设置于光固化3D打印设备上的多自由度光源载体装置

技术领域

本发明涉及光固化3D打印技术领域，特别是设置于光固化3D打印设备上的多自由度光源载体装置。

背景技术

3D打印，是一种以数字模型文件为基础，将部件离散成二维图形或路径，通过逐层叠加的方式构造三维物体的快速成型技术。对比于传统制造方法，3D打印因具有制造高精度复杂三维结构、节省材料、方便快捷等优点，已被应用在航空航天、生物医疗、电子、汽车等国民经济领域。

光固化3D打印技术具有打印速度快打印精度高等优点，是当前应用最广泛的3D打印技术之一。其中，数字光处理(digital light procession，DLP)技术通过紫外光面投影将三维结构快速图案化，能精确控制光敏数值的局部光固化，是一种高精度、快速度、跨尺度的3D打印技术。

在中国发明专利申请号：CN115503232A中公开有一种六自由度光固化3D打印装置及3D打印方法，结构包括六轴机械臂使打印板具有六个自由度，通过旋转调节打印平面与树脂槽底部夹角可以以更高精度高效打印具有更加复杂结构的几何体。该一种六自由度光固化3D打印装置及3D打印方法虽然拥有多自由度，但是只设置了一个底部的透镜，当机械臂进行角度偏转时，容易使得零件碰撞到树脂槽，造成成型失败的问题。

同时，在中国发明专利申请号：CN115446948A中公开一种基于半固化支撑的光固化成型陶瓷3D打印方法，结构包括固化支撑外框、半固化支撑、陶瓷型芯零件三个部分，固化支撑外框保护半固化支撑不被破坏，半固化支撑保护陶瓷型芯零件不被破坏，基于不同功率的激光扫描，使得固化支撑外框和陶瓷型芯零件固化，使半固化支撑呈现胶体状，胶体状的半固化支撑无流动性，能够很好的保护陶瓷型芯零件。该一种基于半固化支撑的光固化成型陶瓷3D打印方法，在针对于被打印零件悬空组件较多时，使用的固化支撑以及半固化支撑随之增多，不仅增加成本，浪费树脂，且增加了打印件后处理的工序及时间，同时又影响打印质量，在支撑的拆除过程中，会留下印记，即使打磨或者填充树脂后，表面视觉效果仍然不及无支撑表面。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供设置于光固化3D打印设备上的多自由度光源载体装置，有效的解决了背景技术中提到的问题。

其解决的技术方案是，本发明包括安装在光固化3D打印机主体上的升降平移组件、光固化3D打印机主体内部的散热组件，其特征在于，所述光固化3D打印机主体的顶部设置有圆形的支撑台，所述支撑台的内部固定有矩形的树脂槽，所述树脂槽的内部设置有光敏树脂，所述光固化3D打印机主体的内部设置有位于树脂槽下方的支撑架，所述支撑架上固定有旋转电机，所述旋转电机的一端固定有位于支撑架上方的旋转台，所述旋转台上设置有两个互相平行的弧形架；

两个所述弧形架之间滑动连接有滑台，所述旋转台顶部的一侧设置有收卷电机，两个所述弧形架的内部分别开设有滑槽，两个所述滑槽的内部分别设置有导杆，所述滑台的两侧分别设置有连接块，两个所述连接块分别套接在两个导杆上，两个所述弧形架的一端分别设置有圆筒，两个所述圆筒的内部分别设置有压缩弹簧，两个所述压缩弹簧分别套接在两个导杆上，所述收卷电机的一端设置有卷筒，所述卷筒上缠绕有拉绳，所述拉绳的一端贯穿两个弧形架的顶部至滑台的一侧；

所述树脂槽四周的竖直面分别开设有伸缩透镜孔，四个所述伸缩透镜孔的内部分别设置有伸缩透镜，四个所述伸缩透镜的一侧分别设置有位于树脂槽外侧面上的伸缩电机，四个所述伸缩电机的一端分别固定有第一螺纹杆，四个所述第一螺纹杆上分别螺纹连接有连接板，四个所述连接板的一端分别固定在相近的伸缩透镜上。

