一種3D激光快速成型系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種3D激光快速成型系統及方法,用于無模成型領域，系統包括：數據處理單元、控制芯片、三軸系統、光源、主控制板；方法步驟為：A、處理數據的立體分層、處理2.5D數據結構，轉換成相應的數據調用格式；B、調用2.5D數據掃描軌跡，并轉換為電脈沖信號；C、調用2.5D數據掃描軌跡，生成光源開關指令；D、執行所述電脈沖信號控制三軸系統，同時執行光源開關指令，實現逐層掃描、固化；采用本發明專利技術驅動下進行SLC分層數據的調用，可以輕松實現了對分層數據及走位的控制，配合激光源及光敏樹脂即可實現更快速的3D打印/快速成型。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及快速成型領域，尤其涉及一種用于無模成型的3D激光快速成型系統及方法。
技術介紹
隨著快速成型/3D打印技術的革新及快速發展，完整的一套快速成型機/3D快速成型機的工作處理機制基本包括:數據處理、數據調用、信號轉換、機械控制、光固化成型。其中，3D激光快速成型技術，采用液態光敏樹脂為原料。其工藝過程是:首先通過CAD設計出三維實體模型，利用離散程序將模型進行切片處理，設計掃描路徑，產生的數據將精確控制激光掃描器和升降臺的運動；激光光束通過數控裝置控制的掃描器，按設計的掃描路徑照射到液態光敏樹脂表面，使表面特定區域內的一層樹脂固化后，當一層加工完畢后，就生成零件的一個截面；然后升降臺下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態樹脂，再進行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。3D激光快速成型技術，加工速度快、產品生產周期短、無需切削工具與模具；在傳統工藝上取代了手工雕刻起版、精雕起版的第一母版制作，直接無模成型節約人力物力；但是也存在以下缺陷:1.系統造價高昂，使用和維護成本過高，難以實現普及化；2.系統是要對液體進行操作的精密設備，對工作環境要求苛刻；3.CAD數據調用過程中，各廠商都利用其捆綁的軟件進行設備的研發，對數據進行多次的整合及轉換，過程比較繁瑣，軟件系統操作復雜，入門困難；使用的文件格式不為廣大設計人員熟悉；4.立體光固化成型技術被國外單一公司所壟斷。
技術實現思路
本專利技術要解決的主要技術問題是，提供一種3D激光快速成型系統及方法，其可實現更快速的成型過程。為解決上述技術問題，本專利技術提供一種3D激光快速成型系統，其包括: 數據處理單元，用于處理數據的立體分層、處理2.5D數據結構，轉換成下一步控制芯片識別的數據調用格式； 控制芯片，用于調用機器內存中的2.5D數據掃描軌跡，生成控制各步進/伺服電機的工作路徑的電脈沖信號，以及光源開關指令； 三軸系統，由分別通過步進(伺服)電機驅動的X、Y、Z三軸構成，其中XY軸構成一個平面，Z軸用于升降工作臺，用于接收所述控制芯片的脈沖信號并進行工作，實現逐層掃描固化粘結； 光源，固定于所述XY平面軸上，由XY兩軸帶動掃描軌跡，用于執行由控制芯片發出光源開關要求； 主控制板，用于集合芯片及電路布局要求為一體，實現整機的主控模塊功能。本專利技術3D激光快速成型系統，所述控制芯片還用于調用數據再次反饋到所述數據處理單元中進行參數的仿真。對應所述光源還設有二級定時/計數器。所述光源采用40mw的紫外光微型激光器。所述控制芯片采用STM32F407芯片。一種3D激光快速成型方法，其方法步驟為: A、處理數據的立體分層、處理2.5D數據結構，轉換成相應的數據調用格式； B、調用2.5D數據掃描軌跡，并轉換為電脈沖信號； C、調用2.5D數據掃描軌跡，生成光源開關指令； D、執行所述電脈沖信號控制三軸系統，同時執行光源開關指令，實現逐層掃描、固化。所述步驟A在快速成型機中調用CAD分層數據。所述步驟B還包括步驟:調用數據再次反饋以進行參數的仿真。所述步驟D中，根據數據的輪廓檢測進行光源的真實掃描及填充，使光源通過控制系統來結合數據開關。所述光源的控制采用二級定時/計數器串聯方式，在第一級的定時/計數器中發生PWM控制脈沖，第二級定時/計數器對第一級PWM進行計數，達到計數值時產生中斷信號實現光源的開關控制。本專利技術的有益效果是:一種3D激光快速成型系統及方法，對應包括:數據處理單元、控制芯片、三軸系統、光源、主控制板；方法步驟為:A、處理數據的立體分層、處理2.5D數據結構，轉換成相應的數據調用格式、調用2.5D數據掃描軌跡，并轉換為電脈沖信號；C、調用2.5D數據掃描軌跡，生成光源開關指令；D、執行所述電脈沖信號控制三軸系統，同時執行光源開關指令，實現逐層掃描、固化；采用本專利技術驅動下進行SLC分層數據的調用，可以輕松實現了對分層數據及走位的控制，配合激光源及光敏樹脂即可實現更快速的3D打印/快速成型。附圖說明圖1為本專利技術對應的3D激光快速成型機結構示意 圖2為本專利技術3D激光快速成型系統一種實施例的系統示意 圖3為本專利技術3D激光快速成型方法一種實施例的示意 圖4本專利技術步進電機的曲線控制下的加減速處曲線； 圖5本專利技術步進電機的曲線控制下的加減速處曲線； 圖6本專利技術步進電機的曲線控制下的加減速處曲線； 圖7本專利技術步進電機的曲線控制下的加減速處曲線。