CN110757786B - 一种3d打印机在线激光调平检测方法 - Google Patents

一种3d打印机在线激光调平检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110757786B
CN110757786B CN201911130463.9A CN201911130463A CN110757786B CN 110757786 B CN110757786 B CN 110757786B CN 201911130463 A CN201911130463 A CN 201911130463A CN 110757786 B CN110757786 B CN 110757786B
Authority
CN
China
Prior art keywords
strip
printing
shaped
nozzle
photoelectric receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911130463.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110757786A (zh
Inventor
曹宇
杨家轮
朱德华
刘文文
薛迪强
嵇旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wenzhou University
Original Assignee
Wenzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wenzhou University filed Critical Wenzhou University
Priority to CN201911130463.9A priority Critical patent/CN110757786B/zh
Publication of CN110757786A publication Critical patent/CN110757786A/zh
Priority to US17/060,023 priority patent/US11338504B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN110757786B publication Critical patent/CN110757786B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0652—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/232—Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/236—Driving means for motion in a direction within the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)

Abstract

本发明提供了一种3D打印机在线激光调平检测方法，包括：(1)布置好条形三角反射棱镜和条形光电接收器；(2)将激光发射器和平面反射镜固定安装在打印喷头的侧面；(3)在检测激光束的辅助下，微调XY两轴导轨和打印喷头的安装方位，直至将打印喷头的运动平面度调至符合打印机设计精度要求；(4)在检测激光束的辅助下，微调打印平台的安装方位，将打印平台的安装平面度调至符合打印机设计精度要求；(5)启动3D打印程序；(6)在打印过程中，实时检测打印喷头的喷嘴是否出现堵料、缺料断料故障。本发明通过将激光检测***的检测信号与打印机控制***连通并设计信号处理程序，实现了运动平面度、安装平面度检测以及打印喷头挤出故障监控。

