一种基于单片机的低成本激光烧结3D打印机的制作方法

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种基于单片机的低成本激光烧结3D打印机。

背景技术：

现目前国内现有的激光烧结3D打印机为工业打印机，该类打印机存在如下几点缺陷：1、打印效率低，现有激光烧结设备成型箱较大，在打印小型件时，由于激光烧结成型原理，会有部分装置进行空行程，造成了设备使用的无谓折损和无谓的时间损耗；2、操作难度大，现有激光烧结设备采用工控机控制，工业级选择性激光烧结设备操作复杂需要对操作人员进行专业的培训；3、打印精度低，现有激光烧结采用振镜扫描方式，光斑存在聚焦畸变。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了克服现有技术不足，现提出一种基于单片机的低成本激光烧结3D打印机，其打印效率高，操作难度低，同时打印精度高。

(二)技术方案

本发明通过如下技术方案实现：本发明提出了一种基于单片机的低成本激光烧结3D打印机，包括机架，还包括有模块化粉箱、激光模块、铺粉辊、X轴步进电机、Y轴步进电机以及控制系统，所述模块化粉箱通过带自锁功能的粉箱轨道活动安装于机架上，所述X轴步进电机安装固定于机架顶部且在其输出轴处通过联轴器连接一传动轴，机架上还设置有一平行于传动轴的从动轴，所述从动轴与传动轴通过同步带连接传动，机架顶部位于从动轴与传动轴之间位置设置有一Y轴导轨，所述Y轴导轨两端分别通过导轨滑块组件安装固定于机架上，所述Y轴导轨与同步带连接固定且能够沿X轴方向左右移动，所述Y轴步进电机固定于Y轴导轨末端，所述激光模块通过滑块活动安装于Y轴导轨上且通过皮带与Y轴步进电机连接传动，所述导轨滑块组件的底部设置有铺粉辊导轨，所述铺粉辊通过铺粉辊电机控制可沿铺粉辊导轨做直线运动，所述控制系统包括第一单片机和第二单片机，所述第一单片机与激光模块、X轴步进电机以及Y轴步进电机控制连接，所述第二单片机与铺粉辊电机控制连接，所述第一单片机与第二单片机通过串口连接实现交互工作。

进一步的，所述第一单片机采用Arduino Due。

进一步的，所述第二单片机采用Arduino mega2560。

进一步的，所述模块化粉箱内设置有多个升降板，每个升降板通过升降电机配合丝杆滑块实现上下升降，所述升降电机与第二单片机控制连接。

进一步的，所述控制系统还包括有温度传感器，所述温度传感器与第一单片机连接。

(三)有益效果

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明提到的一种基于单片机的低成本激光烧结3D打印机，整体结构紧凑，在打印小型件时避免了过多了空行程情况，打印相同大小成型件时打印效率更高，另外本专利采用单片机及开源程序控制，其采用与桌面FDM打印机相似的操作方法，使得有桌面3D打印机操作经验的人都可以直接上手操作，激光烧结采用光路飞行扫描方式，由于设备各装置移动和转动的过程中产生的惯性更小，整机运转振动小，提高了打印精度。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明正面示意图。

图3是本发明控制系统连接框图。

1-机架；2-模块化粉箱；3-激光模块；4-铺粉辊；5-X轴步进电机；6-Y轴步进电机；7-传动轴；8-从动轴；9-同步带；10-Y轴导轨；11-导轨滑块组件；12-铺粉辊导轨；21-粉箱轨道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示的一种基于单片机的低成本激光烧结3D打印机，包括机架1，还包括有模块化粉箱2、激光模块3、铺粉辊4、X轴步进电机5、Y轴步进电机6以及控制系统，所述模块化粉箱2通过带自锁功能的粉箱轨道21活动安装于机架1上，所述X轴步进电机5安装固定于机架1顶部且在其输出轴处通过联轴器连接一传动轴7，机架上还设置有一平行于传动轴7的从动轴8，所述从动轴8与传动轴7通过同步带9连接传动，机架1顶部位于从动轴8与传动轴7之间位置设置有一Y轴导轨10，所述Y轴导轨10两端分别通过导轨滑块组件11安装固定于机架1上，所述Y轴导轨10与同步带9连接固定且能够沿X轴方向左右移动，所述Y轴步进电机6固定于Y轴导轨10末端，所述激光模块3通过滑块活动安装于Y轴导轨10上且通过皮带与Y轴步进电机6连接传动，所述导轨滑块组件11的底部设置有铺粉辊导轨12，所述铺粉辊4通过铺粉辊电机控制可沿铺粉辊导轨12做直线运动，所述控制系统包括第一单片机和第二单片机，所述第一单片机与激光模块3、X轴步进电机5以及Y轴步进电机6控制连接，所述第二单片机与铺粉辊电机控制连接，所述第一单片机与第二单片机通过串口连接实现交互工作。

其中，所述第一单片机采用Arduino Due；所述第二单片机采用Arduino mega2560；所述模块化粉箱2内设置有多个升降板，每个升降板通过升降电机配合丝杆滑块实现上下升降，所述升降电机与第二单片机控制连接；所述控制系统还包括有温度传感器，所述温度传感器与第一单片机连接。

本发明提到的一种基于单片机的低成本激光烧结3D打印机，其工作原理在于：设备加工作业时，首先在模块化粉箱2内装入粉末材料，通过第一单片机控制X轴步进电机5以及Y轴步进电机6按程序运转，X轴步进电机5在运转的同时，Y轴导轨10可以随同步带9运转方向沿着导轨滑块组件11个的导轨做直线运动，此为位于Y轴导轨10上的激光模块3做X轴向运动；Y轴步进电机6在工作时，与激光模块3连接的滑块能够沿Y轴导轨10做直线运动，此为激光模块3做Y轴向运动，模块化粉箱2内包括底部设置有升降板的供粉箱以及成型箱，通过第二单片机控制升降电机工作，可以控制供粉箱将粉末材料向上推出，同时第二单片机可以控制铺粉辊电机工作，铺粉辊4可以在沿着铺粉辊导轨12做直线运动的，铺粉辊4可以将粉末平铺至供粉箱内的成型箱内，随着激光模块3的二维扫描运动可以使得激光烧结的区域由点至线再演化为面进行烧结，每层烧结以后，位于成型箱内的升降板向下运动，然后重复以上动作，即可完成3D打印，整个过程结束后，可以将模块化粉箱2从粉箱轨道21上抽拉出来进行清粉操作。

另外，如图3所示，本发明提到的控制系统需用型号为Arduino Due的第一单片机以及型号为Arduino mega2560的第二单片机，第一单片机为32位开发板，第二单片机为8位开发板，第一单片机作为主控单元，控制激光模块3沿XY轴运动，同时控制激光模块3的开启关闭，设置有与第一单片机连接的LCD显示屏以及与X轴步进电机5以及Y轴步进电机6相关的限位开关，温度传感器可以实时的将烧结温度反馈至第一单片机，第二单片机主要用于控制模块化粉箱2内升降电机以及铺粉辊电机工作，第二单片机连接有控制粉箱的限位开关，达到控制铺粉作业的目的，与第二单片机连接的还有状态指示灯，可以方便操作人员了解当前状态。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。