优选的，所述树脂槽的材质为PP或PVC，所述树脂槽的颜色为橙黄色，所述树脂槽的底部开设有平面透镜孔，所述平面透镜孔的内部设置有平面透镜，所述滑台的内部分别设置有投影仪和分光设备。

优选的，所述支撑台与树脂槽之间形成有空腔，两个所述弧形架的一端位于空腔内部，两个所述压缩弹簧的一端分别与相近的连接块固定连接。

优选的，四个所述伸缩透镜分为一个主显示面和多个伸缩面，四个所述连接板分别与相近的主显示面相连，所述主显示面的材质为透明玻璃，多个所述伸缩面的材质为亚克力板或风琴状的塑料膜，多个所述伸缩面上分别涂覆有用于遮光的橙黄色涂料。

优选的，所述升降平移组件包括位于光固化3D打印机主体顶部一侧的立柱，所述光固化3D打印机主体的顶部设置有滑轨，所述立柱滑动在滑轨上，所述立柱的顶部固定有升降电机，所述升降电机的一端固定有第二螺纹杆，所述立柱的一侧滑动连接有升降台，所述升降台螺纹连接在第二螺纹杆上，所述升降台的一侧设置有转动柱，所述转动柱的底部设置有打印平台，所述立柱的后侧设置有螺纹筒，所述光固化3D打印机主体的一侧设置有平移电机，所述平移电机的一端设置有第三螺纹杆，所述第三螺纹杆螺纹连接在螺纹筒的内部。

优选的，所述散热组件的顶部设置有底板，所述支撑架固定在底板顶部的中心处，所述散热组件包括散热支撑架以及散热风扇，所述光固化3D打印机主体上设置有前护板以及后护板，所述后护板上开设有散热孔。

优选的，所述树脂槽的底部一周设置有保护环，其中一个所述弧形架的一侧设置有连接杆，两个所述弧形架的顶部设置有固定板，所述固定板的顶部开设有拉绳孔，所述拉绳经由连接杆贯穿拉绳孔与滑台固定连接。

优选的，两个所述弧形架与树脂槽之间的距离大于分光设备高出滑台的高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过弧形架、滑台以及旋转台的设置，将固定光源变成拥有多自由度的光源，针对于被加工零件中的悬空结构，根据其位置，通过水平移动打印平台，将其调整至某一垂直面处，然后将光源通过收卷电机、拉绳和弧形架等配合，将光源移动至所对应的加工垂直面处进行面曝光成型，最后再将打印件移至树脂槽中心位置进行打印，减少了被加工零件的支撑部分，不仅节省了光敏树脂的使用量，还提高了零件的表面精度。

2、通过伸缩透镜、伸缩电机和连接板等设置，将竖直面的透镜变为可活动的透镜面，针对于竖直面打印时，其受到零件加工厚度的影响，在竖直面加工时会碰到加工的厚度不足等问题，通过控制伸缩透镜向前移动，拨开光敏树脂移动至被加工的平面位置处，此时配合投影仪与分光设备的光照强度进行投影成型，使得被加工零件的厚度得到解决。

