一种3D打印微滴喷射测量系统及方法与流程

本发明涉及一种3d打印微滴喷射测量系统及方法，属于3d打印（微滴喷射自由成型技术）微滴喷射测量领域。

背景技术

喷射液滴的均匀度、大小和喷射直接决定了打印物体的质量和制造时间。目前，利用压电片的振动作为动力源的喷头，由于结构简单、易于实现而被广泛应用，但由于液体的粘度、张力等因素，当液滴直径达到微米级时，喷射的难度大大增加。对于不同粘度的液体，压头的驱动电压幅值、频率和喷嘴的直径，均会对液滴的均匀度、喷射速度以及液滴的大小造成影响，会造成液带、卫星液滴等恶劣情况，严重影响打印质量。

一般情况下，国内外的微滴喷射系统大多数不配备喷射液滴测量系统，少数配备观测系统的型号仅具有粗略的观测功能，获取的液滴图像模糊，不能对液滴的大小、喷射速度进行准确测量。在不能获得液滴参数情况下，打印产品的合格率较低，需要多次调试、多次试验才能得到较好的打印效果，效率低下。目前不能准确获取液滴大小及喷射速度的原因在于，由于各实验室的空间布置不同，若没有可在空间灵活移动的移动装置，将无法对焦并完成拍摄。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种3d打印微滴喷射测量系统及方法，可适应不同的工况，在多种复杂空间位置中对液滴图像进行采集，可准确测量打印喷头喷射的液滴的大小和喷射的速度，便于调节打印参数，提高产品打印的效率。

本发明的技术方案是：一种3d打印微滴喷射测量系统，包括：

脚架；

z轴移动装置，设置在所述脚架上，其包括z轴丝杠、z轴移动块和z轴驱动电机，所述z轴移动块通过其上的螺孔配合连接在所述z轴丝杠上，所述z轴丝杠以跟随所述z轴驱动电机转动连接所述z轴驱动电机，所述z轴驱动电机带动所述z轴丝杠正反转动时，所述z轴移动块沿所述z轴丝杠升降移动；

y轴移动装置，以跟随所述z轴移动块同时移动连接在所述z轴移动块上，其包括y轴丝杠、y轴移动台和y轴驱动电机，所述y轴移动台通过其上的螺孔配合连接在所述y轴丝杠上，所述y轴丝杠以跟随所述y轴驱动电机转动连接所述y轴驱动电机，所述y轴驱动电机带动所述y轴丝杠正反转动时，所述y轴移动台沿所述y轴丝杠前后移动；

x轴移动装置，以跟随所述y轴移动台同时移动连接在所述y轴移动台上，其包括微动平台、微距螺纹杆和微距螺母，所述微动平台与所述微距螺母连接，所述微距螺母与所述微距螺纹杆配合，所述微动平台具有适于承载照相装置的上端面，正反转动所述微距螺纹杆时，所述微距螺母带动所述移动平台沿x轴方向前后移动；

照相装置，设置在所述微动平台的上端面。

还包括电机控制器和计算机；

所述z轴驱动电机和所述y轴驱动电机均与所述电机控制器电气连接，所述电机控制器的信号输入端口与所述计算机的信号输出端口通信连接，所述电机控制器根据来自所述计算机的指令，控制所述z轴驱动电机和所述y轴驱动电机的转动。

在所述z轴移动块一竖向侧面可拆卸连接有连接板，所述y轴移动装置连接在所述连接板上。

所述y轴驱动电机可拆卸连接在所述连接板上，在所述连接板上还可拆卸连接有蜗杆减速器，所述蜗杆减速器的蜗轮与所述y轴驱动电机的输出轴连接，而所述蜗杆减速器的蜗杆与所述y轴丝杠连接。

