一种3D打印装置及一种3D打印方法

本发明涉及一种增材制造装置，尤其涉及一种3d打印装置及一种3d打印方法。

背景技术：

1、根据不同的成型原理，3d打印装置有多种，而在目前的太空环境如需要进行3d打印，通常是采用熔融沉积成型技术，当空间站内的仪器的零件损坏、又不能及时补充时，可以通过3d打印临时补充使用，采用熔融沉积成型技术相对简单、成本低，但是打印精度较低，操作繁琐，误差大，很难满足在太空中要求简单快捷的打印和高精确的要求。而光固化3d打印具有高精度、表面质量好的优点，但目前在太空中实现光固化3d打印难度较大，太空环境为微重力环境，使用者行动不方便，快速组装和操作光固化打印机的难度较大，整个装置在组装后存在较大装配误差，导致装置内光固化平台的位置偏移较大，影响3d打印成型质量，因此，亟需一种可以方便对光固化平台的位置进行调整的3d打印装置。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种3d打印装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明解决其技术问题的解决方案是：

3、一种3d打印装置，包括：光源机构，顶侧设置有打印屏幕；料箱，连接于所述光源机构顶侧，所述料箱与所述光源机构顶侧之间形成有料腔，所述料箱的外侧设置有连通于所述料腔的料孔与气孔；打印平台，位于所述料腔内；调位机构，设置于所述料箱顶侧，所述调位机构具有可在所述料腔内上下活动的活动端，所述调位机构的数量有多个，多个所述活动端分别通过球铰连接于所述打印平台。

4、该技术方案至少具有如下的有益效果：工作前，通过多个调位机构的活动端分别带动多个打印平台的不同位置上下移动，从而对打印平台的位置姿态进行调整，使得打印平台平行于打印屏幕，并通过多个调位机构对打印平台提供沿靠近或远离打印屏幕的驱动力，工作时，从料孔向料箱内注入树脂，并在气孔处排出料腔内的空气，由光源机构从打印屏幕处照射出需要成型的图案，对位于打印屏幕与打印平台之间的树脂进行光固化，随着将打印平台逐渐远离打印屏幕，逐渐在打印屏幕与打印平台之间成型出产品，如此提供一个相对密闭的料腔，可方便应用于不同的环境中，例如太空，并且可直接对组装完成后的打印平台进行调平，不需要再对整个装置拆装调整，提高了3d打印的质量与效率。

5、作为上述技术方案的进一步改进，所述调位机构包括电机、传动轮与调节螺杆，所述电机连接于所述料箱的顶侧，所述传动轮沿上下方向的轴线转动连接于所述料箱的顶侧，所述电机传动连接于所述传动轮，所述调节螺杆沿上下方向滑动连接于所述料箱顶侧，所述调节螺杆穿过所述传动轮并与所述传动轮螺纹连接，所述调节螺杆的底端为所述活动端。电机对传动轮提供旋转的驱动力，当需要对调节螺杆底端连接的打印平台所在位置向上调节时，将电机正转，由于调节螺杆与传动轮螺纹连接，并且调节螺杆与料箱之间具有滑动连接限定，当传动轮被带动传动时，可带动调节螺杆向上移动，从而对打印平台的位置姿态进行调整或带动打印平台整体上移；同样的，当需要对调节螺杆底端连接的打印平台所在位置向下调节时，将电机反转，可通过传动轮带动调节螺杆向下移动，从而对打印平台的位置姿态进行调整或带动打印平台整体下移。

6、作为上述技术方案的进一步改进，所述电机传动连接有扭矩传感器。当打印平台相对打印屏幕发生偏移时，将打印平台下移到位后，存在打印平台的某个位置与打印屏幕相互碰撞的情况，此时打印平台受到阻碍，阻碍的压力通过调节螺杆、传动轮传导至电机，使得电机的扭矩发生变化，此时可通过扭矩传感器进行检测，从而方便对所在位置的电机活动进行控制，当打印平台贴近打印屏幕后，多个位置的扭矩传感器测得的扭矩值相同或在允许误差值内，即可判断打印平台位置调整完成，如此可方便地对打印平台的位置姿态进行调整。

7、作为上述技术方案的进一步改进，所述光源机构包括底壳、聚光罩与光源，所述聚光罩连接于所述底壳内，所述聚光罩围设形成有开口向上的聚光槽，所述光源位于所述聚光槽内，所述打印屏幕连接所述聚光罩顶侧，所述料箱连接于所述底壳顶侧，所述料箱与所述底壳顶侧之间形成所述料腔。底壳连接于料箱底侧，在整体组装时，将料箱与底壳相互连接，工作时，光源出光，利用聚光罩将光线聚拢后向上发出，经过打印屏幕投射出所需要的图案，从而在打印平台底侧或固化后的树脂上继续对树脂固化成型。

