受到DLP（数字光处理）光机幅面尺寸的限制。传统的固定光束系统仅能处理较小的工作区域，难以满足制造大幅面工件的需求，这一局限限制了增材制造的适用性和生产效率；其次，现有的光固化增材制造技术难以快速且准确地调整光束，从而影响了打印精度，尽管通过拼接多台DLP光机可以实现大幅面高精度的打印，但这在工业生产中可能会导致打印机成本大幅上升，不利于工业推广。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种增材制造装置，旨在解决现有技术中通过设置单一的DLP光机，其难以适配大幅面的工件制造需求，且难以快速、准确的调整光束，造成打印精度下降；而设置多个DLP光机，将造成打印成本大幅上升，不利于工业推广的技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种增材制造装置，包括支撑框体，所述支撑框体包括支撑底板、平衡顶框及设于所述支撑底板与所述平衡顶框之间的若干个支撑杆，所述支撑底板、所述平衡顶框及若干个所述支撑杆之间围合形成操作空间，所述操作空间内自上而下依次设置DLP光机、振镜、成料平台及载料盒，所述支撑底板上设置所述载料盒，所述载料盒朝向所述成料平台的一面内凹形成用于容纳固化材料的料槽，所述支撑框体上设置平面驱动组件及空间驱动组件，所述平面驱动组件用于驱动所述DLP光机于水平面上双轴移动，所述空间驱动组件用于驱动所述振镜三轴移动，所述成料平台垂向移动连接于所述振镜与所述料槽的底部之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在需要进行大幅面的增材打印时，将固化材料置于所述料槽内，并将所述成料平台下降至所述料槽内，此时，通过所述平面驱动组件驱动所述DLP光机沿x轴和/或y轴方向移动，所述空间驱动组件驱动所述振镜同步沿x轴和/或y轴方向移动，使所述DLP光机与所述振镜始终处于同一垂向上，进而逐步完成大幅面的打印，满足了对大幅面工件制造的需求，且仅需设置一台所述DLP光机，即可完成全部的打印工作，有效的节约了打印成本，进一步地，通过所述空间驱动组件驱动所述振镜沿z轴方向移动，进而可调节所述DLP光机与所述振镜之间的距离，以完成对所述DLP光机发射的光束的快速、准确的调节，提高了打印的精度。

进一步，所述平面驱动组件包括从动块、第一丝杆及第一导向杆，所述支撑框体相对的两侧均设置第一滑动机构，两所述第一滑动机构之间转动连接所述第一丝杆及所述第一导向杆，所述从动块套接于所述第一丝杆及所述第一导向杆外，且所述从动块上设置所述DLP光机。

更进一步，所述第一滑动机构包括第一驱动块及位于所述支撑框体相对的两端的第一限位块，两所述第一限位块之间连接第二丝杆，所述第一驱动块套接于所述第二丝杆上，所述第一驱动块通过所述第一丝杆及所述第一导向杆连接所述从动块。

更进一步，所述空间驱动组件包括承载机构及支撑机构，所述支撑底板相对的两侧均设置所述承载机构，所述承载机构包括承载块及升降杆，所述承载块连接于所述支撑底板的一侧，所述承载块的顶部连接所述升降杆，所述升降杆外套接升降块，两所述升降块之间设置所述支撑机构，所述支撑机构用于驱动所述振镜于水平面上双轴移动。

更进一步，所述支撑机构包括支撑框及分别连接于两所述承载机构上的两第二滑动机构，所述第二滑动机构包括转动连接于所述支撑底板相对的两端的第三丝杆，所述第三丝杆自所述支撑底板向所述平衡顶框方向延伸，两所述第三丝杆上均套接第二驱动块，两所述第二驱动块之间转动连接第四丝杆，所述第四丝杆外套接第三驱动块，所述第三驱动块滑动连接所述升降块，两所述第三驱动块之间连接第五丝杆及第二导向杆，所述支撑框套接于所述第五丝杆及所述第二导向杆外，所述振镜转动连接于所述支撑框内。

更进一步，所述载料盒上设置摄像机，所述摄像机位于所述载料盒的顶部，以拍摄增材打印情况。

更进一步，所述增材制造装置还包括控制组件，所述控制组件电性连接所述DLP光机、所述平面驱动组件、所述空间驱动组件及所述摄像机，以通过图像处理方法完成增材制造。

更进一步，所述图像处理方法具体为：

获取待制造增材的三维图，基于预设厚度将所述三维图切分为若干个平面图，并基于预设大小将所述平面图切分为若干个细部图；

通过所述控制组件驱动所述成料平台置于所述料槽内，并通过所述控制组件驱动所述平面驱动组件及所述空间驱动组件，以使所述DLP光机及所述振镜移动至指定位置，通过所述控制组件驱动所述DLP光机启动，以完成若干个所述细部图的打印，并于所述成料平台上形成若干个细部结构；