所述连接板上可拆卸连接有与y轴丝杠平行的两根支撑轴，所述微动平台上具有两个承重环，所述两根支撑轴穿设在所述两个承重环内。

所述两根支撑轴平行布置在所述y轴丝杠的上方，而所述y轴丝杠设置在所述两根支撑轴的对称轴上。

所述微动平台设置在所述y轴移动台的上端平面，所述y轴移动台的上端平面上具有沿x轴方向延伸的长条形口，所述微距螺母设置在所述长条形口的下方，所述微动平台与所述微距螺母通过穿过所述长条形口的连杆连接，所述微距螺纹杆对应设置在所述y轴移动平台的下方并与所述微距螺母配合连接，转动所述微距螺纹杆时，所述微动平台在所述长条形口内移动。

所述z轴移动装置还包括将所述z轴丝杠及所述z轴移动块夹置于其间的上板和底板，所述底板可拆卸连接在所述脚架上。

在所述上板和所述底板间设有与z轴丝杠平行的导杆，所述z轴移动块穿设在所述导杆上。

所述z轴驱动电机设置在所述上板的上端面，所述z轴驱动电机的输出轴与所述z轴丝杠的上端连接。

本发明的有益效果是：本发明通过控制z轴驱动电机和y轴驱动电机完成照相装置在z轴和y轴方向的移动，通过手动调节微距螺纹杆实现照相装置在x轴方向的移动，进而照相装置可在空间位置的任意调节，实现精准对焦并完成拍摄。本发明可适应不同的工况，在多种复杂空间位置中对液滴图像进行采集，可准确测量打印喷头喷射的液滴的大小和喷射的速度，便于调节打印参数，提高产品打印的效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是蜗杆减速器的结构示意图；

图3是y轴移动台与微动平台的结构图；

图4是y轴移动台的主视图；

图5是y轴移动台的侧视图；

图6是y轴移动台的俯视图；

图7是本发明电气结构图；

附图中：1z轴驱动电机，2上板，3导杆，4z轴移动块，5z轴丝杠，6底板，7脚架，8连接板，9蜗杆减速器，10y轴驱动电机，11y轴丝杠，12支撑轴，13y轴移动台，14照相装置，15微动平台，16连杆，17微距螺母，18微距螺纹杆，101蜗轮，102蜗杆，103轴承，131承重环，132长条形口。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对发明进行进一步介绍：

请参阅图1至图6，根据本发明一种3d打印微滴喷射测量系统，包括：脚架7、z轴移动装置、y轴移动装置、x轴移动装置，以及照相装置14。照相装置14优选高速相机，脚架7为三脚架，优选可升降调节的三脚架7，而z轴移动装置、y轴移动装置和x轴移动装置具体如下所述。

z轴移动装置，设置在脚架7上，其包括z轴丝杠5、z轴移动块4和z轴驱动电机1，z轴移动块4通过其上的螺孔配合连接在z轴丝杠5上，z轴丝杠5以跟随z轴驱动电机1转动连接z轴驱动电机1，在z轴驱动电机1带动z轴丝杠5正反转动时，z轴移动块4沿z轴丝杠5作升降移动。具体地，z轴移动装置还包括上板2和底板6，其中上板2和底板6将z轴丝杠5及z轴移动块4夹置于其间，z轴丝杠5转动连接在上板2和底板6间，底板6可拆卸连接在脚架7上端面，例如可采用螺栓、螺母进行固定。

优选地，在上板2和底板6间设有若干根与z轴丝杠5平行的导杆3，z轴移动块4上设有对应的通孔，并通过通孔穿设在这些导杆3上，这些导杆3一方面起到限制z轴转动块转动，使z轴丝杠5的转动转化为z轴移动块4的上下移动，另一方面也可起到导向的作用，提高z轴移动块4的平稳性和可靠性。在一个例子中，导杆3为4根，z轴移动块4为方形，在其四个角上分别设有对应的用于穿设导杆3的通孔，在z轴移动块4的中间位置设有螺孔，对应的z轴丝杠5穿设在该螺孔中。

