轴动式光固化3D打印机的制作方法

本实用新型涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种基于光硬化树脂成型技术的轴动式光固化3D打印机。

背景技术：

目前，FDM技术和SLA激光固化技术是3D打印中常用的两种增材制造技术。FDM主要采用轴动方式和熔融制造技术，成本较低，技术实现难度也较小，普及容易且比较广泛，但是熔融出丝方式受喷口直径和温度控制方案制约较大，并且打印边角由于熔融丝的力学性能原因会出现诸如直角变圆，翘边等力学拉扯缺陷。SLA激光固化采用激光照射成型，效率较高，结构紧凑，但两个X-Y轴扫描镜的设计对制造、装配精度的要求很高，这增大了打印机制造、安装、运输、保养和维修的难度，X-Y轴扫描镜是靠按预定角度偏转来进行路径扫描，其作用点始终在同一液面高度，而激光的实际焦点的运动轨迹却分布在一个以打印端扫描镜的反射点为球心的球面，这使得激光在打印层液面的作用不够均匀，造成打印产品的尺寸误差。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种固化激光的焦点的、运动轨迹只分布在同一平面的轴动式光固化3D打印机。

一种轴动式光固化3D打印机，包括箱体、及设置在箱体内的x-y移动平台、激光器、液槽组件、z轴移动机构，所述x-y移动平台、激光器、液槽组件、z轴移动机构从下向上依次设置在箱体内，所述激光器固定设置在x-y移动平台的上方，以通过x-y移动平台的移动带动激光器在水平方向内移动，所述z轴移动机构包括打印底板，所述打印底板设置在液槽组件的内部，以通过z轴移动机构的上下移动带动打印底板在液槽组件的内部上下移动，所述x-y移动平台包括x方向移动组件和y方向移动组件，所述激光器固定在y方向移动组件的上方，y方向移动组件固定在x方向移动组件的上方，以通过x方向移动组件的x方向的移动和y方向移动组件的y方向的移动，带动激光器在水平方向内移动。

优选的，所述箱体包括下箱体、上箱体，还在上箱体内设置控制面板，所述x-y移动平台、z轴移动机构、激光器分别与所述控制面板电性连接，所述激光器与所述x-y移动平台连接，所述激光器的光头向上设置，所述x-y移动平台设于所述下箱体内，所述x-y移动平台包括弹簧球铰链、底板调平装置、平台底板、x方向移动组件、y方向移动组件、激光器固定件，所述x方向移动组件包括两个所述x轴导向杆固定件、两个x轴导向杆、x轴电机、x轴丝杠、x轴丝杠固定件，所述y方向移动组件包括y轴移动平台、两个y轴导向杆固定件、y轴导向杆、y轴电机、y轴丝杠、y轴丝杠固定件；

所述平台底板通过所述弹簧球铰链与所述下箱体固定连接，所述底板调平装置与所述平台底板连接，所述x轴导向杆固定件为L形的长板，两个所述x轴导向杆固定件平行固定设置在所述平台底板上，在每个所述x轴导向杆固定件的两端分别开设两个导向杆固定孔，每个所述x轴导向杆的两端分别穿入两个x轴导向杆固定件上开设的所述导向杆固定孔中，以使两个所述x轴导向杆通过所述x轴导向杆固定件固定在所述平台底板上，所述x轴丝杠设置在两个所述x轴导向杆之间的所述平台底板上，所述x轴丝杠固定件上开设有x轴丝杠连接孔，所述x轴丝杠固定件与所述平台底板固定连接，所述x轴电机与所述平台底板固定连接，所述x轴电机的电机轴与所述x轴丝杠的一端固定连接，所述x轴丝杠的另一端穿入所述x轴丝杠固定件上开设的x轴丝杠连接孔中，并且所述x轴丝杠与所述x轴导向杆平行；

所述y轴移动平台包括4个导向杆连接端、承载板和x轴丝杠螺母，所述承载板为矩形板，4个所述导向杆连接端分别固定设置于所述承载板下端的四角处，所述导向杆连接端上开设有导向杆配合孔，所述导向杆配合孔的内径与所述导向杆的外径相等，所述导向杆配合孔的方向与所述导向杆平行，每一根所述导向杆穿入同侧的两个所述导向杆配合孔，以使所述承载板通过所述导向杆连接端与所述导向杆滑动配合，所述x轴丝杠螺母的内螺纹与所述x轴丝杠的外螺纹相匹配，所述x轴丝杠螺母固定连接于所述承载板的下端，并且所述x轴丝杠螺母套接在所述x轴丝杠上，以通过所述x轴丝杠自身的转动带动所述x轴丝杠螺母和所述承载板同步沿着所述x轴丝杠轴向移动；