8、作为上述技术方案的进一步改进，所述外围板内嵌入有半导体制冷片，所述半导体制冷片用于对所述料腔加热或降温。当料腔温度高于设定温度，控制半导体制冷片靠近料腔的一面进行制冷，可以通过增加电流增加制冷功率；当温度低于设定温度，控制反转电流方向，半导体制冷片靠近料腔的一面进行制热，如此有利于控制可以确保树脂始终在最佳工作温度范围内，从而优化树脂的流动性和固化特性，减少打印过程中可能出现的缺陷，提高产品的精度和表面质量。

9、作为上述技术方案的进一步改进，所述料箱包括外围板与顶盖，所述顶盖可拆卸地连接于所述外围板顶侧，所述调位机构设置于所述顶盖顶侧，所述顶盖、所述外围板与所述光源机构顶侧之间形成所述料腔。料箱包括有主要用于围成料腔内壁的外围板，外围板的顶侧与顶盖可拆卸连接，可方便打开料腔上方的开口对内部进行维护，又或者是方便对调位机构拆出维护，提高使用的使用性。

10、一种3d打印方法，使用上述的3d打印装置，包括：

11、多个所述调位机构的所述活动端同时带动所述打印平台下移，直至所述打印平台接触所述打印屏幕时停止；

12、获取多个所述电机的第一扭矩变化值与第一预设扭矩阈值；

13、判断所述第一扭矩变化值是否超过所述第一预设扭矩阈值，当所述第一扭矩变化值超过所述第一预设扭矩阈值时，控制调整对应所述活动端的高度，并使得对应所述电机的第一扭矩变化值在所述第一预设扭矩阈值内；

14、向所述料腔内注入树脂，并从所述料腔内抽气；

15、控制打印平台上升，从所述打印屏幕出光对树脂固化成型。

16、该技术方案至少具有如下的有益效果：当打印平台相对打印屏幕发生偏移时，将打印平台下移到位后，存在打印平台的某个位置与打印屏幕相互碰撞的情况，此时打印平台受到阻碍，阻碍的压力通过调节螺杆、传动轮传导至电机，使得电机的扭矩发生变化，此时可通过扭矩传感器进行检测，当获取得到的第一扭矩变化值超过第一预设扭矩阈值时，则判断该位置存在偏移较大的情况，此时可通过活动端对该位置的高度进行调整，使得第一扭矩变化值调整至第一预设扭矩阈值内，实现对打印平台的位置姿态进行调整，使得打印平台平行于打印屏幕，接着向料腔内注入树脂，并对料腔抽气，保证料腔内部气压正常，由光源机构从打印屏幕处照射出需要成型的图案，对位于打印屏幕与打印平台之间的树脂进行光固化，随着将打印平台逐渐远离打印屏幕，逐渐在打印屏幕与打印平台之间成型出产品，如此可直接对组装完成后的打印平台进行调平，不需要再对整个装置拆装调整，提高了3d打印的质量与效率。

17、作为上述技术方案的进一步改进，所述3d打印方法还包括：

18、判断所有产品是否打印完成；

19、当所有产品未打印完成时，控制打印平台上升；

20、检测树脂体积损失量，并向所述料腔内注入树脂；

21、控制所述打印平台下移至上一工位，重复进行所述从所述打印屏幕出光对树脂固化成型。

22、通过将树脂光固化成型的方式，需要将产品逐渐成型，当所有产品未打印完成时，需要将打印平台继续上升，从而使树脂回流，为下一层固化补充树脂，由于液态树脂固化后整体的体积会变小，容易在料腔内形成空腔，造成打印缺失，因此，检测树脂体积损失量，并根据树脂体积损失量向料腔内注入树脂，从而保持成型质量，再次控制打印平台下移至上一工位处，亦即检测未完成产品时打印平台所在的位置，然后重复进行从打印屏幕处照射出需要成型的图案，对位于打印屏幕与打印平台之间的树脂进行光固化，如此有效减少产品内气孔的产品，提高产品成型质量，尤其应用于太空环境中进行3d打印。

23、作为上述技术方案的进一步改进，所述3d打印方法，还包括：

24、获取多个所述电机的第二预设扭矩阈值，并保持获取多个所述电机的第二扭矩变化值与扭矩变化速率；

25、判断所述第二扭矩变化值是否超过所述第二预设扭矩阈值，当所述第二扭矩变化值超过所述第二预设扭矩阈值时，控制对应所述电机加速、减速或停止，并使得对应所述电机(410)的第二扭矩变化值在所述第二预设扭矩阈值内。

26、作为上述技术方案的进一步改进，所述3d打印方法还包括：

27、当所有产品打印完成时，控制打印平台上升；

28、从所述料腔内抽出树脂，并向所述料腔内充气。

29、当判断产品打印完成后，控制打印平台上升，此时通过对料腔内进行抽树脂、充气的操作，对料腔内的树脂回收，并方便取出成型后的产品。