所述摄像机拍摄所述细部结构，以形成成品图，将所述成品图传输至所述控制组件，以识别相邻的所述细部结构之间是否存在间隙；

若存在间隙，则所述控制组件基于融合算法生成填补图，并驱动相应部件于间隙处完成所述填补图的增材打印。

更进一步，所述则所述控制组件基于融合算法生成填补图的步骤具体包括：

所述控制组件分别对相邻的成品图进行连续降采样及高斯模糊处理，以分别形成包括若干层第一图像的第一高斯金字塔及包括若干层第二图像的第二高斯金字塔；

分别对若干层所述第一图像及若干层所述第二图像进行上采样处理，以将所述第一高斯金字塔及所述第二高斯金字塔分别转换为包括若干层第三图像的第一拉普拉斯金字塔及包括若干层第四图像的第二拉普拉斯金字塔；

基于所述第三图像及所述第四图像，对每层的所述第一拉普拉斯金字塔及所述第二拉普拉斯金字塔进行融合操作，以形成若干层基础融合图像；

对若干层所述基础融合图像进行上采样重建，以形成填补图。

再进一步，所述第三图像的获取公式为：

，

其中，

所述基础融合图像的获取公式为：

，

其中，

所述填补图的获取公式为：

，

其中，

附图说明

图1为本发明实施例中增材制造装置于第一视角下的结构示意图；

图2为本发明实施例中增材制造装置于第二视角下的结构示意图；

图3为本发明实施例中增材制造装置于第三视角下的结构示意图；

图4为本发明实施例中增材制造装置于第四视角下的结构示意图；

主要元件符号说明：

10、支撑框体；110、支撑底板；120、支撑杆；130、平衡顶框；20、DLP光机；30、振镜；40、成料平台；50、载料盒；60、平面驱动组件；610、从动块；620、第一丝杆；630、第一导向杆；640、第一滑动机构；641、第一驱动块；642、第一限位块；643、第二丝杆；70、空间驱动组件；710、承载机构；711、承载块；712、升降杆；713、升降块；720、支撑机构；721、支撑框；722、第二滑动机构；7221、第三丝杆；7222、第二驱动块；7223、第四丝杆；7224、第三驱动块；7225、第五丝杆；7226、第二导向杆；80、摄像机；910、支撑板；920、竖板；930、竖向轨道；940、夹板；950、连接机构。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，本发明实施例中的增材制造装置，包括支撑框体10，所述支撑框体10包括支撑底板110、平衡顶框130及设于所述支撑底板110与所述平衡顶框130之间的若干个支撑杆120，所述支撑底板110、所述平衡顶框130及若干个所述支撑杆120之间围合形成操作空间，优选地，所述支撑框体10包括四个所述支撑杆120，四个所述支撑杆120分别位于所述支撑底板110的四角处，可以理解地，所述平衡顶框130为矩形框状结构，四个所述支撑杆120远离所述支撑底板110的一端连接于所述平衡顶框130的四角处。

所述操作空间内自上而下依次设置DLP光机20、振镜30、成料平台40及载料盒50，所述支撑底板110上设置所述载料盒50，所述载料盒50朝向所述成料平台40的一面内凹形成用于容纳固化材料的料槽，优选地，所述支撑底板110上垂向移动连接所述载料盒50，具体地，所述支撑底板110上设置若干个驱动电机，若干个所述驱动电机均驱动连接伸缩杆，所述伸缩杆远离所述支撑底板110的一端连接于所述载料盒50朝向所述支撑底板110的一面，进而通过所述驱动电机驱动所述伸缩杆伸缩，以实现所述载料盒50的升降，通过垂向移动的连接方式，在需要进行增材打印时，先将所述载料盒50下降至所述支撑底板110处，完成固化材料的放置后，将所述载料盒50上升至合适位置，以完成后续打印工作，在完成打印后，可将所述载料盒50重新下降至所述支撑底板110处，以完成回收及清洁工作。

所述成料平台40垂向移动连接于所述振镜30与所述料槽的底部之间。在需要进行增材打印时，通过将固化材料置于所述料槽内，并使所述成料平台40垂向下移，直至进入所述料槽，随打印的进行，每完成一层增材的打印后，使所述成料平台40向所述料槽的底部移动预设距离，直至于所述成料平台40上完成全部的打印工作后，使所述成料平台40沿垂向上移，将打印完成的增材移出所述料槽。通过垂向移动的连接方式，实现下沉式的增材打印，可避免增材在打印过程中于所述成料平台40上垮塌，影响打印效率。

