一种双工位光固化3D打印机的制作方法

本实用新型涉及快速成型技术领域，特别是涉及一种双工位光固化3D打印机。

背景技术：

光固化快速成型技术是典型的逐层制造法，采用液态光敏树脂为原料，紫外激光器在计算机的控制下根据零件的分层截面信息，在光敏树脂等相应材料的液面上进行逐点扫描，被扫描区域的树脂经过光聚合反应而固化，形成零件的一个分层截面，一层固化好之后，工作平台下降一个分层厚的距离，涂覆装置控制刮板运动，在先前固化好的零件分层截面上重新涂抹一层新的液态树脂，然后计算机控制激光器再扫描下一分层截面，层与层之间也因此而紧密连接在一起没有缝隙。如此反复，直至整个零件成型。利用该方法可制作任意复杂结构的样件。

根据光固化快速成型技术的成型原理，当扫描头完成一层扫描后，工作平台需下降一个分层厚的距离，涂覆装置控制刮板运动，在先前固化好的零件分层截面上重新涂抹一层新的液态树脂。在这一过程中，扫描头在完成前一层扫描之后到下一层扫描开始之前的一段时间内是处于不工作状态的，一个物体的打印完成需要几小时甚至几十小时的时间，打印效率低。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的技术缺陷，本实用新型提供一种双工位光固化3D打印机，可提高光固化3D打印机的打印速度。

本实用新型采用的技术解决方案是：

一种双工位光固化3D打印机，包括机架、水平安装在机架上的水平基座及并排设置在水平基座上且共用一光学系统的两套打印装置A、B，两套打印装置A、B相互独立工作，各打印装置分别包括树脂槽、树脂涂覆机构、升降工作机构和液位平衡机构，两个树脂槽A、B左右并排设置并在两个树脂槽A、B的前后两侧的水平基座上分别布置一个滑轨；

打印装置A的树脂涂覆机构包括横置在各自树脂槽A上方的刮刀A及与所述滑轨相互平行布置的滚珠丝杆模组A，滚珠丝杆模组A安装在树脂槽A的前侧并由伺服电机A驱动；

打印装置B的树脂涂覆机构包括横置在各自树脂槽B上方的刮刀B及与所述滑轨相互平行布置的滚珠丝杆模组B，滚珠丝杆模组B安装在树脂槽B的后侧并由伺服电机驱动；

两套打印装置的刮刀两端均通过滑块滑动配合于所述两个滑轨上且刮刀的一端分别通过刮刀接块与同一树脂涂覆机构的滚珠丝杆模组上的滑台相连接。

优选地，打印装置A的升降工作机构和液位平衡机构均安装在Z轴基座A上，所述Z轴基座A位于树脂槽A的左位；打印装置B的升降工作机构和液位平衡机构均安装在Z轴基座B上，所述Z轴基座B位于树脂槽B的右位。

优选地，打印装置A、B的升降工作机构的构造相同，分别包括伺服电机C、滚珠丝杆模组C及L型支撑架和网板，所述滚珠丝杆模组C竖向安装在Z轴基座上并包括滑台C，所述L型支撑架固定连接滑台C，所述网板水平安装在L型支撑架上。

优选地，所述滚珠丝杆模组C一侧的Z轴基座上沿滑台C移动路线间隔设置有第三位置传感器，所述滚珠丝杆模组C的滑台C上还向外凸伸设置有感应板C。

优选地，打印装置A、B的液位平衡机构的构造相同，分别包括激光液位传感器、伺服电机D、滚珠丝杆模组D及平衡块，所述激光液位传感器固定安装在Z轴基座上并朝向液面，所述滚珠丝杆模组D固定安装在Z轴基座上并包括滑台D，所述平衡块通过连接板固定安装在滑台D上。

优选地，所述滚珠丝杆模组D一侧的Z轴基座上沿滑台D移动路线间隔设置有第四位置传感器，所述滚珠丝杆模组D的滑台D上还向外凸伸设置有感应板D。

优选地，所述滚珠丝杆模组A一侧的水平基座上沿滑台移动路线间隔设置有第一位置传感器，所述滚珠丝杆模组A的滑台上还向外凸伸设置有第一感应板；

所述滚珠丝杆模组B一侧的水平基座上沿滑台移动路线间隔设置有第二位置传感器，所述滚珠丝杆模组B的滑台上还向外凸伸设置有第二感应板。

优选地，所述刮刀接块的一端与刮刀通过磁力模组悬浮配合，所述刮刀接块的另一端通过紧固件固定安装在滚珠丝杆模组的滑台顶部。

优选地，所述刮刀接块的与刮刀相配合的一端设有开口向下的U型槽部，所述U型槽部与刮刀的相向面上分别安装有同极相斥的强磁铁。

优选地，所述U型槽部上的强磁铁分别通过第一减震橡胶垫安装在U型槽部上，所述刮刀上的强磁铁分别通过第二减震橡胶垫安装在刮刀上。

本实用新型的有益效果：

本实用新型包括并排设置在水平基座上且共用一光学系统的两套打印装置A、B，两套打印装置A、B相互独立工作，大大缩短了顺序执行过程中光学系统部分的等待时间，单个加工周期内可以完成两个工件加工层的打印，相当于原有的两个加工周期，而又明显的比原有的两个周期的耗时短，大幅度提升了3d打印机的效率；

