一种高精度旋转曲面光固化3D打印机制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度旋转曲面光固化3D打印机，Z轴重型丝杆滑台和光机平台通过角码与整机支架紧固连接，回转成型平台通过键连接与回转减速箱体紧固连接，回转减速箱体通过螺丝、重型滑块与重型丝杆滑台紧固连接，料槽和底托通过螺丝与整机支架紧固连接，回转成型平台能够在Z轴方向上移动。使用“树脂—空气”界面代替传统的离型膜，解决因离型膜与已固化片层粘连而形成的层纹问题；由于成型方式为回转连续成型，因此在打印件的最外侧为光滑无阶梯纹表面。回转减速箱体因打印曲面的需要，也需要适当的抬升与浸没至光敏材料中，液面波动会造成光敏材料的溢出，此时底托便可收集由料槽溢出的光敏材料并经导流孔适时导出以防止其充满整个底托。其充满整个底托。其充满整个底托。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度旋转曲面光固化3D打印机


[0001]本专利技术涉及一种高精度旋转曲面光固化3D打印机，属于3D打印


技术介绍

[0002]光固化快速成型技术是发展最早、现阶段最成熟、应用最广泛的一种3D打印技术。该技术以光敏树脂液体为原材料，树脂的光敏特性使得材料在受到特殊波段的光(多为紫外波段)照射后,会发生聚合反应出现固化。现有的设计方案在对曲面进行3D打印的时候，都存在一定程度的失真和误差，其在较大尺度的曲面表面表现为非平滑的锯齿状粗糙，在较小尺度的曲面表面表现为明显的形位误差。同时，由于层与层之间的加工是离散化的，因此现有的3D打印技术所加工的零件都不可避免地会产生不连续的层纹。这些因素导致了现有3D打印技术在加工透镜时，透镜表面的粗糙度难以控制、形位精度较难达标，从而无法达到较好的透光率与精度，影响透镜的使用。对于一个光学系统，透镜是其中最重要的组成部分，而透镜的加工难度较大，其材料的特性与精度的要求与传统的金属加工工艺具有显著的不同，因此需要专门的工艺、加工设备、生产车间与熟练度较高的操作人员。这导致了在透镜生产加工过程中，新产品的上线周期长、成本大，生产不灵活，并且很难以经济实惠的成本进行特殊需求的定制生产。若想要实现个性化、快速化透镜加工，打造出能够克服市售光固化3D打印机打印曲面存在的边界阶梯纹、层间阶梯纹和层纹问题的新型光固化机迫在眉睫。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术目的在于提出了一种高精度旋转曲面光固化3D打印机，本专利技术分析了现有光固化3D打印技术在打印曲面透镜时无法保证较高透明度的原因，并通过类比车床进行设计，提出了通过回转成型、界面透射成型、线性光机三者相结合，以类似车床加工的方式来进行曲面3D打印的新思路、新原理。随后，通过系统的整体方案设计，选定了使用减速箱作为回转模块以实现回转成型，直线丝杆滑台作为Z轴模块以实现界面透射成型，一字线激光器、光栅掩膜板、丝杆滑台与遮光片作为光机模块以实现线性光机功能，并对回转模块进行了重点设计计算，从而构建了整机方案。在此方案的基础上，进行了整体方案的可行性分析，考虑了设备在经济、技术、环保与安全方面的因素，其中着重考量了紫外固化技术对操作人员健康的危害，并进行了针对性的设计。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：一种高精度旋转曲面光固化3D打印机，Z轴重型丝杆滑台1和光机平台4通过角码与整机支架5紧固连接；回转成型平台2通过键连接与回转减速箱体紧固连接；回转减速箱体1通过螺丝、重型滑块与重型丝杆滑台紧固连接；料槽和底托3通过螺丝与整机支架5紧固连接；回转成型平台2能够在Z轴方向上移动。