具体地，所述支撑底板110的一侧连接支撑板910，所述支撑板910的顶部连接竖板920，所述竖板920朝向所述支撑框体10的一面连接竖向轨道930，所述竖向轨道930上垂向滑动连接夹板940，所述夹板940通过连接机构950连接所述成料平台40朝向所述平衡顶框130的一面。通过所述夹板940沿所述竖向轨道930垂向移动，进而实现对所述成料平台40的高度调节。

所述支撑框体10上设置平面驱动组件60及空间驱动组件70，所述平面驱动组件60用于驱动所述DLP光机20于水平面上双轴移动，具体地，所述平面驱动组件60包括从动块610、第一丝杆620及第一导向杆630，所述支撑框体10相对的两侧均设置第一滑动机构640，两所述第一滑动机构640之间转动连接所述第一丝杆620及所述第一导向杆630，所述从动块610套接于所述第一丝杆620及所述第一导向杆630外，且所述从动块610上设置所述DLP光机20，通过驱动所述第一丝杆620转动，进而使所述从动块610带动所述DLP光机20于x轴方向上移动，所述第一滑动机构640包括第一驱动块641及位于所述支撑框体10相对的两端的第一限位块642，两所述第一限位块642之间连接第二丝杆643，所述第一驱动块641套接于所述第二丝杆643上，所述第一驱动块641通过所述第一丝杆620及所述第一导向杆630连接所述从动块610，通过所述第二丝杆643转动，可带动所述第一驱动块641沿所述第二丝杆643的轴向移动，进而带动所述从动块610沿平行于所述第二丝杆643的方向移动，实现所述DLP光机20于y轴方向上的移动，可以理解地，位于所述平衡顶框130相对的两侧的所述第二丝杆643始终同步转动。即通过所述平面驱动组件60可实现所述DLP光机20的于水平面上的双轴移动。根据具体的打印位置，可调节所述DLP光机20于水平面上的位置。

所述空间驱动组件70用于驱动所述振镜30三轴移动，所述空间驱动组件70包括承载机构710及支撑机构720，所述支撑机构720连接所述振镜30。所述支撑底板110相对的两侧均设置所述承载机构710，所述承载机构710包括承载块711及升降杆712，所述承载块711连接于所述支撑底板110的一侧，所述承载块711的顶部连接所述升降杆712，所述升降杆712外套接升降块713，两所述升降块713之间设置所述支撑机构720，通过驱动所述升降杆712旋转，可带动所述承载块711沿垂向移动，进而通过所述支撑机构720带动所述振镜30沿z轴方向移动。

所述支撑机构720用于驱动所述振镜30于水平面上双轴移动，所述支撑机构720包括支撑框721及分别连接于两所述承载机构710上的两第二滑动机构722，所述第二滑动机构722包括转动连接于所述支撑底板110相对的两端的第三丝杆7221，所述第三丝杆7221自所述支撑底板110向所述平衡顶框130方向延伸，两所述第三丝杆7221上均套接第二驱动块7222，两所述第二驱动块7222之间转动连接第四丝杆7223，所述第四丝杆7223外套接第三驱动块7224，所述第三驱动块7224滑动连接所述升降块713，可以理解地，所述第三丝杆7221与所述升降杆712同轴转动，进而与所述升降杆712配合实现所述第三驱动块7224的垂向移动。在一些实施例中，所述第三丝杆7221固定连接于所述支撑底板110上，其同样可实现与升降杆712的配合工作。两所述第三驱动块7224之间连接第五丝杆7225及第二导向杆7226，所述支撑框721套接于所述第五丝杆7225及所述第二导向杆7226外，所述振镜30连接于所述支撑框721内，在所述第三驱动块7224调节至指定高度后，通过驱动所述第四丝杆7223沿轴向转动，进而带动所述第三驱动块7224沿所述第四丝杆7223的轴向移动，通过所述支撑框721带动所述振镜30沿y轴方向移动。需要说明的是，所述升降块713上开设滑槽，所述第三驱动块7224滑动连接于所述滑槽内。通过驱动所述第五丝杆7225转动，可使所述支撑框721沿所述第五丝杆7225的轴向移动，以带动所述振镜30沿x轴方向移动。需要说明的是，所述第一丝杆620、所述第二丝杆643、所述第三丝杆7221、所述第四丝杆7223、所述第五丝杆7225及所述升降杆712均通过电机（图中未示出）进行旋转驱动。

在需要进行大幅面的增材打印时，将固化材料置于所述料槽内，并将所述成料平台40下降至所述料槽内，此时，通过所述平面驱动组件60驱动所述DLP光机20沿x轴和/或y轴方向移动，所述空间驱动组件70驱动所述振镜30同步沿x轴和/或y轴方向移动，使所述DLP光机20与所述振镜30始终处于同一垂向上，进而逐步完成大幅面的打印，满足了对大幅面工件制造的需求，且仅需设置一台所述DLP光机20，即可完成全部的打印工作，有效的节约了打印成本，进一步地，通过所述空间驱动组件70驱动所述振镜30沿z轴方向移动，进而可调节所述DLP光机20与所述振镜30之间的距离，以完成对所述DLP光机20发射的光束的快速、准确的调节，提高了打印的精度。

