CN103707510B - 一种大幅面led点阵屏面曝光快速成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种大幅面LED点阵屏面曝光快速成型方法属于快速成型制造技术领域。其特征在于，包括如下步骤：将树脂储液槽放置于LED点阵屏上方，采用接触式下曝光方法逐层曝光，每层厚度200μm～400μm，即每层曝光固化后，Z轴运动系统控制成型件托板相应上移200μm～400μm，每层固化时间为4s～15s，模型固化完全后，用有机溶剂冲洗。本发明成型尺寸大，并且点阵屏可以根据需要无限拓展。无论是激光成型、投影成型或者是扫描成型均需要很大的设备尺寸来满足光路配置，而本发明采用点阵屏成像直接接触式曝光成型，光路短，机器尺寸小。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用紫外LED点阵屏进行大幅面曝光快速成型的方法。
背景技术
3D打印是新型快速成型制造技术(RP)。它以累加方法实现模型的快速成型技术，是制造技术领域的一项重大突破。它能克服传统机械加工无法实现的特殊结构障碍，可以实现任意复杂结构部件的简单化生产，可以自动、直接、精确地将将设计思想从CAD模型，转化为具有一定功能的模型或器件。现有的3D打印技术分为热熔塑胶基础技术FDM，激光烧结成型技术，光固化液态树脂选择区域固化成型技术。但是，现有的快速成型制造技术尚存在着只能对小模型进行制造、制造时间长等缺陷。光固化成型技术(SL)是最早商品化、应用做广泛的快速成型技术，其理论、工艺的完善及价格的降低等，对快速成型制造技术的普及应用具有重要的影响。
发明内容
针对以上内容，有必要提出一种大幅面、高速度的快速成型制造方法，用来对大器件模型进行快速制造。
一种大幅面LED点阵屏面曝光快速成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
将树脂储液槽放置于LED点阵屏上方，采用接触式下曝光方法逐层曝光，每层厚度200μm～400μm，即每层曝光固化后，Z轴运动系统控制成型件托板相应上移200μm～400μm，每层固化时间为4s～15s，模型固化完全后，用有机溶剂冲洗。
LED点阵屏采用紫外光LED点阵屏，紫外LED芯片发光波长可在300nm～405nm范围内变化，LED发光芯片尺寸为1～3mm2，功率为10mW～20mW。
进一步，树脂储液槽底部采用涂有硅胶的玻璃底板。
本发明的工作原理是：一般光敏树脂由聚合物单体与预聚体组成，还加有光(紫外光)引发剂，在对应波长的光照射下发生聚合反应，完成固化。利用与所需固化树脂峰值感光波长相对应的LED点阵屏。在计算机及驱动电路控制下，由计算机程序提供图像信号，点阵屏显示图案，即对应LED点亮。这样，被LED照射到的树脂就会发生反应固化，而LED没被点亮的区域则不会反应(紫外LED发出的光不可见)。通过计算机控制点阵屏曝光时间和Z轴运动系统移动成型件托板，实现逐层曝光固化。当把三维模型切片而成的面模型逐层曝光固化完全后，用溶剂把未固化部分冲洗掉，则整个三维模型的实体加工完成。
本发明的特点是：
1.与传统的激光扫描固化方式相比，本发明成型时间短，成本低。
2.本发明成型尺寸大，并且点阵屏可以根据需要无限拓展。无论是激光成型、投影成型或者是扫描成型均需要很大的设备尺寸来满足光路配置，而本发明采用点阵屏成像直接接触式曝光成型，光路短，机器尺寸小。
3.本发明中，树脂储液槽底部采用涂有硅胶的玻璃底板，易于固化层与底板分离，区别于一般底部采用透明薄膜的方式，储液槽可以储存更多量树脂，同时有利于大幅面成型。
4.本发明中，紫外光源可以根据树脂材料灵活选取，从300nm～405nm波长均可实现。
附图说明
图1本发明中紫外LED点阵屏大幅面曝光快速成型原理图
图中：1，成型件托板，2，光敏树脂，3，树脂储液槽，4，涂有硅胶的玻璃底板，5，单颗LED发光芯片，6，大面积紫外LED点阵屏。