具體實施例方式下面通過具體實施方式結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明。本專利技術利用三軸原理，精確的控制系統控制一個光源，對CAD軟件制的分層進用調用，固定于三軸上的光源發出的光點對光敏樹脂進行掃描填充，逐層實現固化，從而實現3D打印/快速成型的設備。該設備屬于低功耗、高精度、易學習操作的無模成型技術。本系統適用于65*65mm、120*120mm規格，及不同的大小規格。如圖1所示本專利技術對應的3D激光快速成型機，包括:用于容置光敏樹脂的物料盤4、底面用于連接成型工件I的工作臺7、用于驅使光敏樹脂固化的光源8、用于驅動所述工作臺7升降的豎直升降機構I (Z軸)，以及用于驅動所述光源8水平橫向和縱向移動的水平橫向移動機構2 (Y軸)，和水平縱向移動機構3 (X軸)；所述工作臺7位于所述物料盤4正上方，所述光源8位于所述物料盤4正下方，所述水平縱向移動機構3連接在所述水平橫向移動機構2上部，所述光源8連接在水平縱向移動機構3上部所述豎直升降機構1、水平橫向移動機構2、水平縱向移動機構3均通過步進電機驅動。3D激光快速成型機還包括平行設置的機座6與平衡托板5,所述平衡托板5位于機座6上方,平衡托板5上設有加熱所述物料盤4的加熱板，平衡托板5中部設有與所述物料盤4形狀適配的圓形缺口。所述水平橫向移動機構2和水平縱向移動機構3設置在機座6上，以減少震動安裝維護方便。所述物料盤4及加熱板設置在平衡托板5上，減少光敏樹脂低溫凝固。參照圖2所示，執行動、引導三軸結合原理在一套裝置內，XY軸帶動光源進行掃描固化，Z軸位于上方，把中間透明物料盤內光固化樹脂由XY軸固化后成型于Z軸工作臺7上，分層固化直至工作制作完成。本專利技術利用三軸原理，精確的控制系統控制一個光源，對CAD軟件制的分層進用調用，固定于三軸上的光源發出的光點對光敏樹脂進行掃描填充。具體的，如圖2所示實施例，一種3D激光快速成型系統，其包括:數據處理單元、控制芯片、三軸系統、光源及主控制板。其中，數據處理單元，用于處理數據的立體分層、處理2.5D數據結構，轉換成下一步控制芯片識別的數據調用格式。控制芯片，用于調用機器內存中的2.數據掃描軌跡，生成控制各步進/伺服電機的工作路徑的電脈沖信號，以及光源開關指令；控制芯片在整機中起到CPU的作用。三軸系統，由分別通過步進/伺服電機驅動的X、Y、Z三軸構成，其中XY軸構成一個平面，Z軸用于升降工作臺，用于接收所述控制芯片的脈沖信號并進行工作，實現逐層掃描固化粘結。光源，固定于所述XY平面軸上，由XY兩軸帶動掃描軌跡，用于執行由控制芯片發出光源開關要求。主控制板，用于集合芯片及電路布局要求為一體，實現整機的主控模塊功能。實施時，本專利技術3D激光快速成型系統，所述控制芯片還用于調用數本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種3D激光快速成型系統,其特征在于，包括：數據處理單元，用于處理數據的立體分層、處理2.5D數據結構，轉換成下一步控制芯片識別的數據調用格式；控制芯片，用于調用機器內存中的2.5D數據掃描軌跡，生成控制各步進電機的工作路徑的電脈沖信號，以及光源開關指令；三軸系統，由分別通過步進/伺服電機驅動的X、Y、Z三軸構成，其中XY軸構成一個平面，Z軸用于升降工作臺，用于接收所述控制芯片的脈沖信號并進行工作，實現逐層掃描固化粘結；光源，固定于所述XY平面軸上，由XY兩軸帶動掃描軌跡，用于執行由控制芯片發出光源開關要求；主控制板，用于集合芯片及電路布局要求為一體，實現整機的主控模塊功能。

【技術特征摘要】
1.一種3D激光快速成型系統，其特征在于，包括: 數據處理單元，用于處理數據的立體分層、處理2.5D數據結構，轉換成下一步控制芯片識別的數據調用格式； 控制芯片，用于調用機器內存中的2.5D數據掃描軌跡，生成控制各步進電機的工作路徑的電脈沖信號，以及光源開關指令； 三軸系統，由分別通過步進/伺服電機驅動的X、Y、Z三軸構成，其中XY軸構成一個平面，Z軸用于升降工作臺，用于接收所述控制芯片的脈沖信號并進行工作，實現逐層掃描固化粘結； 光源，固定于所述XY平面軸上，由XY兩軸帶動掃描軌跡，用于執行由控制芯片發出光源開關要求； 主控制板，用于集合芯片及電路布局要求為一體，實現整機的主控模塊功能。2.如權利要求1所述的3D激光快速成型系統，其特征在于，所述控制芯片還用于調用數據再次反饋到所述數據處理單元中進行參數的仿真。3.如權利要求1所述的3D激光快速成型系統，其特征在于，對應所述光源還設有二級定時/計數器。4.如權利要求1所述的3D激光快速成型系統，其特征在于，所述光源采用40mw的紫外光微型激光器。5.如權利要求1所述的3D激光快速成型系統，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳建中，
申請(專利權)人：深圳誠一信科技有限公司，
類型：發明
國別省市：