Description

一种3D打印机在线激光调平检测方法
技术领域
本发明属于激光3D打印领域，具体涉及一种3D打印机在线激光调平检测方法。
背景技术
随着技术的进步与发展，3D打印近几年也发展迅速，不管国际还是国内市场3D打印机的产量和销售额都在稳步增长。与传统的大批量生产相比，3D打印在价格与效率方面更容易满足人们的个性化需求。其中FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉积制造)工艺型3D打印机占有率最高，广泛的应用于教育、艺术创意、医疗等行业。
FDM型3D打印机其具体原理是将丝状的热熔性材料加热融化，同时三维喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。一层成型完成后，机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层，直至形成整个实体造型。
目前，现有的FDM型3D打印机主要存在以下问题：一是打印喷头的装配精度不高，难以保证其水平精度和运动精度；二是安装在打印平台上的磁性底片在每次安装时位置不易安装到位，安装时浪费时间；三是打印模型时，不能直观的看出模型的具体尺寸大小；四是打印机喷嘴出现异常(如断料、堆料、堵塞)，没有相关的反馈、报警功能；五是打印平台主要依靠手动调平，具体是否已经调平，主要靠塞片(塞到打印平台与喷嘴中间)测量，这样并不能实现快速、精准的调平效果。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种3D打印机在线激光调平检测方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种3D打印机在线激光调平检测方法，包括如下步骤：
(1)在具有挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机上，布置好条形三角反射棱镜和条形光电接收器；
所述具有挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机，是指该FDM型3D打印机的打印喷头安装在具有XY两轴导轨可做XY两轴插补运动的滑台上，承载打印件模型的打印平台只做Z轴升降运动，通过打印喷头和打印平台的组合运动将喷头挤出的熔融塑料进行图形化叠层沉积来实现实体模型的打印机；
所述打印喷头包括挤出机构和喷嘴；所述打印平台为方形；
所述条形三角反射棱镜为长条形且具有两个反射面，所述条形光电接收器为长条形且其光电信号的接收面长度不小于条形三角反射棱镜的长度，条形三角反射棱镜的长度不小于打印平台的最大边长；
所述布置好条形三角反射棱镜和条形光电接收器，是指条形三角反射棱镜和条形光电接收器均固定安装在打印机壳体内，二者分别面对面安装在打印平台的左右两侧，并使得同一个平面内入射的激光束经条形三角反射棱镜两次反射后射出，正好落在条形光电接收器的接收面内且为一条直线；
(2)将激光发射器和平面反射镜固定安装在打印喷头的侧面，使得二者随打印喷头同步运动；
所述激光发射器竖直安装，用于输出检测激光束；所述平面反射镜带有光学调整架，用于改变检测激光束的行进方向，二者的安装方位使得检测激光束经平面反射镜的转折后至水平方向，入射至条形三角反射棱镜，经条形三角反射棱镜的两次反射后，再水平射出至条形光电接收器；
(3)在检测激光束的辅助下，不断微调XY两轴导轨和打印喷头的安装方位，直至将打印喷头的运动平面度调至符合打印机设计精度要求；
具体方法为：