具体实施方式
本发明理论上可以实现加工幅面的无限拓展，受实验环境影响，实验室现制备了1m*1m的紫外LED阵列。使用定制特殊紫外LED芯片灯珠既突破了大幅面加工的限制又保证了成型精度。此外，紫外LED灯珠功率、波长有多种，通过使用不同功率及波长的LED灯珠可以满足不同的加工要求。
本发明采用的快速成型装置包括计算机、紫外LED阵列及驱动、成型件托板Z轴运动控制系统、计算机与阵列及电机驱动连接的数据线，材料为对不同波长光敏感的树脂。
其步骤包括：
(1)在计算机中用3D建模软件建立制造模型。
(2)利用专业软件将三维模型切片为面模型。
(3)根据待固化树脂类型、模型种类，合理选择灯珠波长和调整切片精度。
(4)利用紫外LED点阵屏配合加工平台，按照生成的面模型逐层对树脂进行固化。每层固化时间为4s～15s。
(5)用溶剂冲洗掉未固化部分，将成型件从托板取下，完成模型固化制造。
所述的3D建模软件可以是：3DMAX、Pro/E、solidworks、AUTOCAD等
所述的面模型是指将三维模型离散成各个面所获得的二维截面数据信息。
所述的固化树脂类型是指对感光峰值不同的光敏树脂。
所述的切片精度是指结合三维模型尺寸和加工系统的层精度来确定把三维模型离散成多少面，精度越高，离散面越多。
所述的加工平台是指一个能在竖直方向进行精确移动的平台，用来在竖直方向(Z轴)移动成型件托板。
所述的固化时间由树脂材料及所需固化强度决定。
所述的紫外LED点阵屏是指用特定波长的特殊定制LED芯片按普通LED点阵屏原理制成的紫外LED点阵屏，单个发光芯片约1～3mm2，可根据成型精度选用不同发光芯片。
所述的溶剂应用易得、无毒的有机溶剂，在树脂粘稠度较低时，应用水冲洗即可。
首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
实例1
本发明采用紫外LED点阵屏进行大幅面曝光树脂快速成型；制作LED点阵屏的灯珠芯片发光波长为385nm；利用步进电机控制Z轴运动；选用峰值感光波长为385nm的光敏树脂作为待固化材料；选用150mm*50mm*50mm立方体模型。
本实例按以下方法进行：将树脂储液槽清洗干净，待干燥后加入树脂，置于加工平台上；利用3Dmax画出矩形闭合曲线，通过放样生成立体模型，高度为5.0cm，保存为OBJ格式；将文件导入专业软件切片离散成面模型，切片精度调整为200μm左右，保存各面模型图像为jpg格式；将这些图像文件导入控制软件；设定光源曝光时间为5s，Z轴运动系统每次曝光后上升200μm(针对粘稠度较高的树脂，Z轴运动系统在每次曝光后应提起较高高度，然后再下降到与上次曝光时高度差为200μm的地方)，进行逐层曝光固化；固化完全后，取出成型件托板，用溶剂冲洗掉未固化部分，将成型件从托板上取下即可得到三维模型的成型件。
Claims (3)
1.一种大幅面LED点阵屏面曝光快速成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
将树脂储液槽放置于LED点阵屏上方，采用接触式下曝光方法逐层曝光，每层厚度200μm～400μm，即每层曝光固化后，Z轴运动系统控制成型件托板相应上移200μm～400μm，每层固化时间为4s～15s，模型固化完全后，用有机溶剂冲洗。
2.根据权利要求1所述的一种大幅面LED点阵屏面曝光快速成型方法，其特征在于：
LED点阵屏采用紫外光LED点阵屏，紫外LED芯片发光波长可在300nm～405nm范围内变化，LED发光芯片尺寸为1～3mm2，功率为10mW～20mW。
3.根据权利要求1所述的一种大幅面LED点阵屏面曝光快速成型方法，其特征在于：
树脂储液槽底部采用涂有硅胶的玻璃底板。
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