本实用新型两个树脂槽A、B左右并排设置并在两个树脂槽A、B的前后两侧的水平基座上分别布置一个滑轨，两套打印装置的刮刀两端均通过滑块滑动配合于所述两个滑轨上且刮刀的一端分别通过刮刀接块与同一树脂涂覆机构的滚珠丝杆模组上的滑台相连接，这样相对传统的同步带和主从动轮方式而言更加平稳可靠，刮刀对驱动力的响应更为灵敏准确，进一步地在刮刀接块与刮刀一端之间采用磁力模组悬浮配合，互相之间没有接触式连接，利用磁铁同极相斥的原理，利用磁力将刮刀锁在刮刀接块的U型槽部内，且由于上部磁力模组的存在，可以在垂直方向维持一个向下的压力，使得刮刀不会在运动中上下跳动。

附图说明

图1为本实用新型双工位光固化3D打印机结构示意图。

图2为本实用新型双工位光固化3D打印机结构示意图（省略机架和光学系统）。

图3为本实用新型升降工作机构结构示意图。

图4为本实用新型液位平衡机构结构示意图。

图5为本实用新型刮刀与滑轨和滚珠丝杆模组装配示意图。

图6为图5的局部示意图。

图7为本实用新型实施例1的刮刀与刮刀接块连接结构示意图。

图8为本实用新型实施例2的刮刀与刮刀接块连接结构示意图。

图9为本实用新型实施例2的刮刀结构示意图。

图10为本实用新型实施例2的刮刀与刮刀接口连接状态侧视图。

图11为本实用新型实施例2的刮刀接口结构示意图。

图12为本实用新型双工位光固化3D打印机的打印流程示意图。

附图标记说明：

100、水平基座；200、光学系统；300、滑轨；11、树脂槽A；12、刮刀A；13、滚珠丝杆模组A；14、伺服电机A；15、刮刀接块A；17、第一位置传感器；18、Z轴基座A；21、树脂槽B；22、刮刀B；23、滚珠丝杆模组B；24、伺服电机B；25、刮刀接块B；26、第二感应板；27、第二位置传感器；28、Z轴基座B；31、伺服电机C；32、滚珠丝杆模组C；33、L型支撑架；34、网板；36、第三位置传感器；41、伺服电机D；42、滚珠丝杆模组D；43、平衡块；44、激光液位传感器；45、感应板D；46、第四位置传感器；71、强磁铁；72、第一减震橡胶垫；80、刮刀；90、刮刀接块；91、U型槽部。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1-7所示，本实施例提供一种双工位光固化3D打印机，包括机架、水平安装在机架上的水平基座100及并排设置在水平基座100上且共用一光学系统200的两套打印装置A、B，两套打印装置A、B相互独立工作，各打印装置分别包括树脂槽、树脂涂覆机构、升降工作机构和液位平衡机构，两个树脂槽A11、B21左右并排设置并在两个树脂槽A11、B21的前后两侧的水平基座100上分别布置一个滑轨300。打印工作时，两个树脂槽A11、B21内分别装有光敏树脂。

在本实施例中，打印装置A的树脂涂覆机构包括横置在各自树脂槽A11上方的刮刀A12及与所述滑轨300相互平行布置的滚珠丝杆模组A13，滚珠丝杆模组A13安装在树脂槽A11的前侧并由伺服电机A14驱动，刮刀A12的两端分别通过滑块滑动配合于所述两个滑轨300上且刮刀A12的一端还通过刮刀接块A15与滚珠丝杆模组A13的滑台A相连接，如此当伺服电机A14驱使滑台A平移的同时也能够带动刮刀接块A15及刮刀A12一起同向同步平移。

所述滚珠丝杆模组A13一侧的水平基座100上沿滑台A移动路线间隔设置有第一位置传感器17，所述滚珠丝杆模组A13的滑台A上还向外凸伸设置有第一感应板。优选地，所述第一位置传感器17采用槽型光电开关，设有三个，其一对应安装在刮刀A12起始位置，当第一感应板移动至该处则停止，再一对应安装在刮刀A12的行程终点，当第一感应板移动至该终点处则停止，使得刮刀A12在起始位置和行程终点之间来回移动，另一在中间用于设定滚珠丝杆模组A13坐标系的零点。

在本实施例中，打印装置B的树脂涂覆机构包括横置在各自树脂槽B21上方的刮刀B22及与所述滑轨300相互平行布置的滚珠丝杆模组B23，滚珠丝杆模组B23安装在树脂槽B21的后侧并由伺服电机B24驱动,刮刀B22的两端分别通过滑块滑动配合于所述两个滑轨300上且刮刀B22的一端还通过刮刀接块B25与滚珠丝杆模组B23的滑台B相连接，如此当伺服电机B24驱使滑台B平移的同时也能够带动刮刀接块B25及刮刀B22一起同向同步平移。