(3.1)使激光发射器发出激光束，经过平面反射镜和条形三角反射棱镜的反射，水平射出至条形光电接收器；
(3.2)通过控制***控制打印喷头在行程范围内做XY两轴插补运动，对条形光电接收器接收到的所有信号进行直线拟合，得到一条拟合直线，并计算直线拟合误差；
(3.3)若直线拟合误差在打印机设计精度要求所允许波动范围内，则说明打印喷头的运动平面度已满足设计要求；
若直线拟合误差不在打印机设计精度要求所允许波动范围内，则说明打印喷头的运动平面度不满足设计要求；此时，标记所有超出允许波动范围的信号，该信号所对应的打印喷头位置为存在直线偏差的位置；控制打印喷头运动至存在直线偏差的位置，微调XY两轴导轨和打印喷头的装配方位，使得条形光电接收器接收到的信号落入允许波动范围。依此方法逐个调节存在直线偏差的位置，直至条形光电接收器接收到的所有信号的直线拟合误差均在打印机设计精度要求所允许波动范围内。
(4)在检测激光束的辅助下，不断微调打印平台的安装方位，将打印平台的安装平面度调至符合打印机设计精度要求；
具体方法为：
(4.1)使激光发射器发出激光束，经过平面反射镜和条形三角反射棱镜的反射，水平射出至条形光电接收器，通过控制***调节XYZ三维运动，使得打印喷头位于方形打印平台的四个角之一的位置，调节Z轴位置至打印平台与打印喷头接近然后锁定Z轴位置；
(4.2)调节该角底部的支撑柱高度调整螺母，使打印平台上升挡住检测激光束，即条形光电接收器接收不到激光发射器发出的信号，然后回调支撑柱高度调整螺母使得打印平台缓慢下降至条形光电接收器刚好接收到激光发射器发出的信号；
(4.3)通过控制***控制打印喷头的XY两轴运动，使得打印喷头位于方形打印平台的另一个未被调整过的角位置，调节该角底部的支撑柱高度调整螺母，使打印平台上升挡住检测激光束，即条形光电接收器接收不到激光发射器发出的信号，然后细微回调支撑柱高度调整螺母使得打印平台缓慢下降至刚刚好条形光电接收器接收到激光发射器发出的信号；
(4.4)重复步骤(4.3)，完成四个角处的支撑柱高度调整，即实现了打印平台的安装平面度调至符合打印机设计精度要求；
(5)调节打印喷头位置，使打印喷头的喷嘴恰好位于经条形三角反射棱镜射出至条形光电接收器的水平检测激光束光路上方1～2mm；之后启动3D打印程序；
(6)在打印过程中，实时检测打印喷头的喷嘴是否出现堵料、缺料断料故障，实现智能化、闭环控制的打印喷头挤出故障监控；
具体方法为：
若某时刻喷嘴应该挤出丝料，当没有发生断料情况时，激光发射器发出激光束，丝料将会挡住激光束，条形光电接收器接收不到信号，而当条形光电接收器接收到激光信号时，说明断料异常发生；
若某时刻喷嘴不应该挤出丝料，当发生堵料情况时，激光发射器发出激光束，堵塞在喷嘴下方的丝料将会挡住激光束，条形光电接收器接收不到信号，说明堵料异常发生，而当条形光电接收器接收到激光信号时，说明无堵料异常发生。
(7)完成3D打印程序，获得打印的实体模型。
本发明具有如下有益效果：
目前，典型的FDM型3D打印机都是采用挂载式打印喷头机械结构，即打印喷头安装在可XY两轴插补运动的滑台上，而承载打印件模型的打印平台只需要Z轴升降运动，通过打印喷头和打印平台的组合运动将喷头挤出的熔融塑料进行图形化叠层沉积来实现实体模型的打印。