附图说明

图1是本发明的立体图。

图2是本发明中去除前护板的结构示意图。

图3是本发明中支撑台与底板的结构示意图。

图4是本发明中支撑台与底板的剖视图。

图5是本发明中树脂槽的结构示意图。

图6是本发明中树脂槽与弧形架的结构示意图。

图7是本发明中滑台与弧形架的结构示意图。

图8是本发明中弧形架的结构示意图。

示意图中的标号说明：

10、光固化3D打印机主体；101、后护板；102、前护板；103、散热组件；11、立柱；111、螺纹筒；12、升降电机；13、第二螺纹杆；14、升降台；15、转动柱；16、打印平台；17、平移电机；171、第三螺纹杆；20、支撑台；201、空腔；21、树脂槽；211、保护环；22、伸缩透镜；23、伸缩电机；231、第一螺纹杆；232、连接板；24、平面透镜；30、底板；31、支撑架；32、旋转电机；33、旋转台；34、弧形架；341、圆筒；342、滑槽；343、导杆；344、固定板；345、连接杆；35、收卷电机；351、卷筒；36、拉绳；40、滑台；50、分光设备；51、投影仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由图1至图3给出，包括安装在光固化3D打印机主体10上的升降平移组件、光固化3D打印机主体10内部的散热组件103，升降平移组件包括位于光固化3D打印机主体10顶部一侧的立柱11，所述光固化3D打印机主体10的顶部设置有滑轨，所述立柱11滑动在滑轨上，立柱11的顶部固定有升降电机12，升降电机12的一端固定有第二螺纹杆13，立柱11的一侧滑动连接有升降台14，升降台14螺纹连接在第二螺纹杆13上，升降台14的一侧设置有转动柱15，转动柱15的底部设置有打印平台16，所述立柱11的后侧设置有螺纹筒111，光固化3D打印机主体10的一侧设置有平移电机17，平移电机17的一端设置有第三螺纹杆171，第三螺纹杆171螺纹连接在螺纹筒111的内部，通过升降平移组件的设置，控制打印平台16上下移动的同时进行横向移动，针对于零件悬空位置的不同，平移电机17带动打印平台16移动至其中一个树脂槽21的竖直面处，散热组件103的顶部设置有底板30，支撑架31固定在底板30顶部的中心处，散热组件103包括散热支撑架31以及散热风扇，光固化3D打印机主体10上设置有前护板102以及后护板101，后护板101上开设有散热孔，光固化3D打印机主体10的顶部设置有圆形的支撑台20，支撑台20上设置有保护罩，保护罩的颜色为橙黄色，支撑台20的内部固定有矩形的树脂槽21，树脂槽21的内部设置有光敏树脂，树脂槽21的材质为PP或PVC，树脂槽21的颜色为橙黄色，树脂槽21设置为橙黄色的原因主要是为了方便观察内部光敏树脂的液位变化，同时避免漏光的情况发生，树脂槽21的底部开设有平面透镜孔，平面透镜孔的内部设置有平面透镜24，滑台40的内部分别设置有投影仪51和分光设备50，投影仪51将被加工零件的二维横截面投影至分光设备50中，分光设备50再投影到加工透镜上，同时可以通过调节投影仪51的光射亮度以及分光设备50中分光镜片的偏转角度，对不同距离以及不同厚度的零件进行光映射成型，光固化3D打印机主体10的内部设置有位于树脂槽21下方的支撑架31，支撑架31上固定有旋转电机32，旋转电机32的一端固定有位于支撑架31上方的旋转台33，旋转台33上设置有两个互相平行的弧形架34，通过旋转电机32以及旋转台33的设置，当光源移动至弧形架34的顶端后，旋转台33带动弧形架34移动至被加工零件所在的树脂槽21垂直面处。

参考图4至图7，两个弧形架34之间滑动连接有滑台40，支撑台20与树脂槽21之间形成有空腔201，两个弧形架34的一端位于空腔201内部，两个弧形架34与树脂槽21之间的距离大于分光设备50高出滑台40的高度，旋转台33顶部的一侧设置有收卷电机35，收卷电机35的一端设置有卷筒351，卷筒351上缠绕有拉绳36，拉绳36的一端贯穿两个弧形架34的顶部至滑台40的一侧，两个弧形架34的内部分别开设有滑槽342，两个滑槽342的内部分别设置有导杆343，滑台40的两侧分别设置有连接块，两个连接块分别套接在两个导杆343上，两个弧形架34的一端分别设置有圆筒341，两个圆筒341的内部分别设置有压缩弹簧，两个压缩弹簧分别套接在两个导杆343上，两个压缩弹簧的一端分别与相近的连接块固定连接，树脂槽21的底部一周设置有保护环211，保护环211是为了避免拉绳36在拉动过程中被尖锐物体扯破，提高拉绳36的长期使用性，其中一个弧形架34的一侧设置有连接杆345，两个弧形架34的顶部设置有固定板344，固定板344的顶部开设有拉绳36孔，拉绳36经由连接杆345贯穿拉绳36孔与滑台40固定连接，需要注意的是，图中显示了其中一个弧形架34的一侧设置的多个导向块，对拉绳36起到引导变向的作用，同时拉绳36孔进行圆角处理，避免拉绳36在长期拉扯中破损的情况发生，且通过弧形架34、滑台40以及旋转台33的设置，将固定光源变成拥有多自由度的光源，针对于被加工零件中的悬空结构，根据其位置，通过水平移动打印平台16，将其调整至某一垂直面处，然后将光源通过收卷电机35、拉绳36和弧形架34等配合，将光源移动至所对应的加工垂直面处进行面曝光成型，最后再将打印件移至树脂槽21中心位置进行打印。