所述滚珠丝杆模组B23一侧的水平基座100上沿滑台B移动路线间隔设置有第二位置传感器27，所述滚珠丝杆模组B23的滑台B上还向外凸伸设置有第二感应板26。优选地，所述第二位置传感器27采用槽型光电开关，设有三个，其一对应安装在刮刀B22起始位置，当第二感应板26移动至该处则停止，再一对应安装在刮刀B22的行程终点，当第二感应板26移动至该终点处则停止，使得刮刀B22在起始位置和行程终点之间来回移动，另一在中间用于设定滚珠丝杆模组B23坐标系的零点。

打印装置A的升降工作机构和液位平衡机构均安装在Z轴基座A18上，所述Z轴基座A18位于树脂槽A11的左位。打印装置B的升降工作机构和液位平衡机构均安装在Z轴基座B28上，所述Z轴基座B28位于树脂槽B21的右位。

打印装置A、B的升降工作机构的构造相同，分别包括伺服电机C31、滚珠丝杆模组C32及L型支撑架33和网板34，所述滚珠丝杆模组C32竖向安装在Z轴基座上并包括滑台C，所述L型支撑架33固定连接滑台C，所述网板34水平安装在L型支撑架33上，当伺服电机C31驱使滑台C升降的同时也能够带动L型支撑架33和网板34一起同向同步升降，从而实现每扫描固化出一层后下降一层。所述滚珠丝杆模组C32一侧的Z轴基座上沿滑台C移动路线间隔设置有第三位置传感器36，所述滚珠丝杆模组C32的滑台C上还向外凸伸设置有感应板C。优选地，所述第三位置传感器36采用槽型光电开关，设有三个，其一对应安装在滑台C起始位置，当感应板C移动至该处则停止，再一对应安装在滑台C的行程终点，当感应板C移动至该终点处则停止，使得滑台C在起始位置和行程终点之间来回移动，另一在中间用于设定滚珠丝杆模组C32坐标系的零点。

打印装置A、B的液位平衡机构的构造相同，分别包括激光液位传感器44、伺服电机D41、滚珠丝杆模组D42及平衡块43，所述激光液位传感器44固定安装在Z轴基座上并朝向液面，所述滚珠丝杆模组D42固定安装在Z轴基座上并包括滑台D，所述平衡块43通过连接板固定安装在滑台D上，当伺服电机D41驱使滑台D升降的同时也能够带动平衡块43一起同向同步升降，配合激光液位传感器44实现保持液面在设定高度位置。所述滚珠丝杆模组D42一侧的Z轴基座上沿滑台D移动路线间隔设置有第四位置传感器46，所述滚珠丝杆模组D42的滑台D上还向外凸伸设置有感应板D45。优选地，所述第四位置传感器46采用槽型光电开关，设有三个，其一对应安装在滑台D起始位置，当感应板D45移动至该处则停止，再一对应安装在滑台D的行程终点，当感应板D45移动至该终点处则停止，使得滑台D在起始位置和行程终点之间来回移动，另一在中间用于设定滚珠丝杆模组D42坐标系的零点。

上述滚珠丝杆模组A、B、C、D优选采用KK6010P高强度线性模组，上述滑轨300采用WER17R直线导轨。

如图12所示，本实用新型的一般打印步骤分为分为A、B两部分同时进行：先进行A区域扫描，当A区域扫描完成后，同时进行A区域扫描后运动（网板、刮刀及液位运动）和B区域加工（B区扫描和B区扫描后运动）；完成B区扫描后，等待A区扫描后运动完成，再扫描A区，如此往复循环。若有一区物体先打印完，则恢复为单个打印的状态。如此大大缩短了顺序执行过程中光学系统部分的等待时间，单个加工周期内可以完成两个工件加工层的打印，相当于原有的两个加工周期，而又明显的比原有的两个周期的耗时短，大幅度提升了3d打印机的效率。

实施例2

如图1-6、8-12所示，本实施例提供一种双工位光固化3D打印机，本实施例与上述实施例1的区别仅在于：为减少刮刀80在运动过程中发生上下震动而影响3d打印机的加工精度，本实施例可进一步做出如下改良：刮刀80的一端与刮刀接块90通过磁力模组悬浮配合，所述刮刀接块90的另一端通过紧固件固定安装在滚珠丝杆模组的滑台顶部。所述刮刀接块90的与刮刀80相配合的一端设有开口向下的U型槽部91，所述U型槽部91与刮刀80的相向面上分别安装有同极相斥的强磁铁71。所述U型槽部91上的强磁铁71分别通过第一减震橡胶垫72安装在U型槽部91上，所述刮刀80上的强磁铁71分别通过第二减震橡胶垫安装在刮刀80上。如此，利用磁铁同极相斥的原理，利用磁力将刮刀80锁在刮刀接块90的U型槽部91内。由于上部磁力模组的存在，可以在垂直方向维持一个向下的压力，使得刮刀80不会在运动中上下跳动。而当刮刀接块90在滚珠丝杆模组的带动下开始运动时，由于同极相斥，推力被均匀的传递到刮刀80上，使得刮刀80平稳运动。本设计由于采用非接触式安装的方案，因此安装简单，减少了安装不当的概率。

以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。