CN103587118B - 一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3d打印机 - Google Patents
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Abstract
一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机，包括机器底部中间的步进电机，步进电机的输出和电滑环连接，直线进给运动平台配置在电滑环上，集成LED镜头连接在直线进给运动平台上，集成LED镜头外设有撑膜玻璃支架，撑膜玻璃支架支承着撑膜玻璃，撑膜玻璃直接与其上的不粘薄膜接触，不粘薄膜由树脂槽和树脂槽薄膜固定盖固定在集成LED镜头之上，不粘薄膜承载着光敏树脂，固化的树脂层要附着在升降头上，升降头和升降系统连接，采用旋转运动和直线运动结合的平面螺旋运动，带动镜头在树脂表面上进行阿基米德螺线路径扫描，能够有效地避开振荡，提高扫描速度和精度；能够使撕离过程更加有效和经济，提高了机器的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于光固化3D打印技术领域，特别涉及一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机。
背景技术
光固化3D打印是精度较高的增材制造方法。传统的光固化3D打印机采用激光器作为光源系统，通过扫描振镜的反射，聚焦于涂层机构所涂的一层光敏树脂上，使其固化成型。但这种3D打印机的成本高和结构复杂，因此，低成本的光固化3D打印机可以采用大功率的紫外LED作为光源，采用XY直线往复运动工作台作为扫描机构，采用光源在树脂槽下方的底投射方式来省去涂层结构，从而降低成本。这些方法虽然成本较低，但是仍然存在不足：
一、XY直线往复运动工作台具有质量和速度，因此在反复的加减速过程以及速度方向变换时，工作台的惯性会使整个机器处于较大的振荡状态中，从而引发了制件成形精度问题、噪声问题以及安全问题等；
二、底投影曝光方式的光源处于光敏树脂之下，使用透明介质来承载树脂与隔开光源，并作为光固化的成形界面，每固化一层便使该层从界面撕离，不断叠加完成零件成形。由于树脂的粘性和固化层处于液面下，固化层较难脱离。而目前该方法主要是采用镀膜玻璃和辅助撕离机构来解决该问题，但是由于镀膜工艺复杂、镀膜在紫外光照射下寿命短，使经济性下降。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机，能够有效地避开振荡，提高扫描速度和精度；能够使撕离过程更加有效和经济，提高了机器的工作效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机，包括机器底部中间的步进电机8，步进电机8的输出和电滑环7连接，直线进给运动平台6配置在电滑环7上，集成LED镜头5连接在直线进给运动平台6上，直线进给运动平台6带动集成LED镜头5进行直线运动，步进电机8输出的旋转运动与直线运动的结合使集成LED镜头5在平面上进行平面螺旋扫描运动；
集成LED镜头5外设有撑膜玻璃支架4，撑膜玻璃支架4支承着撑膜玻璃3，撑膜玻璃3直接与其上的不粘薄膜12接触，不粘薄膜12由树脂槽9和树脂槽薄膜固定盖10固定在集成LED镜头5之上，不粘薄膜12承载着光敏树脂11，光敏树脂11作为光固化的原材料，固化的树脂层附着在升降头2上，升降头2和升降系统1连接。
本发明采用旋转运动和直线运动结合的平面螺旋运动，带动镜头在树脂表面上进行阿基米德螺线路径扫描，该方式利用了旋转运动的连续性，避开了反复加减速所带来的振荡问题，提高了光固化3D打印的扫描速度和固化精度；光敏树脂在树脂槽中直接由薄膜承载，然后撑膜结构的撑膜玻璃可以撑起薄膜，使光固化成形界面始终在同一水平面上，同时薄膜的柔性伸缩可以起到一个撕离运动的作用，这样省去了镀膜玻璃，撕离机构，保证了工作效率和机器成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明阿基米德扫描路径原理图。