1、本发明所述3D打印机在线激光调平检测方法，针对挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机，能够利用激光检测***检测打印喷头的XY平面运动在打印平台范围内各处的运动平面度(由于打印喷头由XY两轴插补运动驱动，此运动平面度本质上是XY两轴导轨安装的平面度和直线度)。从而如本发明具体实施案例所述，可以实现在激光检测***的指示下，不断微调XY两轴导轨和打印喷头的安装方位，将打印喷头的运动平面度调至较高的精度水平，解决目前此类打印机由于缺少有效检测方法和装置，根本无法根据反馈调试XY两轴导轨和打印喷头的运动平面度的不足。
2、本发明所述3D打印机在线激光调平检测方法，针对挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机，能够利用激光检测***检测打印平台的安装平面度，从而可以实现在激光检测***的指示下，不断顺序微调打印平台的四个支撑柱高度，将打印平台的平面度调至较高的精度水平，解决目前此类打印机由于缺少有效检测方法和装置而只能通过塞片检测的不足，具有调试简单、快速、精度高的特点。通过将检测信号与支撑柱高度调整电机联动，通过专门的调平控制程序可实现全自动的打印平台调平。
3、本发明所述3D打印机在线激光调平检测方法，针对挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机，能够利用激光检测***实时检测打印喷头在打印过程中是否出现堵料、断料故障，通过将激光检测***的检测信号与打印机控制***连通并设计信号处理程序，可以实现智能化、闭环控制的打印喷头挤出故障监控。
附图说明
图1为本发明所述3D打印机在线激光调平检测装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
本发明所述3D打印机在线激光调平检测方法，包括如下步骤：
(1)在具有挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机上，布置好条形三角反射棱镜9和条形光电接收器10；
所述具有挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机，是指该FDM型3D打印机的打印喷头安装在具有XY两轴导轨可做XY两轴插补运动的滑台5上，而承载打印件模型的打印平台4只需要Z轴升降运动，通过打印喷头和打印平台4的组合运动将喷头挤出的熔融塑料进行图形化叠层沉积来实现实体模型的打印机；所述打印喷头一般包括挤出机构2和喷嘴3；所述打印平台4为方形。
所述条形三角反射棱镜9为长条形且具有两个反射面，条形光电接收器10也为长条形且其光电信号的接收面长度不小于条形三角反射棱镜9的长度，条形三角反射棱镜9的长度不小于打印平台的最大边长；
所述布置好条形三角反射棱镜9和条形光电接收器10，是指条形三角反射棱镜9和条形光电接收器10均固定安装在打印机壳体1内，二者分别面对面安装在打印平台的左右两侧，安装时利用水平仪等辅助工具调整二者的安装方位，使得同一个平面内入射的激光束经条形三角反射棱镜9两次反射后射出，正好落在条形光电接收器10的接收面内且为一条直线(平面的正投影即为直线)；
(2)将激光发射器7、平面反射镜8固定安装在打印喷头的侧面(即二者可跟随打印喷头运动)；
所述激光发射器7竖直安装(与打印喷头的喷嘴挤料方向平行)，用于输出检测激光束，带有光学调整架的平面反射镜8用于改变检测激光束的行进方向，二者的安装方位使得检测激光束经平面反射镜转折后至水平方向，入射至条形三角反射棱镜9，经条形三角反射棱镜9的两次反射后，再水平射出至条形光电接收器10；
(3)在检测激光束的辅助下，不断微调XY两轴导轨和打印喷头的安装方位，直至将打印喷头的运动平面度调至符合打印机设计精度要求；