优选地，z轴驱动电机1安装在z轴丝杠5的一端。优选地，其安装在上板2和底板6的外侧。优选地，其安装在上板2外侧，其输出轴与z轴丝杠5的上端连接，此时其不会影响到脚架7的操作。

y轴移动装置，以跟随z轴移动块4同时移动连接在z轴移动块4上，因此，y轴移动装置可跟随z轴移动块4同时移动，其包括y轴丝杠11、y轴移动台13和y轴驱动电机10，y轴移动台13通过其上的螺孔配合连接在y轴丝杠11上，y轴丝杠11以跟随y轴驱动电机10转动连接y轴驱动电机10，y轴驱动电机10带动y轴丝杠11正反转动时，y轴移动台13沿y轴丝杠11前后移动。具体地，在z轴移动块4一竖向侧面可拆卸连接有连接板8，例如可采用螺栓、螺母进行固定；将y轴驱动电机10可拆卸连接在连接板8上，在连接板8上还可拆卸连接有蜗杆减速器9，蜗杆减速器9的蜗轮101与y轴驱动电机10的输出轴连接，而蜗杆减速器9的蜗杆102与y轴丝杠11连接。在一个例子中，y轴驱动电机10布置在y轴丝杠11的下方，蜗杆减速器9布置在y轴驱动电机10和y轴丝杠11之间，其蜗轮101端与y轴驱动电机10的输出轴连接，而蜗杆102端与y轴丝杠11连接，如此可将y轴驱动电机10的转速经蜗杆减速器9减速后传递给y轴丝杠11，进而带动y轴移动台13沿y轴方向移动。优选地，在蜗杆减速器9的蜗杆102与y轴丝杠11的连接处设有轴承103，以保证力矩传动的稳定性。

优选地，在连接板8上可拆卸连接有与y轴丝杠11平行的两根支撑轴12，对应的在微动平台15上具有两个承重环131，两根支撑轴12穿设在所述两个承重环131内，如此一方面可限制y轴转动块转动，使y轴丝杠11的转动转化为y轴移动台13的移动，另一方面也可起到导向的作用，提高y轴移动台13的平稳性和可靠性。优选地，两根支撑轴12平行布置在y轴丝杠11的上方，而y轴丝杠11设置在所述两根支撑轴12的对称轴上，以进一步提高y轴移动台13移动的平稳性。

x轴移动装置，以跟随y轴移动台13同时移动连接在y轴移动台13上，因此，x轴移动装置可跟随y轴移动台13同时移动，其包括微动平台15、微距螺纹杆18和微距螺母17，微动平台15与微距螺母17连接，微距螺母17与微距螺纹杆18配合，微动平台15具有适于承载照相装置14的上端面，正反转动微距螺纹杆18时，微距螺母17带动所述移动平台沿x轴方向前后移动。具体地，微动平台15安装在y轴移动台13的上端平面，y轴移动台13的上端平面上具有沿x轴方向延伸的长条形口132，微距螺母17安装在长条形口132的下方，微动平台15与微距螺母17通过穿过长条形口132的连杆16连接，连杆16可在该长条形口132内沿其长度方向，即x轴方向移动；微距螺纹杆18对应设置在述y轴移动平台的下方并与微距螺母17配合连接，即穿设在微距螺母17中，当转动微距螺纹杆18时，微动平台15在长条形口132内移动，进而可实现微动平台15在x轴方向的微调。

优选地，照相装置14安装在微动平台15的上端面。

请参阅图7，优选地，本系统还包括电机控制器和计算机；z轴驱动电机1和y轴驱动电机10均与电机控制器电气连接，电机控制器的信号输入端口与计算机的信号输出端口通信连接，电机控制器根据来自计算机的指令，控制所述z轴驱动电机1和所述y轴驱动电机10的转动，进而实现z轴移动块4的在z轴方向上下移动，以及y轴移动台13在y轴方向的移动。

优选地，照相装置14的信号接口与计算机的信号输入端口通信连接，可将照相装置14拍摄的画面传输给计算机，以便于从计算机上观看画面并存储数据。

测量时，照相装置14安装在微动平台15上，通过上述机构及相关动作，可实现照相装置14在x、y和z轴三维移动，在z轴移动可调节照相装置14的高度，在y轴移动可镜头距离喷嘴的距离，在x轴移动可调节拍摄画面在镜头中的位置，配合照相装置14的微距变焦镜头，可实现拍摄图像的清晰成像。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。