参考图8，树脂槽21四周的竖直面分别开设有伸缩透镜22孔，四个伸缩透镜22孔的内部分别设置有伸缩透镜22，四个伸缩透镜22的一侧分别设置有位于树脂槽21外侧面上的伸缩电机23，四个伸缩电机23的四角分别设置有螺栓，螺栓与树脂槽21螺纹连接，四个伸缩电机23的一端分别固定有第一螺纹杆231，四个第一螺纹杆231上分别螺纹连接有连接板232，四个连接板232的一端分别固定在相近的伸缩透镜22上；

进一步地，四个伸缩透镜22分为一个主显示面和多个伸缩面，四个连接板232分别与相近的主显示面相连，主显示面的材质为透明玻璃，多个伸缩面的材质为亚克力板或风琴状的塑料膜，需要注意的是，不管是亚克力板还是风琴状的塑料膜，在与树脂槽21的连接中都需要注意密封问题，避免树脂槽21内部的光敏树脂发生泄露，多个伸缩面上分别涂覆有用于遮光的橙黄色涂料，通过伸缩透镜22、伸缩电机23和连接板232等设置，将竖直面的透镜变为可活动的透镜面，针对于竖直面打印时，其受到零件加工厚度的影响，在竖直面加工时会碰到加工的厚度不足等问题，通过控制伸缩透镜22向前移动，拨开光敏树脂移动至被加工的平面位置处，此时配合投影仪51与分光设备50的光照强度进行投影成型，使得被加工零件的厚度得到解决,例如，在打印“板凳腿”等一些携带有较大厚度的零件时，当采用正常的透镜时，不管是将零件旋转到四周竖直面的任意一个竖直面，其打印出来的“腿”都会有空隙，当采用传统的底面打印时，针对于腿部携带悬空结构的零件，又会用到大量的支撑件来对悬空件进行支撑，既不利于零件的后续加工，又浪费了大量的树脂，而选择采用伸缩透镜22，使得在打印“腿”部时，控制伸缩透镜22向前移动，拨开前侧的树脂，直至透镜达到“腿”部的最远处，自最远处进行打印，缓慢往回收缩，以此实现“腿”部等结构的打印，当然，“板凳腿”只是作为一个例子，在实际使用中，可以根据零件结构进行程序编程，灵活运用平面透镜24和伸缩透镜22。

本发明使用时：

首先，在打印过程中，通过升降组件将打印平台16移动至树脂槽21内部，保证打印平台16的中心与平面透镜24相对应，且打印平台16与树脂槽21的距离控制在一个二维打印层的距离；

然后，控制投影仪51投影当前层的投影图案，经由分光设备50的反射，进行当前层的打印，投影图案每个像素点的灰度值与打印平台16到树脂槽21底面距离相适应；

其次，当遇到零件中带有的悬空结构时，针对于被加工零件中的悬空结构，根据其位置，通过水平移动打印平台16，将其调整至某一垂直面处，此时控制收卷电机35带动拉绳36收缩，滑台40带着投影仪51与分光设备50移动至弧形架34的顶部，同时旋转电机32带动旋转台33旋转，弧形架34移动至被加工零件的伸缩透镜22处进行光固化打印；

最后，针对于竖直面打印时，其受到零件加工厚度的影响，在竖直面加工时会碰到加工的厚度不足等问题，通过控制伸缩透镜22向前移动，拨开光敏树脂移动至被加工的平面位置处，此时配合投影仪51与分光设备50的光照强度进行投影成型。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。