激光3d打印機(jī)及其調(diào)焦系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及3D激光打印技術(shù)，尤其設(shè)及一種3D打印調(diào)焦系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印機(jī)又稱Ξ維打印機(jī)，是一種利用快速成形技術(shù)，W數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，采 用成型材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造 Ξ維的實(shí)體的打印設(shè)備。隨著3D打印技術(shù)的快速 發(fā)展，3D打印機(jī)在產(chǎn)品制造業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 目前用于直接制造金屬功能零件的3D打印機(jī)一般是激光3D打印機(jī)。在使用前， 需要對(duì)激光3D打印機(jī)的光路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)焦，W使光路系統(tǒng)輸出的激光束能夠正好聚焦到 加工表面。現(xiàn)有的調(diào)焦方法一般是通過現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行肉眼觀察判斷并手動(dòng)調(diào)節(jié)，此種 方法不僅無法保證調(diào)焦精度，而且調(diào)焦效率低下。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效且精確的3D打印調(diào)焦系統(tǒng)。 陽(yáng)0化]另外，本實(shí)用新型的另一目的還在于提供一種使用所述3D打印調(diào)焦系統(tǒng)的激光 3D打印機(jī)。
[0006] 一種3D打印調(diào)焦系統(tǒng)，包括：
[0007] 激光光路系統(tǒng)，用于輸出一激光束；
[000引 基準(zhǔn)基板；
[0009] 測(cè)試板，裝配于該基準(zhǔn)基板上，且該測(cè)試板的表面與該基準(zhǔn)基板的表面共面；
[0010] 控制器，用于控制該基準(zhǔn)基板從一第一位置步進(jìn)N次到達(dá)一第二位置，第一位置 及第二位置相對(duì)于基板零位對(duì)稱，每次步進(jìn)距離相同；且基準(zhǔn)基板每步進(jìn)一次，該控制器控 制該激光光路系統(tǒng)在該測(cè)試板上蝕刻一刻痕W形成N個(gè)刻痕，N個(gè)刻痕同屯、且等間距排列； 其中，N為大于等于Ξ的整數(shù)，該基板零位是指當(dāng)該基準(zhǔn)基板的表面與該激光3D打印機(jī)的 工作平臺(tái)的表面共面時(shí)，該基準(zhǔn)基板的位置；W及
[0011] 攝像頭，用于在該基準(zhǔn)基板完成N次步進(jìn)后，對(duì)該測(cè)試板上形成的刻痕進(jìn)行拍照， 并將拍攝的照片輸出至該控制器；
[0012] 其中，該控制器還用于根據(jù)該照片中各刻痕的亮度及寬度變化的趨勢(shì)，識(shí)別出一 中間刻痕，根據(jù)該中間刻痕的位置確定形成該中間刻痕時(shí)基準(zhǔn)基板與基板零位的高度差。
[0013] 進(jìn)一步地，所述測(cè)試板由氧化侶材料制成，顏色為灰黑色。
[0014] 進(jìn)一步地，每一所述刻痕的形狀可W為正方形、長(zhǎng)方形、多邊形、圓形、楠圓形、弧 形中的一種。
[0015] 進(jìn)一步地，該激光光路系統(tǒng)包括激光器、第一振鏡、第一掃描鏡、第二振鏡、第二掃 描鏡W及場(chǎng)鏡；所述激光器發(fā)出的激光束依次經(jīng)過第一掃描鏡、第二掃描鏡的反射W及場(chǎng) 鏡的匯聚后聚焦到工作平臺(tái)上。
[0016] 進(jìn)一步地，還包括第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，設(shè)置于激光3D打印機(jī)的成型缸內(nèi)；該第一驅(qū)動(dòng) 結(jié)構(gòu)用于承載基準(zhǔn)基板，并在該控制器的控制下驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)基板作步進(jìn)移動(dòng)。
[0017] 進(jìn)一步地，還包括連接至該激光光路系統(tǒng)的第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，該控制器根據(jù)該高度 差控制控制該第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)激光光路系統(tǒng)移動(dòng)，使該激光束的聚焦于該基板零位。
[0018] 一種激光3D打印機(jī)，包括用于進(jìn)行3D打印的工作平臺(tái)，其特征在于：該激光3D打 印機(jī)還包括上述的3D打印調(diào)焦系統(tǒng)。