两个所述y轴导向杆固定件固定在所述承载板上，所述y轴导向杆固定件上开设有y轴导向杆固定孔，两个所述y轴导向杆固定孔的轴线处于同一直线上，所述y轴导向杆的两端分别穿入两个y轴导向杆固定件上开设的所述y轴导向杆固定孔中，以使所述y轴导向杆通过所述y轴导向杆固定件固定在所述承载板上，所述y轴丝杠固定件与所述承载板固定连接，所述y轴丝杠固定件上开设有y轴丝杠连接孔，所述y轴电机与所述承载板固定连接，所述y轴电机的转动轴与所述y轴丝杠的一端固定连接，所述y轴丝杠的另一端穿入所述y轴丝杠固定件上开设的y轴丝杠连接孔中，并且所述y轴丝杠与所述y轴导向杆平行；

所述激光器固定件上开设有螺纹孔和y轴导向杆配合孔，所述螺纹孔内的螺纹与所述y轴丝杠的外螺纹相匹配，所述激光器固定件通过所述螺纹孔套接在所述y轴丝杠上，并且所述激光器固定件通过所述y轴导向杆配合孔与所述y轴导向杆滑动配合，以通过所述y轴丝杠自身的转动带动所述激光器固定件沿着所述y轴丝杠轴向移动，所述激光器固定在所述激光器固定件的上方。

优选的，所述液槽组件包括液槽、液槽承载板、两个液槽承载板固定件，所述液槽用于盛放打印用的光固化树脂，所述液槽具有透明的底部，以使激光能够穿过所述液槽的底部照射所述液槽内的光固化树脂，两个所述液槽承载板固定件对称地固定连接于所述下箱体的侧面内壁上，两个所述液槽承载板固定件在竖直方向上位于所述x-y移动平台的上方，所述液槽承载板固定件上设有水平方向的凹槽，所述液槽承载板的两端分别卡入两个所述液槽承载板固定件的所述凹槽内，以将所述液槽组件固定在x-y所述移动平台的上方，所述液槽承载板包括左侧承载板和右侧承载板，左侧承载板和右侧承载板之间形成用于激光穿过的透光口，在左侧承载板和右侧承载板相对的侧边上均设置搁置凸台，所述液槽置放在所述左侧承载板的所述搁置凸台和所述右侧承载板的所述搁置凸台上，在靠近所述搁置凸台的左侧承载板上还设置液槽挡块，在靠近所述搁置凸台的右侧承载板上也设置所述液槽挡块，以避免所述液槽水平滑动。

优选的，所述z轴移动机构包括外壳、贯穿式直线电机、底板轴承、打印底板，所述外壳的底部边缘设有凸台，所述液槽的上边缘设有凹槽，以使所述外壳通过所述凹槽卡固在所述液槽的上方，所述贯穿式直线电机的壳体与所述外壳固定连接，所述外壳的底部开设有电机轴孔，所述贯穿式直线电机的螺旋轴的下端穿过所述电机轴孔，向下伸出所述外壳的底部，以与所述底板轴承的内圈固定连接，所述底板轴承的外圈与所述打印底板固定连接，所述打印底板浸入所述液槽内盛装的光固化树脂中，所述打印底板与所述液槽的底部平行，所述打印底板至少包括一条与所述液槽的侧壁平行且与所述侧壁接触的边，以避免所述打印底板与所述液槽发生水平的相对转动。