图3为本发明柔性界面原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1，一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机，包括机器底部中间的步进电机8，步进电机8的输出和电滑环7连接，直线进给运动平台6配置在电滑环7上，经过电滑环7使直线进给运动平台6在平面上旋转，集成LED镜头5连接在直线进给运动平台6上，直线进给运动平台6带动集成LED镜头5进行直线运动，步进电机8输出的旋转运动与直线运动的结合使集成LED镜头5在平面上进行平面螺旋扫描运动。
参照图2，该扫描的路径为阿基米德螺线，在扫描第一层时，保证旋转运动一直以一定的速度进行，同时，在旋转一圈中，直线运动正向向外匀速运动一个扫描间隔，重复该过程直到扫描路径已经覆盖了第二层数据的外轮廓，然后升降头上升一个分层厚度；当准备扫描第二层时，由于镜头已经处于第二层外轮廓处，此时不必改变旋转运动的方向，保证其连续旋转，同时，直线运动反向向内匀速运动一个扫描间隔，重复该过程直到到达起始点。重复以上向外扩展旋转运动和向内收缩旋转运动两个过程，直到完成整个零件。
参照图1和图3，集成LED镜头5外设有撑膜玻璃支架4，撑膜玻璃支架4支承着撑膜玻璃3，撑膜玻璃3直接与其上的不粘薄膜12接触，不粘薄膜12由树脂槽9和树脂槽薄膜固定盖10固定在集成LED镜头5之上，不粘薄膜12承载着光敏树脂11，光敏树脂11作为光固化的原材料，通过控制撑膜玻璃3上表面到镜头表面的距离参数，可以保证镜头聚焦点始终都在撑膜玻璃上表面，当光源系统在同一平面运动时，可以将下凹的薄膜撑起，而之前固化的区域在光源系统离开后，由于自身的重力和薄膜的柔性，可以使固化区域重新下陷，在这个过程中，相当于将已固化的区域从成形界面上撕离。固化的树脂层要附着在升降头2上，升降头2和升降系统1连接，每固化一层时，升降系统1需要带动升降头2上升一个分层厚度，然后重复该过程叠加成形。
本发明的工作原理为：
计算机根据零件的截面信息，经过软件处理计算出存在截面的数据点，输入到本发明中进行零件成形制造。工作开始时，需要通过升降系统1让升降头2下降到与不粘薄膜12只有一个分层厚度间隔空间的地方，步进电机8与直线进给运动平台6根据所设定的工艺参数，带动集成LED镜头5在平面上进行扫描运动。根据输入数据点的有无和位置，控制集成LED镜头5的通断和功率大小，从而保证零件截面的光固化成形。撑膜玻璃3始终接触着不粘薄膜12运动，使将要固化的光敏树脂11在同一平面上固化，然后离开后又可以利用不粘薄膜12的柔性和光敏树脂11的重量，产生一个撕离的运动，使固化层顺利脱离。第一层固化层附着在升降头上，透过升降头间断上升一个分层厚度，使接下来的各固化层都附着在前一固化层中，从而完成整个零件的成形。
Claims (1)
1.一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机，包括机器底部中间的步进电机（8），其特征在于：步进电机（8）的输出和电滑环（7）连接，直线进给运动平台（6）配置在电滑环（7）上，集成LED镜头（5）连接在直线进给运动平台（6）上，直线进给运动平台（6）带动集成LED镜头（5）进行直线运动，步进电机（8）输出的旋转运动与直线运动的结合使集成LED镜头（5）在平面上进行平面螺旋扫描运动；
集成LED镜头（5）外设有撑膜玻璃支架（4），撑膜玻璃支架（4）支承着撑膜玻璃（3），撑膜玻璃（3）直接与其上的不粘薄膜（12）接触，不粘薄膜（12）由树脂槽（9）和树脂槽薄膜固定盖（10）固定在集成LED镜头（5）之上，不粘薄膜（12）承载着光敏树脂（11），光敏树脂（11）作为光固化的原材料，固化的树脂层要附着在升降头（2）上，升降头（2）和升降系统（1）连接。
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