[0019] 進(jìn)一步地，所述激光3D打印機(jī)還包括一成型缸，該3D打印調(diào)焦系統(tǒng)還包括設(shè)置于 該成型缸內(nèi)的第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；該第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)用于承載基準(zhǔn)基板，并在該控制器的控制下 驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)基板作步進(jìn)移動(dòng)。
[0020] 進(jìn)一步地，該工作平臺(tái)上開設(shè)有一通槽，該成型缸設(shè)置于工作平臺(tái)下方并與該通 槽相對(duì)準(zhǔn)設(shè)置；該第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)基板經(jīng)由經(jīng)由該通槽移至工作平臺(tái)上方W及 經(jīng)由該通槽退回至該成型缸內(nèi)。
[0021] 進(jìn)一步地，該激光3D打印機(jī)還包括一支撐架，該3D打印調(diào)焦系統(tǒng)還包括一連接至 該支撐架的第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；該激光光路系統(tǒng)設(shè)置于該支撐架上，該控制器控制第二驅(qū)動(dòng)結(jié) 構(gòu)驅(qū)動(dòng)該支撐架移動(dòng)，從而帶動(dòng)該激光管路系統(tǒng)移動(dòng)。
[0022] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所述3D打印調(diào)焦系統(tǒng)，通過控制器自動(dòng)控制基準(zhǔn)基 板的步進(jìn)移動(dòng)W及激光光路系統(tǒng)的蝕刻，形成規(guī)律漸變的刻痕，并通過攝像頭的拍照后自 動(dòng)識(shí)別刻痕的變化趨勢(shì)，據(jù)此找出焦平面位置及該焦平面位置與基板零位的高度差，控制 器自身或者操作人員可根據(jù)該高度差調(diào)節(jié)激光光路系統(tǒng)的位置，達(dá)到對(duì)激光束焦點(diǎn)調(diào)節(jié)的 目的。不僅提高了調(diào)焦效率，而且避免人工肉眼觀察帶來的誤差，提高了調(diào)焦的精度。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施方式的激光3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2為圖1所示激光3D打印機(jī)的激光光路系統(tǒng)的原理示意圖。
[00巧]圖3為本實(shí)用新型較佳實(shí)施方式的3D打印調(diào)焦系統(tǒng)的工作流程圖。
[0026] 圖4為圖1所示激光3D打印機(jī)的測(cè)試板形成的刻痕的示意圖。
[0027] 主要元件符號(hào)說明
[0028]

陽(yáng)0巧]如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型較佳實(shí)施方式的激光3D打印機(jī)100包括機(jī)架10、激光光 路系統(tǒng)20 W及調(diào)焦系統(tǒng)。激光光路系統(tǒng)20及調(diào)焦系統(tǒng)（圖未標(biāo)）均設(shè)置于機(jī)架10上。調(diào) 焦系統(tǒng)用于對(duì)激光光路系統(tǒng)20進(jìn)行調(diào)焦。
[0031] 機(jī)架10包括本體11、工作平臺(tái)12、成型缸13 W及支撐架14。工作平臺(tái)12固定于 本體11上。工作平臺(tái)12上貫通開設(shè)有通槽121，成型缸13設(shè)置于工作平臺(tái)12下方并與通 槽121相對(duì)準(zhǔn)設(shè)置。支撐架14可移動(dòng)地裝配于本體11上，用于安裝激光光路系統(tǒng)20。
[0032] 請(qǐng)參閱圖2,在本實(shí)施方式中，激光光路系統(tǒng)20為振鏡式激光光路系統(tǒng)，其包括激 光器21、X振鏡22、X掃描鏡23、Y振鏡24、Y掃描鏡25 W及場(chǎng)鏡26。激光器21發(fā)出的激 光束27依次經(jīng)過X掃描鏡23、Υ掃描鏡25的反射W及場(chǎng)鏡26的匯聚后聚焦到工作平臺(tái)12 上。通過控制X振鏡22及Υ振鏡24的轉(zhuǎn)動(dòng)可W控制激光束27在工作平臺(tái)12上的移動(dòng)， 從而形成激光加工路徑。
[0033] 請(qǐng)復(fù)參閱圖1，調(diào)焦系統(tǒng)包括基準(zhǔn)基板31、測(cè)試板32、第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33、第二驅(qū)動(dòng) 結(jié)構(gòu)34、控制器35 W及攝像頭36。