优选的，所述弹簧球铰链包括螺孔球铰、螺栓球铰、两个球铰座和支撑弹簧，所述螺孔球铰包括一具有预定外径的铰链球和螺孔连接杆，所述螺孔连接杆的一端与所述铰链球固定连接，所述螺孔连接杆的另一端设有轴向的螺纹孔，所述螺栓球铰包括所述铰链球和螺栓连接杆，所述螺栓连接杆的一端与所述铰链球固定连接，所述螺栓连接杆的另一端设有与所述螺纹孔相匹配的外螺纹，其中一个所述球铰座与所述下箱体的内侧底部固定连接，另一个所述球铰座与所述平台底板的下端面固定连接，所述螺孔球铰与一个所述球铰座配合连接，所述螺栓球铰与另一个所述球铰座配合连接，所述螺孔球铰的螺孔连接杆与所述螺栓球铰的螺栓连接杆通过所述螺纹孔与所述外螺纹的配合连接相固定连接，所述支撑弹簧套设在所述螺孔连接杆、螺栓连接杆的外侧，所述支撑弹簧的上下两端分别与所述下箱体的内侧底部和所述平台底板的下端面接触，并且装配完成后所述支撑弹簧处于压紧状态。

优选的，所述底板调平装置包括两个调平螺钉，在所述平台底板上的右边缘、后边缘分别开设两个调平孔，在所述下箱体的内侧底部开设两个与所述调平螺钉匹配的螺纹孔，两个所述螺纹孔分别位于两个所述调平孔的正下方，每个所述调平螺钉穿过所述调平孔、并旋入所述螺纹孔，以在所述弹簧球铰的支撑下，通过旋紧或旋松两个所述调平螺钉来调整所述平台底板的安装角度。

优选的，所述下箱体的右侧面、后侧面均开设有调平窗，以使用户能将工具通过所述调平窗伸入所述下箱体旋转所述调平螺钉。

本实用新型采用了轴动式的x-y移动平台搭载光固化3D打印机的固化激光器，解决了现有的采用扫描镜控制固化激光的扫描路径的光固化3D打印机因其固化激光的焦点不能分布在同一打印平面而造成打印零件有尺寸误差的问题。

附图说明

图1是所述x-y移动平台的轴测图。

图2是所述x-y移动平台的主视图。

图3是所述液槽组件与所述z轴移动机构装配的结构示意图。其中液槽采用局部剖视视图，以清晰表达液槽内部的结构。

图4是所述下箱体、上箱体、控制面板装配的结构示意图。

图中：下箱体10、调平窗101、上箱体11、顶盖111、x-y移动平台20、弹簧球铰链21、底板调平装置22、平台底板23、x轴导向杆固定件24、x轴导向杆241、x轴丝杠251、x轴丝杠固定件252、y轴移动平台26、导向杆连接端261、承载板262、y轴导向杆固定件27、y轴导向杆271、y轴电机28、y轴丝杠281、y轴丝杠固定件282、激光器固定件29、液槽组件30、液槽31、液槽承载板32、液槽承载板固定件33、搁置凸台331、液槽挡块332、z轴移动机构40、外壳41、贯穿式直线电机42、螺旋轴421、底板轴承43、打印底板44、激光器50、控制面板60、显示器61、控制旋钮62。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

请参看图1至图3，一种轴动式光固化3D打印机，其特征在于：包括箱体及设置在所述箱体内的x-y移动平台20、激光器50、z轴移动机构40、液槽组件30，x-y移动平台20、激光器50、液槽组件30、z轴移动机构40从下向上依次设置在箱体内，所述激光器50固定设置在x-y移动平台20的上方，以通过x-y移动平台20的移动带动激光器50在水平方向内移动，所述z轴移动机构40包括打印底板44，所述打印底板44设置在液槽组件30的内部，以通过z轴移动机构40的上下移动带动打印底板44在液槽组件30的内部上下移动，所述x-y移动平台20包括x方向移动组件和y方向移动组件，所述激光器50固定在y方向移动组件的上方，y方向移动组件固定在x方向移动组件的上方，以通过x方向移动组件的x方向的移动和y方向移动组件的y方向的移动，带动激光器50在水平方向内移动。

进一步，所述箱体包括下箱体10、上箱体11，上箱体11与下箱体10固定连接，上箱体11包括设于上箱体11顶部的顶盖111，还在上箱体11内设置控制面板60，控制面板60包括显示器61和控制旋钮62，激光器50、x-y移动平台20分别与控制面板60电性连接，激光器50与x-y移动平台20连接，激光器50的光头向上设置， x-y移动平台20设于下箱体10内， x-y移动平台20包括弹簧球铰链21、底板调平装置22、平台底板23、两个x轴导向杆固定件24、两个x轴导向杆241、x轴电机、x轴丝杠251、x轴丝杠固定件252、y轴移动平台26、两个y轴导向杆固定件27、y轴导向杆271、y轴电机28、y轴丝杠281、y轴丝杠固定件282、激光器固定件29，两个x轴导向杆固定件24、两个x轴导向杆241、所述x轴电机、x轴丝杠251、x轴丝杠固定件252组成所述x方向移动组件， y轴移动平台26、两个y轴导向杆固定件27、y轴导向杆271、y轴电机28、y轴丝杠281、y轴丝杠固定件282组成所述y方向移动组件。