具体方法为：
(3.1)使激光发射器7发出激光束，经过平面反射镜8和条形三角反射棱镜9的反射，水平射出至条形光电接收器10；
(3.2)通过控制***控制打印喷头在行程范围内做XY两轴插补运动，对条形光电接收器10接收到的所有信号进行直线拟合，得到一条拟合直线，并计算直线拟合误差；
(3.3)若直线拟合误差在打印机设计精度要求所允许波动范围内，则说明打印喷头的运动平面度已满足设计要求；
若直线拟合误差不在打印机设计精度要求所允许波动范围内，则说明打印喷头的运动平面度不满足设计要求；此时，标记所有超出允许波动范围的信号，该信号所对应的打印喷头位置为存在直线偏差的位置；控制打印喷头运动至存在直线偏差的位置，微调XY两轴导轨和打印喷头的装配方位，使得条形光电接收器10接收到的信号落入允许波动范围。依此方法逐个调节存在直线偏差的位置，直至条形光电接收器10接收到的所有信号的直线拟合误差均在打印机设计精度要求所允许波动范围内。
(4)在检测激光束的辅助下，不断微调打印平台的安装方位，将打印平台的安装平面度调至符合打印机设计精度要求；
具体方法为：
(4.1)使激光发射器7发出激光束，经过平面反射镜8和条形三角反射棱镜9的反射，水平射出至条形光电接收器10，通过控制***调节XYZ三维运动，使得打印喷头位于方形打印平台的四个角之一的位置，调节Z轴位置至打印平台4与打印喷头十分接近(小于3mm)然后锁定Z轴位置；
(4.2)调节该角底部的支撑柱高度调整螺母，使打印平台4上升挡住检测激光束，即条形光电接收器10接收不到激光发射器7发出的信号，然后细微回调支撑柱高度调整螺母使得打印平台4缓慢下降至刚刚好条形光电接收器10接收到激光发射器7发出的信号；
(4.3)通过控制***控制打印喷头的XY两轴运动，使得打印喷头位于方形打印平台的另一个未被调整过的角位置，调节该角底部的支撑柱高度调整螺母，使打印平台4上升挡住检测激光束，即条形光电接收器10接收不到激光发射器7发出的信号，然后细微回调支撑柱高度调整螺母使得打印平台4缓慢下降至刚刚好条形光电接收器10接收到激光发射器7发出的信号；
(4.4)重复如上第3步，完成四个角处的支撑柱高度调整，即实现了打印平台的安装平面度调至符合打印机设计精度要求；
值得指出的是，上述第1-4步可以是手动调节，也可以是将条形光电接收器10与支撑柱高度调整电机联动，通过专门的调平控制程序实现全自动的打印平台调平。
(5)经过上述第(3)、(4)两步骤，打印喷头和打印平台都已调节好后，可按常规流程启动3D打印程序；
(6)在打印过程中，实时检测打印喷头的喷嘴是否出现堵料、缺料断料故障，实现智能化、闭环控制的打印喷头挤出故障监控；
具体的做法是，将激光检测***的检测信号与打印机控制***连通并设计信号处理程序，使打印喷头的喷嘴3恰好位于经条形三角反射棱镜9射出至条形光电接收器10的水平检测激光束光路上方1～2mm；开始打印时，若某时刻喷嘴3应该挤出丝料，当没有发生断料情况时，激光发射器7发出激光束，丝料将会挡住激光束，条形光电接收器10接收不到信号，而当条形光电接收器10接收到激光信号时，说明断料异常发生；若某时刻喷嘴3不应该挤出丝料(位于空驶行程)，当发生堵料情况时，激光发射器7发出激光束，堵塞在喷嘴下方的丝料将会挡住激光束，条形光电接收器10接收不到信号，说明堵料异常发生，而当条形光电接收器10接收到激光信号时，说明无堵料异常发生。
(7)完成3D打印程序，获得打印的实体模型。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (1)