[0034] 基準(zhǔn)基板31用于裝配測(cè)試板32并帶動(dòng)測(cè)試板32移動(dòng)。當(dāng)測(cè)試板32裝配于基準(zhǔn) 基板31后，測(cè)試板32的表面與基準(zhǔn)基板31的表面共面。在本實(shí)施方式中，基準(zhǔn)基板31開 設(shè)有裝配槽（圖未示)，測(cè)試板32裝配于該裝配槽內(nèi)?；鶞?zhǔn)基板31的尺寸與通槽121的尺 寸相當(dāng)?；鶞?zhǔn)基板31具有一基板零位，基板零位是指當(dāng)基準(zhǔn)基板31的表面與工作平臺(tái)12 的表面共面時(shí)，基準(zhǔn)基板31的位置。 陽(yáng)03引巧喊板32的尺寸與激光3D打印機(jī)100的成型范圍相當(dāng)或略大約成型范圍。在本 實(shí)施方式中，測(cè)試板32由氧化侶或其他光敏感材料制成，其顏色優(yōu)選為大致灰黑色。
[0036] 第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33用于驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)基板31上下移動(dòng)。第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33包括一承載 板331，用于承載基準(zhǔn)基板31。在本實(shí)施方式中，第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)31設(shè)置于成型缸13內(nèi)，如 此，基準(zhǔn)基板31及裝配于其上的測(cè)試板32可在第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)由通槽121移 至工作平臺(tái)12上方W及經(jīng)由通槽121退回至成型缸13內(nèi)。第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33優(yōu)選為步進(jìn) 電機(jī)。
[0037] 第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)34用于驅(qū)動(dòng)激光光路系統(tǒng)20朝向或遠(yuǎn)離工作平臺(tái)12移動(dòng)，從而調(diào) 節(jié)激光光路系統(tǒng)20輸出的激光束27的焦點(diǎn)。在本實(shí)施方式中，第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)34設(shè)置于機(jī) 架10上并連接至支撐架14。第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)34通過驅(qū)動(dòng)支撐架14的移動(dòng)而帶動(dòng)激光光路 系統(tǒng)20整體移動(dòng)。
[0038] 控制器35用于控制第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33、第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)34、攝像頭36及激光光路系 統(tǒng)20的作動(dòng)。控制器35對(duì)第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33、第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)34、攝像頭36 W及激光光路系 統(tǒng)20的控制過程將在圖3中進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0039] 請(qǐng)參閱圖3,所述3D打印調(diào)焦系統(tǒng)的具體工作流程如下：
[0040] 步驟S1 :提供一基準(zhǔn)基板31及一測(cè)試板32?；鶞?zhǔn)基板31具有一基板零位，該基 板零位是指當(dāng)該基準(zhǔn)基板的表面與該激光3D打印機(jī)100的工作平臺(tái)12的表面共面時(shí)，基 準(zhǔn)基板31的位置。測(cè)試板32裝配于基準(zhǔn)基板31上，且測(cè)試板32的表面與基準(zhǔn)基板31的 表面共面。
[0041] 步驟S2 :第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33在控制器35控制下驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)基板31移動(dòng)至第一位置。
[0042] 步驟S3 :第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)33在控制器35的控制下驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)基板31從第一位置步 進(jìn)N次到達(dá)第二位置，第一位置及第二位置相對(duì)于基板零位對(duì)稱，每次步進(jìn)距離相同；且基 準(zhǔn)基板31每步進(jìn)一次，控制器35控制激光光路系統(tǒng)20在測(cè)試板32上蝕刻一刻痕W形成 N個(gè)刻痕，且N個(gè)刻痕同屯、且等間距排列。N為大于等于3的整數(shù)。
[0043] 例如，第一位置為相對(duì)于基板零位+3mm高度的位置，第二位置為相對(duì)于基板零 位-3mm高度的位置。當(dāng)基準(zhǔn)基板31位于第一位置時(shí)，控制器35控制激光光路系統(tǒng)20 W 50W功率的激光束27在測(cè)試板32上燒