平台底板23通过弹簧球铰链21与下箱体10固定连接，底板调平装置22与平台底板23连接，x轴导向杆固定件24为L形的长板，两个x轴导向杆固定件24平行固定设置在平台底板23上，在每个x轴导向杆固定件24的两端分别开设两个导向杆固定孔，每个x轴导向杆241的两端分别穿入两个x轴导向杆固定件24上开设的所述导向杆固定孔中，以使两个x轴导向杆241通过x轴导向杆固定件24固定在平台底板23上，x轴丝杠251设置在两个x轴导向杆241之间的平台底板23上，x轴丝杠固定件252上开设有x轴丝杠连接孔， x轴丝杠固定件252与平台底板23固定连接，所述x轴电机与平台底板23固定连接，所述x轴电机的转动轴与x轴丝杠251的一端固定连接，x轴丝杠251的另一端穿入x轴丝杠固定件252上开设的x轴丝杠连接孔中，并且x轴丝杠251与x轴导向杆241平行。

y轴移动平台26包括4个导向杆连接端261、承载板262和x轴丝杠螺母，承载板262为矩形板，4个导向杆连接端261分别固定设置于承载板262下端的四角处，导向杆连接端261上开设有导向杆配合孔，所述导向杆配合孔的内径与导向杆241的外径相等，所述导向杆配合孔的方向与导向杆241平行，每一根导向杆251穿入同侧的两个所述导向杆配合孔，以使承载板262通过导向杆连接端261与导向杆241滑动配合，所述x轴丝杠螺母的内螺纹与x轴丝杠251的螺纹相匹配，所述x轴丝杠螺母固定连接于承载板262的下端，并且所述x轴丝杠螺母套接在x轴丝杠251上，以通过x轴丝杠251自身的转动带动所述x轴丝杠螺母和承载板262同步沿着x轴丝杠251轴向移动。

两个y轴导向杆固定件27固定在承载板262上，y轴导向杆固定件27上开设有y轴导向杆固定孔，两个所述y轴导向杆固定孔的轴线处于同一直线上，y轴导向杆271的两端分别穿入两个y轴导向杆固定件27上开设的所述y轴导向杆固定孔中，以使y轴导向杆271通过y轴导向杆固定件27固定在承载板262上，y轴丝杠固定件282与承载板262固定连接，y轴丝杠固定件282上开设有y轴丝杠连接孔， y轴电机28与承载板262固定连接，y轴电机28的转动轴与y轴丝杠281的一端固定连接，y轴丝杠281的另一端穿入y轴丝杠固定件282上开设的y轴丝杠连接孔中，并且y轴丝杠281与y轴导向杆271平行。

激光器固定件29上开设有螺纹孔和y轴导向杆配合孔，所述螺纹孔内的螺纹与y轴丝杠281的外螺纹相匹配，激光器固定件29通过所述螺纹孔套接在y轴丝杠281上，并且激光器固定件29通过y轴导向杆配合孔与y轴导向杆271滑动配合，以通过y轴丝杠281自身的转动带动激光器固定件29沿着y轴丝杠281轴向移动，激光器50固定在激光器固定件29的上方。

进一步，液槽组件30包括液槽31、液槽承载板32、两个液槽承载板固定件33，液槽31用于盛放打印用的光固化树脂，液槽31具有透明的底部，以使激光能够穿过液槽31的底部照射液槽31内的光固化树脂，两个液槽承载板固定件33对称地固定连接于下箱体10的侧面内壁上，两个液槽承载板固定件33在竖直方向上位于x-y移动平台20的上方，液槽承载板固定件33上设有水平方向的凹槽，液槽承载板32的两端分别卡入两个液槽承载板固定件33的所述凹槽内，以将液槽组件30固定在x-y移动平台20的上方，液槽承载板32包括左侧承载板和右侧承载板，左侧承载板和右侧承载板之间形成用于激光穿过的透光口，在左侧承载板和右侧承载板相对的侧边上均设置搁置凸台331，液槽31置放在左侧承载板的搁置凸台331和右侧承载板的搁置凸台331上，在靠近搁置凸台331的左侧承载板上还设置液槽挡块332，在靠近搁置凸台331的右侧承载板上也设置液槽挡块332，以避免液槽31水平滑动。