1.一种3D打印机在线激光调平检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在具有挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机上，布置好条形三角反射棱镜(9)和条形光电接收器(10)；
所述具有挂载式打印喷头机械结构的FDM型3D打印机，是指该FDM型3D打印机的打印喷头安装在具有XY两轴导轨可做XY两轴插补运动的滑台上，承载打印件模型的打印平台只做Z轴升降运动，通过打印喷头和打印平台的组合运动将喷头挤出的熔融塑料进行图形化叠层沉积来实现实体模型的打印机；
所述打印喷头包括挤出机构(2)和喷嘴(3)；所述打印平台为方形；
所述条形三角反射棱镜(9)为长条形且具有两个反射面，所述条形光电接收器(10)为长条形且其光电信号的接收面长度不小于条形三角反射棱镜(9)的长度，条形三角反射棱镜(9)的长度不小于打印平台的最大边长；
所述布置好条形三角反射棱镜(9)和条形光电接收器(10)，是指条形三角反射棱镜(9)和条形光电接收器(10)均固定安装在打印机壳体(1)内，二者分别面对面安装在打印平台的左右两侧，并使得同一个平面内入射的激光束经条形三角反射棱镜(9)两次反射后射出，正好落在条形光电接收器(10)的接收面内且为一条直线；
(2)将激光发射器(7)和平面反射镜(8)固定安装在打印喷头的侧面，使得二者随打印喷头同步运动；
所述激光发射器(7)竖直安装，用于输出检测激光束；所述平面反射镜(8)带有光学调整架，用于改变检测激光束的行进方向，二者的安装方位使得检测激光束经平面反射镜(8)的转折后至水平方向，入射至条形三角反射棱镜(9)，经条形三角反射棱镜(9)的两次反射后，再水平射出至条形光电接收器(10)；
(3)在检测激光束的辅助下，不断微调XY两轴导轨和打印喷头的安装方位，直至将打印喷头的运动平面度调至符合打印机设计精度要求；
具体方法为：
(3.1)使激光发射器(7)发出激光束，经过平面反射镜(8)和条形三角反射棱镜(9)的反射，水平射出至条形光电接收器(10)；
(3.2)通过控制***控制打印喷头在行程范围内做XY两轴插补运动，对条形光电接收器(10)接收到的所有信号进行直线拟合，得到一条拟合直线，并计算直线拟合误差；
(3.3)若直线拟合误差在打印机设计精度要求所允许波动范围内，则说明打印喷头的运动平面度已满足设计要求；
若直线拟合误差不在打印机设计精度要求所允许波动范围内，则说明打印喷头的运动平面度不满足设计要求；此时，标记所有超出允许波动范围的信号，该信号所对应的打印喷头位置为存在直线偏差的位置；控制打印喷头运动至存在直线偏差的位置，微调XY两轴导轨和打印喷头的装配方位，使得条形光电接收器(10)接收到的信号落入允许波动范围；依此方法逐个调节存在直线偏差的位置，直至条形光电接收器(10)接收到的所有信号的直线拟合误差均在打印机设计精度要求所允许波动范围内；
(4)在检测激光束的辅助下，不断微调打印平台的安装方位，将打印平台的安装平面度调至符合打印机设计精度要求；
具体方法为：
(4.1)使激光发射器(7)发出激光束，经过平面反射镜(8)和条形三角反射棱镜(9)的反射，水平射出至条形光电接收器(10)，通过控制***调节XYZ三维运动，使得打印喷头位于方形打印平台的四个角之一的位置，调节Z轴位置至打印平台(4)与打印喷头接近然后锁定Z轴位置；
(4.2)调节该角底部的支撑柱高度调整螺母，使打印平台(4)上升挡住检测激光束，即条形光电接收器(10)接收不到激光发射器(7)发出的信号，然后回调支撑柱高度调整螺母使得打印平台(4)缓慢下降至条形光电接收器(10)刚好接收到激光发射器(7)发出的信号；
(4.3)通过控制***控制打印喷头的XY两轴运动，使得打印喷头位于方形打印平台的另一个未被调整过的角位置，调节该角底部的支撑柱高度调整螺母，使打印平台(4)上升挡住检测激光束，即条形光电接收器(10)接收不到激光发射器(7)发出的信号，然后细微回调支撑柱高度调整螺母使得打印平台(4)缓慢下降至刚刚好条形光电接收器(10)接收到激光发射器(7)发出的信号；
(4.4)重复步骤(4.3)，完成四个角处的支撑柱高度调整，即实现了打印平台的安装平面度调至符合打印机设计精度要求；
(5)调节打印喷头位置，使打印喷头的喷嘴(3)恰好位于经条形三角反射棱镜(9)射出至条形光电接收器(10)的水平检测激光束光路上方1～2mm；之后启动3D打印程序；
(6)在打印过程中，实时检测打印喷头的喷嘴是否出现堵料、缺料断料故障，实现智能化、闭环控制的打印喷头挤出故障监控；
具体方法为：
若某时刻喷嘴(3)应该挤出丝料，当没有发生断料情况时，激光发射器(7)发出激光束，丝料将会挡住激光束，条形光电接收器(10)接收不到信号，而当条形光电接收器(10)接收到激光信号时，说明断料异常发生；
若某时刻喷嘴(3)不应该挤出丝料，当发生堵料情况时，激光发射器(7)发出激光束，堵塞在喷嘴下方的丝料将会挡住激光束，条形光电接收器(10)接收不到信号，说明堵料异常发生，而当条形光电接收器(10)接收到激光信号时，说明无堵料异常发生；
(7)完成3D打印程序，获得打印的实体模型。
CN201911130463.9A 2019-11-18 2019-11-18 一种3d打印机在线激光调平检测方法 Active CN110757786B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911130463.9A CN110757786B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种3d打印机在线激光调平检测方法
US17/060,023 US11338504B2 (en) 2019-11-18 2020-09-30 Online laser leveling detection method of 3D printer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911130463.9A CN110757786B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种3d打印机在线激光调平检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110757786A CN110757786A (zh) 2020-02-07
CN110757786B true CN110757786B (zh) 2021-08-03