优选地，所述振镜30转动连接于所述支撑框721内，所述振镜30相对的两侧均连接旋转杆，所述旋转杆远离所述振镜30的一端连接于所述支撑框721的内壁上，通过所述旋转杆转动，可调节所述DLP光机20发射的光束于所述成料平台40上的照射位置的小幅度调节，进一步提高增材打印的精度。

在一些实施例中，所述载料盒50上还设置有传感器及冷却机构，所述传感器用于监测增材打印时的温度、压力、位置等参数，所述冷却机构用于对固化材料进行打印温度的控制，优选地，所述冷却机构为风扇或水冷设备，通过设置所述传感器及所述冷却机构，可起到提高打印精度和打印稳定性的作用。

因通过单一的所述DLP光机20进行打印，其需将需打印的增材进行拆分后分幅面进行拆分打印，因此，相邻的幅面打印完成后，可能存在连接不完整，形成间隙的情况，进而导致成型后的增材产生质量缺陷，为解决上述问题，所述载料盒50上还设置摄像机80，所述摄像机80位于所述载料盒50的顶部，以拍摄增材打印情况，所述增材制造装置还包括控制组件，所述控制组件电性连接所述DLP光机20、所述平面驱动组件60、所述空间驱动组件70及所述摄像机80，以通过图像处理方法完成增材制造。

具体地，所述图像处理方法具体为：获取待制造增材的三维图，基于预设厚度将所述三维图切分为若干个平面图，并基于预设大小将所述平面图切分为若干个细部图；所述平面图的数量及所述细部图的数量可根据所述三维图的大小和融合效果进行相应调整。

通过所述控制组件驱动所述成料平台40置于所述料槽内，并通过所述控制组件驱动所述平面驱动组件60及所述空间驱动组件70，以使所述DLP光机20及所述振镜30移动至指定位置，通过所述控制组件驱动所述DLP光机20启动，以完成若干个所述细部图的打印，并于所述成料平台40上形成若干个细部结构；

所述摄像机80拍摄所述细部结构，以形成成品图，将所述成品图传输至所述控制组件，以识别相邻的所述细部结构之间是否存在间隙；

若存在间隙，则所述控制组件基于融合算法生成填补图，并驱动相应部件于间隙处完成所述填补图的增材打印。

所述则所述控制组件基于融合算法生成填补图的步骤具体包括：

所述控制组件分别对相邻的成品图进行连续降采样及高斯模糊处理，以分别形成包括若干层第一图像的第一高斯金字塔及包括若干层第二图像的第二高斯金字塔；

对所述成品图进行连续降采样及高斯模糊处理，可生成一系列不同尺度的图像，高斯模糊处理的目的在于减少图像中的高频细节，从而保留图像的低频信息，而降采样则是将图像缩小，以获取多个不同分辨率的图像。

所述第一高斯金字塔中第i层的所述第一图像的获取公式为：

，

其中

分别对若干层所述第一图像及若干层所述第二图像进行上采样处理，以将所述第一高斯金字塔及所述第二高斯金字塔分别转换为包括若干层第三图像的第一拉普拉斯金字塔及包括若干层第四图像的第二拉普拉斯金字塔；

拉普拉斯金字塔的构建是通过高斯金字塔的相邻层之间进行差值得到的，用于表示图像在不同尺度上的细节信息。每一层拉普拉斯金字塔表示的是原始图像在该尺度上的细节。需要说明的是，拉普拉斯金字塔的最顶层与高斯金字塔的最顶层相同，因此，将最顶层的所述第一图像作为最顶层的所述第三图像，将最顶层的所述第二图像作为最顶层的所述第四图像。

所述第三图像的获取公式为：

，

其中，

基于所述第三图像及所述第四图像，对每层的所述第一拉普拉斯金字塔及所述第二拉普拉斯金字塔进行融合操作，以形成若干层基础融合图像；

图像融合的过程是对两幅图像的拉普拉斯金字塔进行融合。所述基础融合图像的获取公式为：

，

其中，

对若干层所述基础融合图像进行上采样重建，以形成填补图。

通过将融合后的拉普拉斯金字塔进行级联相加，从底层开始逐步上采样并叠加图像，得到所述填补图，所述填补图的获取公式为：

，

其中，

可以理解地，在完成某一平面图上全部的所述细节图及所述填补图的打印后，即完成了一层的增材打印，通过重复上述步骤，以完成增材的打印工作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。