进一步，z轴移动机构40包括外壳41、贯穿式直线电机42、底板轴承43、打印底板44，外壳41的底部下端的边缘设有凸台，液槽31的上边缘设有凹槽，以使外壳41通过所述凹槽卡固在液槽31的上方，贯穿式直线电机42的壳体与外壳41固定连接，外壳41的底部开设有电机轴孔，贯穿式直线电机42的螺旋轴421的下端穿过所述电机轴孔，向下伸出外壳41的底部，以与底板轴承43的内圈固定连接，底板轴承43的外圈与打印底板44固定连接，打印底板44浸入液槽31内盛装的光固化树脂中，打印底板44与液槽31的底部平行，打印底板44至少包括一条与液槽31的侧壁平行且与液槽31的侧壁接触的边，以避免打印底板44与液槽31发生水平的相对转动。

进一步，弹簧球铰链21包括螺孔球铰、螺栓球铰、两个球铰座和支撑弹簧，所述螺孔球铰包括一具有预定外径的铰链球和螺孔连接杆，所述螺孔连接杆的一端与所述铰链球固定连接，所述螺孔连接杆的另一端设有轴向的螺纹孔，所述螺栓球铰包括铰链球和螺栓连接杆，所述螺栓连接杆的一端与所述铰链球固定连接，所述螺栓连接杆的另一端设有与所述螺纹孔相匹配的外螺纹，一个所述球铰座与所述下箱体的内侧底部固定连接，另一个所述球铰座与所述平台底板23的下端面固定连接，所述螺孔球铰与一个所述球铰座配合连接，所述螺栓球铰与另一个所述球铰座配合连接，所述螺孔球铰的螺孔连接杆与所述螺栓球铰的螺栓连接杆通过所述螺纹孔与所述外螺纹的配合连接相固定连接，所述支撑弹簧套设在所述螺孔连接杆、螺栓连接杆的外侧，所述支撑弹簧的上下两端分别与所述下箱体的内侧底部和所述平台底板23的下端面接触，并且装配完成后所述支撑弹簧处于压紧状态，弹簧球铰链21的采用使所述x-y移动平台能够在所述弹簧的支撑下自由摆动，便于所述底板调平装置22调整所述x-y移动平台的安装角度。

进一步，底板调平装置22包括两个调平螺钉，在所述平台底板23上的右边缘、后边缘分别开设两个调平孔，在所述下箱体的内侧底部开设两个与所述调平螺钉匹配的螺纹孔，两个所述螺纹孔分别位于两个所述调平孔的正下方，每个所述调平螺钉穿过所述调平孔、并旋入所述螺纹孔，以在所述弹簧球铰的支撑下，通过旋紧或旋松两个所述调平螺钉来调整所述平台底板的安装角度。

进一步，请参看图4，下箱体10的右侧面、后侧面均开设有调平窗101，以使用户能将工具通过调平窗101伸入下箱体10旋转所述调平螺钉。

以下描述所述轴动式光固化3D打印机的工作过程：首先通过计算机的三维建模软件建立待打印零件的三维实体模型，利用离散程序将所述三维实体模型进行分层处理，为每一层设计扫描路径，将扫描路径数据传输至控制面板60，贯通式直线电机42通过螺旋轴421推动打印底板44移动至液槽31的底部，使打印底板44的下底面与液槽31的底部内侧面之间形成一个厚度均匀的水平分层缝隙，所述水平分层缝隙的厚度等于一个零件分层的厚度，其次，激光器50开启，控制面板60按零件的第一个分层的扫描路径数据控制x-y移动平台20带动激光器50移动，使固化激光光束按扫描路径照射到所述分层缝隙中的液态光固化树脂上，第一个液层按预定形状固化，形成零件的一个层片，贯通式直线电机42通过螺旋轴421将打印底板44向上提升一个分层厚度的距离，第一个层片下面补充入另一层的液态光固化树脂，控制面板60按零件的第二个分层的扫描路径数据控制x-y移动平台20带动激光器50移动，重复该过程，直至零件打印完成。