[0005]整机进行运作时，原理上：通过使用“树脂—空气”界面代替传统的离型膜，从原理上解决因离型膜与已固化片层粘连而形成的层纹问题；并且由于本专利技术的成型方式为回转连续成型，因此在打印件的最外侧为光滑无阶梯纹表面。操作步骤上：接通电源，通过树莓
派分别控制与Ⅰ轴相连的电机及与Z轴模块相连的电机。与Ⅰ轴一端连接的电机使得Ⅰ轴按预设角速度旋转从而带动Ⅰ轴上输入轴小齿轮的运动；输入轴小齿轮会带动与其啮合的Ⅱ轴上输出轴大齿轮的运动，并且输入轴小齿轮和输出轴大齿轮的传动比根据打印需求确定，故Ⅱ轴以预设角速度带动成型平台旋转；成型平台旋转的同时，Z轴模块也以预设的角速度旋转继而通过丝杆实现回转减速箱体，即成型平台以预设速度进行Z方向的运动。以固结于成型平台除中心外某处一点为研究对象，可得其运动迹线为曲线，即可在成型平台上实现曲面光固化打印。回转成型平台分为两个部分，前半部分为精磨铝板，作为光敏材料的成型依托，并通过螺丝连接至后半部分的成型平台结构主体。成型平台通过导向平键与槽的配合连接至回转减速箱的输出轴，并通过螺栓进行轴向固定。打印时，成型平台的旋转使得其上除中心点外任一点做曲线运动，即可将光敏材料在成型平台上固化为所需曲面；同时，三轴运动方向控制机构的运动可控制成型平台在光敏材料中浸没的深度，即可得到多种曲面类型。对于料槽和其底托，接通电源后，机器开始正常运行，通过树莓派可合理控制回转减速箱体内转轴的旋转以及回转减速箱体自身的抬升；回转减速箱内转轴旋转带动成型平台旋转，初始时成型平台半浸没在料槽中，可实现曲面的光固化打印，减少层纹的产生，提升曲面光固化的打印质量和精度；回转减速箱体因打印曲面的需要，也需要适当的抬升与浸没至光敏材料中，液面波动会造成光敏材料的溢出，此时底托便可收集由料槽溢出的光敏材料并经导流孔适时导出以防止其充满整个底托。
[0006]回转减速箱体I轴模块1
‑
1包括联轴器1
‑1‑
1、I轴1
‑1‑
2、I轴端盖出轴1
‑1‑
3、I轴调整垫片1
‑1‑
4、I轴油毡1
‑1‑
5、I轴轴承1
‑1‑
6、I轴轴套1
‑1‑
7、输入轴小齿轮1
‑1‑
8、I轴端盖1
‑1‑
9和I轴键1
‑1‑
10；其中I轴1
‑1‑
2贯穿回转减速箱体1
‑
3上部分，I轴调整垫片1
‑1‑
4、I轴油毡1
‑1‑
5、I轴轴承1
‑1‑
6、I轴轴套1
‑1‑
7、输入轴小齿轮1
‑1‑
8、I轴键1
‑1‑
10、I轴轴承1
‑1‑
6和I轴调整垫片1
‑1‑
4装配成一个整体，并在I轴1
‑1‑
2两端分别通过I轴端盖1
‑1‑
9和I轴端盖出轴1
‑1‑
3、联轴器1
‑1‑
)与回转减速箱体1
‑
3紧固连接。II轴模块1
‑
2包括II轴1
‑2‑
1、II轴端盖1
‑2‑
2、II轴橡胶垫1
‑2‑
3、II轴轴承1
‑2‑
4、输出轴大齿轮1
‑2‑
5、II轴轴套1
‑2‑
6、II轴轴承1
‑2‑
7、II轴端盖出轴1
‑2‑
8、II轴皮碗密封圈1
‑2‑
9、皮碗套环1
‑2‑
10、皮碗压盖1
‑2‑
11、II轴键1
‑2‑
12和滑键1
‑2‑
13；其中II轴1
‑2‑
1贯穿回转减速箱体1