Family

ID=69338460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911130463.9A Active CN110757786B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种3d打印机在线激光调平检测方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11338504B2 (zh)
CN (1) CN110757786B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6805028B2 (ja) * 2017-03-07 2020-12-23 東京エレクトロン株式会社 液滴吐出装置、液滴吐出方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体
CN112247368A (zh) * 2020-09-10 2021-01-22 大族激光科技产业集团股份有限公司 水平调试方法及装置
CN113977935A (zh) * 2021-11-15 2022-01-28 温州大学 一种适用于fdm型3d打印的热辊压装置
CN114889123B (zh) * 2022-04-29 2024-04-12 深圳快造科技有限公司 一种基于视觉识别的双喷嘴校准方法和打印装置
CN117774312A (zh) * 2023-12-20 2024-03-29 佛山职业技术学院 一种增材制造***以及成型工艺

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5637175A (en) * 1988-10-05 1997-06-10 Helisys Corporation Apparatus for forming an integral object from laminations
JP3407679B2 (ja) * 1998-03-24 2003-05-19 日本電気株式会社 光ヘッド及び光ヘッドの製造装置
US6770546B2 (en) * 2001-07-30 2004-08-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device
US7126681B1 (en) * 2002-04-23 2006-10-24 Kla-Tencor Technologies Corporation Closed region defect detection system
JP5713545B2 (ja) * 2009-08-05 2015-05-07 株式会社ミツトヨ 斜入射干渉計
CN104015368B (zh) * 2014-06-27 2016-02-17 漳州市回声电子科技有限公司 一种挤出头断料自动切换的3d打印机
KR101590774B1 (ko) * 2014-10-16 2016-02-19 한국생산기술연구원 단방향으로 회전하는 폴리곤미러를 구비하는 입체조형장비의 헤드장치 및 이를 이용하는 조형평면의 스캐닝방법 및 이를 이용하는 입체조형장치.
CN204936231U (zh) * 2015-09-25 2016-01-06 杨国锋 一种3d打印机底盘调平装置
CN205905433U (zh) * 2016-07-07 2017-01-25 四川省有色冶金研究院有限公司 一种激光选区熔化设备基板自动调平装置
CN108943726B (zh) * 2018-09-19 2020-04-24 湖北工业大学 一种桌面式3d打印机的调平装置及调平方法
EP3650204B1 (en) * 2018-11-06 2023-03-29 Concept Laser GmbH Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
CN109878073A (zh) * 2019-03-28 2019-06-14 哈尔滨理工大学 一种3d打印机成型精度优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110757786A (zh) 2020-02-07
US11338504B2 (en) 2022-05-24
US20210146601A1 (en) 2021-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110757786B (zh) 一种3d打印机在线激光调平检测方法
CN107053429B (zh) 一种可以实现陶瓷零件坯体精密成形的3d打印机及方法
CN100544943C (zh) 光固化快速成型的树脂液面控制及树脂涂覆的方法和装置
CN104907703B (zh) 一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法和装置
KR101704620B1 (ko) 출력오류 보정이 가능한 압출 적층 방식 3ｄ 프린터 및 이를 이용한 출력오류 보정방법
CN201070835Y (zh) 一种用于光固化快速成型设备的树脂液面控制及涂覆装置
CN105880593B (zh) 多激光直线束印刷式扫描快速成形制造零件的设备及方法
CN105291435A (zh) 三维打印平台调整方法和三维打印机
CN104816479B (zh) 一种大幅面光固化3d打印机
CN206484892U (zh) 一种光固化3d打印机层厚精度调节装置
US11485079B2 (en) System for leveling heated platen in 3D printer
CN110757787A (zh) 一种带有在线激光调平检测装置的3d打印机
CN209158944U (zh) 一种双工位光固化3d打印机
CN108943726B (zh) 一种桌面式3d打印机的调平装置及调平方法
CN104723560A (zh) Dlp三维打印机及三维打印方法
CN105014960A (zh) 光固化快速成型装置
CN203485446U (zh) 一种面成型3d打印***
CN109158596B (zh) 一种sls金属3d打印机自动调平装置
CN206663797U (zh) 一种可调平的3d打印机架
CN211518505U (zh) 一种高精度3d打印机
WO2021061145A1 (en) 3d printer platform mover
WO2020172899A1 (zh) 一种内部立体光投影固化成型3d打印设备及其成型方法
CN203876232U (zh) 一种fdm的3d扫描打印装置
CN111055495B (zh) 一种高精度3d打印机
CN205202212U (zh) 一种新型三维打印机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200207

Assignee: Zhejiang Qi Di Technology Co.,Ltd.

Assignor: Wenzhou University

Contract record no.: X2021330000838

Denomination of invention: An on-line laser leveling detection method for 3D printer

Granted publication date: 20210803

License type: Common License

Record date: 20211225

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract