本發(fā)明涉及3D打印領(lǐng)域，具體說是一種基于力反饋系統(tǒng)的3D打印方法。
背景技術(shù)：
3D打印機(jī)的工作原理與普通打印機(jī)基本相同，是通過電腦控制把“打印材料”層層疊加起來，最終把計算機(jī)上的模型變成實物，這是一項顛覆傳統(tǒng)制造工藝的技術(shù)革命。
但是，傳統(tǒng)的DLP式3D打印中，成型平臺和材料盤底部的接觸與分離一直以來是一個很大的問題。因為在每一次接觸曝光成型之后，可以說材料盤底部與成型平臺是粘連在一起的，接下來為了繼續(xù)打印，不可避免的每一層都要進(jìn)行一次剝離動作，即將成型平臺與材料盤底部分離開來，傳統(tǒng)的打印設(shè)備不會根據(jù)打印面積的大小作出剝離力度的計算，而是一直按照固定的速度直接進(jìn)行剝離，這往往會造成因為分離過快而導(dǎo)致打印失敗；在DLP打印的第一層之前，成型平臺需要與材料盤底部充分接觸，即找底，在傳統(tǒng)DLP打印中，找底的過程只能夠靠人眼配合完成，精度沒有辦法保證，從而導(dǎo)致后續(xù)的打印可能出現(xiàn)失敗。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種智能化控制，有效提高打印質(zhì)量和成功率的基于力反饋系統(tǒng)的3D打印方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于力反饋系統(tǒng)的3D打印方法，其特點是包括有以下步驟：
步驟a）啟動打印時，電機(jī)帶動成型平臺開始下移，力反饋系統(tǒng)在成型平臺下移的過程中采集力學(xué)數(shù)據(jù)，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)達(dá)到成型平臺與材料盤充分接觸的壓力值時，電機(jī)停止，成型平臺成功找底;
步驟b）找底成功后光機(jī)開始曝光，進(jìn)行第一層的光固化打印；
步驟c）曝光結(jié)束后，電機(jī)帶動成型平臺上移進(jìn)行剝離，力反饋系統(tǒng)對剝離過程的當(dāng)前剝離力CurrentForce進(jìn)行實時采集，并于力反饋系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)下設(shè)定的閥值MaxForce進(jìn)行比較；
步驟d）若CurrentForce≥MaxForce時，成型平臺停止或減速上移，接著執(zhí)行步驟e）；若CurrentForce＜MaxForce時，成型平臺繼續(xù)上移，接著執(zhí)行步驟f）；
步驟e）閥值MaxForce自動增大一個比例值，然后跳回步驟d）；
步驟f）成型平臺上移到設(shè)定高度距離時，電機(jī)停止，剝離完成；
步驟g）電機(jī)帶動成型平臺再次下移，當(dāng)力反饋系統(tǒng)采集到成型平臺與材料盤之間的下壓力達(dá)到所設(shè)定的值域時，電機(jī)停止，光機(jī)再次進(jìn)行曝光打?。?/p>
步驟h）重復(fù)步驟c）至步驟g），直至打印件打印完成。
優(yōu)選地，所述閥值MaxForce的計算公式為：
MaxForce = kμ?PS；
其中,
k —— 比例系數(shù)，通過實驗得出的數(shù)據(jù)，用于確定開始進(jìn)行力反饋調(diào)節(jié)的起始壓力值， 0＜ k ≤1;
μ—— 材料盤的固有屬性，當(dāng)確定材料盤的制作材料后，可認(rèn)定其值為常量， 0＜ μ ≤1;
? —— 與所使用的打印材料的屬性有關(guān)，通常與曝光時間成反比例關(guān)系，是一個變量，0＜ ? ≤1;
P —— 環(huán)境壓強(qiáng)，通常為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即101325pa；
S —— 單層曝光面積，單位 m2。
優(yōu)選地，所述材料的最大上拉力參數(shù)值在初期打印和后期穩(wěn)定打印的值均不相同，所述參數(shù)值均由材料商提供；該材料商會對應(yīng)提供初期打印時的最大下壓力參數(shù)值和后期穩(wěn)定打印時的最大下壓力參數(shù)值。
優(yōu)選地，所述步驟g）中設(shè)定的值域不超過相應(yīng)打印時期對應(yīng)的材料的最大下壓力參數(shù)值。
優(yōu)選地，在步驟a）中，力反饋系統(tǒng)在成型平臺下降的過程中采集到數(shù)據(jù)達(dá)到成型平臺與材料盤充分接觸的壓力值時，減緩電機(jī)速度，對成型平臺進(jìn)行微調(diào)，直至力反饋系統(tǒng)的讀數(shù)穩(wěn)定在所述壓力值時，電機(jī)停止，找底成功。
優(yōu)選地，所述步驟d）中，當(dāng)CurrentForce≥MaxForce時，成型平臺停止或減速上移，在此狀態(tài)下等待500ms-1500 ms。
優(yōu)選地，所述步驟e）中，閥值MaxForce每次自動增大10%-20%。
優(yōu)選地，所述步驟f）中，成型平臺上移到電機(jī)停止的設(shè)定高度距離為2mm-4mm。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明由于采用力反饋系統(tǒng)對成型平臺移動的過程進(jìn)行力學(xué)數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)而控制成型平臺的移動速度，從而讓打印的流程更加智能化了，在每一層剝離的過程中做到了實時的力學(xué)反饋，并且有效地保證了每一層的打印質(zhì)量；與傳統(tǒng)的盲目剝離不一樣，力反饋系統(tǒng)給用戶增加了對打印機(jī)的掌握，每一層的打印效果都能夠?qū)崟r從數(shù)據(jù)中讀取到，因此大大提高了打印的成功率以及打印件的質(zhì)量；
（2）本發(fā)明通過力反饋系統(tǒng)還可以實現(xiàn)精準(zhǔn)找底，整個找底過程完全自動化，不需要人工介入，而且能夠保證每一次打印的一致性。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于力反饋系統(tǒng)的3D打印方法的流程示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明實施例的基于力反饋系統(tǒng)的3D打印方法，包括有以下步驟：
步驟a）啟動打印時，電機(jī)帶動成型平臺開始下移，力反饋系統(tǒng)在成型平臺下移的過程中采集力學(xué)數(shù)據(jù)，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)達(dá)到20N（成型平臺與材料盤充分接觸的壓力值）時，電機(jī)停止，成型平臺成功找底;
步驟b）找底成功后光機(jī)開始曝光，進(jìn)行第一層的光固化打??；
步驟c）曝光結(jié)束后，電機(jī)帶動成型平臺上移進(jìn)行剝離，力反饋系統(tǒng)對剝離過程的當(dāng)前剝離力CurrentForce進(jìn)行實時采集，并于力反饋系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)下設(shè)定的閥值MaxForce進(jìn)行比較；
步驟d）若CurrentForce≥MaxForce時，成型平臺停止或減速上移，在此狀態(tài)下等待1000ms，接著執(zhí)行步驟e）；若CurrentForce＜MaxForce時，成型平臺繼續(xù)上移，接著執(zhí)行步驟f）；
步驟e）閥值MaxForce自動增大10%，然后跳回步驟d）；
步驟f）成型平臺上移到3mm時，電機(jī)停止，剝離完成；
步驟g）電機(jī)帶動成型平臺再次下移，當(dāng)力反饋系統(tǒng)采集到成型平臺與材料盤之間的下壓力達(dá)到所設(shè)定的值域時，電機(jī)停止，光機(jī)再次進(jìn)行曝光打?。?/p>
步驟h）重復(fù)步驟c）至步驟g），直至打印件打印完成。
該實施例的步驟a）為找底操作，力反饋系統(tǒng)在成型平臺下降的過程中采集力學(xué)數(shù)據(jù)，直至讀數(shù)出現(xiàn)20N時，方減緩電機(jī)速度，對成型平臺的移動進(jìn)行微調(diào)，直至力反饋穩(wěn)定在20N，則算找底成功。此過程完全自動化，不需要人工介入，而且能夠保證每一次打印的一致性。
每種打印材料，材料商都會提供相應(yīng)的參數(shù)值，即材料力度值域，該材料力度值域包括有初始打印時（頭幾層）的第一力度值域以及后期穩(wěn)定打印時的第二力度值域，每個力度值域均包括有最大上拉力參數(shù)值和最大下壓力參數(shù)值，例如：對于材料（Dreve SLE.White），第一力度值域的預(yù)設(shè)定是最大上拉力參數(shù)值為150N，最大下壓力參數(shù)值為-50N；第二力度值域為后期穩(wěn)定的力度值域，最大上拉力參數(shù)值為30N，最大下壓力參數(shù)值為-20N。故在力反饋系統(tǒng)的控制下能夠保證每一層打印的上拉剝離力與下壓力都不會超過以上的兩個值域。一般從第8層打印開始，曝光時間經(jīng)過線性下降會從初始的50.75s到穩(wěn)定期的14.5s，打印正式開始進(jìn)入加速的狀態(tài)。但為了保證打印的穩(wěn)定性，從第8層開始，上拉與下壓的力度依舊會根據(jù)設(shè)定的最大上拉力與最大下壓力決定，力反饋系統(tǒng)會實時監(jiān)測當(dāng)前剝離力CurrentForce與下壓力，并輸出指令控制絲桿上的成型平臺上下移動。這種情況會持續(xù)到第15層打印。在整個打印過程中，下壓力度會逐漸減少（1-8層在-40N左右，8-15層在-15N左右，15-30層在-10N左右，30-40層在-5N左右，40層以后會在0N）。
該實施例的閥值MaxForce的計算公式為：
MaxForce = kμ?PS；
其中,
k —— 比例系數(shù)，通過實驗得出的數(shù)據(jù)，用于確定開始進(jìn)行力反饋調(diào)節(jié)的起始壓力值， 0＜ k ≤1;
μ—— 材料盤的固有屬性，當(dāng)確定材料盤的制作材料后，可認(rèn)定其值為常量， 0＜ μ ≤1;
? —— 與所使用的打印材料的屬性有關(guān)，通常與曝光時間成反比例關(guān)系，是一個變量，0＜ ? ≤1;
P —— 環(huán)境壓強(qiáng)，通常為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即101325pa；
S —— 單層曝光面積，單位 m2。
從該公式可看出，當(dāng)前層曝光的面積越大的話，該閥值也就越大，那么成型平臺需要剝離所需的力度也就越大。力反饋系統(tǒng)通過實時的力度反饋測量數(shù)據(jù)得出應(yīng)剝離的速度大小，對每一層的剝離力度做出實時的調(diào)整，這樣的機(jī)械運動可以提高每層的剝離成功率，提高打印質(zhì)量。而且成型平臺在下移時，也可根據(jù)力反饋系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制，故可避免過度下壓，從而對材料盤起到了保護(hù)作用，大大增加了材料盤的壽命。由于在DLP打印中自上而下的成型方式，最上方（打印件的最下方）與成型平臺之間的頭幾層打印的固化時間（即光機(jī)的曝光時間）要長于后面平穩(wěn)打印期的固化時間，以保證打印件與成型平臺的連接牢固性。由于固化時間的增加，剝離的力度自然會增加，那么可能存在剝離所需的力度遠(yuǎn)大于MaxForce的值，而當(dāng)CurrentForce>=MaxForce時，電機(jī)是會停止上升等待1000ms的，等到MaxForce自增到一定值后，成型平臺才會上升，因此頭幾層在剝離時所花的時間比較長。通過該力反饋系統(tǒng)可以控制成型平臺的移動速度，從而讓打印的流程更加智能化了，在每一層剝離的過程中做到了實時的力學(xué)反饋，并且有效地保證了每一層的打印質(zhì)量。
盡管本發(fā)明是參照具體實施例來描述，但這種描述并不意味著對本發(fā)明構(gòu)成限制。參照本發(fā)明的描述，所公開的實施例的其他變化，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員都是可以預(yù)料的，這種的變化應(yīng)屬于所屬權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。