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3下部分，II轴橡胶垫1
‑2‑
3、II轴轴承1
‑2‑
4、输出轴大齿轮1
‑2‑
5、II轴键1
‑2‑
12、II轴轴套1
‑2‑
6、II轴轴承1
‑2‑
7、II轴橡胶垫1
‑2‑
3装配成一个整体，并在II轴1
‑2‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度旋转曲面光固化3D打印机，其特征在于：包括回转减速箱体，I轴模块与回环减速箱体紧固连接，II轴模块与回转减速箱体紧固连接，回转减速箱盖通过螺丝与回转减速箱体紧固连接，回转减速箱盖通过螺丝与Z轴模块紧固连接，通过电机使得II轴模块旋转实现三轴运动中的平台旋转以及液面掩深控制；在成型平台部分非成型端用于配合的连接轴部分，给连接轴输入动力的传动轴部分，与连接轴部分相互配合的三轴运动方向控制机构；光固化3D打印机的底部有两厢式料槽，在料槽正下方固定连接有用以盛放溢出光敏材料的底托；光固化3D打印机的上方有光机装置，包括底板模组，在底板模组上方连接有用以发射一字形线性激光光源的光机模组，在底板模组下方有用以改变激光光源长度的轻型滑台以及与其连接的遮光片，在遮光片上方有用以控制激光宽度的掩模板。2.根据权利要求1所述的一种高精度旋转曲面光固化3D打印机，其特征在于：I轴模块包括联轴器、I轴、I轴端盖出轴、I轴调整垫片、I轴油毡、I轴轴承、I轴轴套、输入轴小齿轮、I轴端盖和I轴键；其中I轴贯穿回转减速箱体上部分，I轴调整垫片、I轴油毡、I轴轴承、I轴轴套、输入轴小齿轮、I轴键、I轴轴承和I轴调整垫片装配成一个整体，并在I轴两端分别通过I轴端盖和I轴端盖出轴、联轴器与回转减速箱体紧固连接；II轴模块包括II轴、II轴端盖、II轴橡胶垫、II轴轴承、输出轴大齿轮、II轴轴套、II轴轴承、II轴端盖出轴、II轴皮碗密封圈、皮碗套环、皮碗压盖、II轴键和滑键；其中II轴贯穿回转减速箱体下部分，II轴橡胶垫、II轴轴承、输出轴大齿轮、II轴键、II轴轴套、II轴轴承、II轴橡胶垫装配成一个整体，并在II轴两端分别通过II轴端盖和II轴端盖出轴与回转减速箱体紧固连接，同时在II轴端盖出轴处继续依次与II轴皮碗密封圈、皮碗套环、皮碗压盖和滑键紧固连接；机通过联轴器带动I轴转动，输入轴小齿轮带动输出轴大齿轮传动，使得II轴转动，实现三轴运动中的平台旋转运动。3.根据权利要求1所述的一种高精度旋转曲面光固化3D打印机，其特征在于：成型平台部分包括成型平台和成型平面，通过卯榫结构配合；连接轴部分包括连接轴和滑键；连接轴贯穿三轴运动方向控制机构，通过滑键与成型平台部分紧密配合；传动轴部分包括传动轴和联轴器；电机通过联轴器使传动轴转动，继而带动连接轴转动；三轴运动方向控制机构为回转减速箱体。4.根据权利要求1所述的一种高精度旋转曲面光固化3D打印机，其特征在于：在两厢式料槽中所述料槽包括内侧减容凹槽，减容凹槽中一厢为回转减速箱体区，在一厢中部有光敏材料暂存缓冲区，二厢为光敏材料储存区，在两厢过渡区有回转减速箱体主轴区，在料槽上部设置有V字型溢流缺口，在料槽外侧设计减重凹槽；底托包括溢出光敏材料收集箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆龙，徐万青，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：