CN104626586B - 基于dmd的光固化成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DMD的光固化成型方法，包括：(1)模型处理模块对三维数字模型进行处切片处理并生成数字信息；(2)计算机控制投影仪或激光束，使投影仪或激光束产生的光线在反射镜的反射下照射到树脂槽内的液态树脂上，从而形成粘贴于贴平树脂槽之底部的吊台的树脂薄层；(3)每固化完一层树脂薄层，计算机控制左电机及右电机工作，由左电机及右电机沿同一方向带动树脂槽向下倾斜剥离；(4)计算机通过上下驱动电机去带动吊台往上上升一个三维数字模型中的片层高度，则刚被固化的树脂薄层被新的一层液态树脂所覆盖；(5)不断重复步骤(2)至(4)，直到产品打印完毕为上，减少了液态树脂在与固化模型表层剥离时对模型产生损害。

Description

基于DMD的光固化成型方法

技术领域

本发明涉及光固化成型领域，尤其涉及一种基于DMD的光固化成型方法。

背景技术

3D打印技术由于具有节约原材料、降低生产成本和可以按需求进行个性化定制等优点，近年来逐渐走进公众的视野，从工业界逐步走进了各大中小学以及部分家庭，得到众多设计爱好者的好评，因此，为3D打印技术的发展创造良好的平台。

其中，在3D打印技术中，有一种光固化的成型技术，采用德州仪器的DMD(DMD英名全称为Digital Micro-mirror Device，中文名称为数字微镜，俗称为DLP光固化3D打印机)进行快速成型，其主要采用投影仪或者单个激光光源照射到料盒槽表面或底面以使得被照射的光固化溶液(如液态树脂)被固化，然后通过逐层固化而达到最终完成3D打印的目的。

而在上述的光固化3D打印技术中，当每层树脂被固化后，由于液态树脂粘度较高，所以树脂槽需要移动一下以防止液态的树脂与刚被固化的模型表层粘连而影响打印。

目前的主要移动方式有两种，一种是驱使树脂槽沿左右移动，但这种左右移动的方式不仅会使液态树脂在与被固化的模型表层进行剥离时产生较大的摩擦；正由于摩擦较大，从而对对模型产生较大的损害而影响到模型的精度；与此同时，还使打印机多增加一个轴方向，相应地增加了制作成本及打印机的体积。另一种移动方式是树脂槽的一侧作为旋转轴，树脂槽的另一侧绕旋转轴旋转5～10度，以使树脂槽向下倾斜而达到剥离效果；虽然这种方式与前一种方式相比能减少了对模型的损害，但是对于左右非对称的模型来说，连续同一个方向的旋转剥离会使向下倾斜的一端造成较大的磨损。

因此，急需要一种能有效地减少液态树脂在与固化模型的表面剥离过程中对模型的损害的光固化成型方法来克服上述的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于DMD的光固化成型方法，该光固化成型方法能有效地减少液态树脂在与固化模型的表面剥离过程中对模型的损害而确保模型的精度。

为实现上述的目的，本发明的基于DMD的光固化成型方法包括步骤有：(1)计算机中的模型处理模块对三维数字模型进行切片处理，同时模型处理模块还识别和计算三维数字模型中每个片层的左右面积大小和分布，并生成传输到3D打印机处的数字信息；(2)计算机控制3D打印机的投影仪或激光束，使投影仪或激光束产生的光线在3D打印机的反射镜的反射下照射到3D打印机的树脂槽的底部，照射到树脂槽之底部的光线穿过树脂槽之底部处的石英玻璃后照射到树脂槽内的液态树脂上，使树脂槽被照射区域内的液态树脂固化，从而形成与三维数字模型的截面轮廓一致的树脂薄层，该树脂薄层粘贴于贴平树脂槽之底部的吊台上；(3)每固化完一层树脂薄层，计算机根据三维数字模型中与该树脂薄层对应的片层信息去控制3D打印机的左电机及右电机工作，工作的左电机带动树脂槽的左端由上往下移动的同时，右电机还同时带动树脂槽的右端由上往下移动，且左电机带动树脂槽的左端移动行程与右电机带动树脂槽的右端移动行程不同，从而使刚被固化的树脂薄层与树脂槽内的液态树脂相剥离；(4)计算机控制上下驱动电机工作，工作的上下驱动电机带动吊台沿竖直方向往上上升一个三维数字模型中的片层高度，则刚被固化的树脂薄层被新的一层液态树脂所覆盖；以及(5)不断重复步骤(2)至(4)，直到整个产品打印完毕为止。

较佳地，所述步骤(1)前还包括将三维数字模型载入模型处理模块内的载入步骤。

较佳地，在所述步骤(3)中，当刚被固化的树脂薄层的左右面积呈对称的布置时，计算机使左电机及右电机中的一者转速高过另一者，从而使树脂槽的左右两端呈一高一低的倾斜移动。

较佳地，所述左电机的转速慢于所述右电机的转速而使所述树脂槽向右侧向下倾斜剥离。

较佳地，在所述步骤(3)中，当刚被固化的树脂薄层的左右面积呈不对称布置时，计算机控制位于面积小那一侧的左电机或右电机的转速快过位于面积大那一侧的右电机或左电机，从而使所述树脂槽向面积小的一侧向下倾斜。

与现有技术相比，由于计算机根据三维数字模型中与该树脂薄层对应的片层信息去控制3D打印机的左电机及右电机工作，工作的左电机带动树脂槽的左端由上往下移动的同时，右电机还同时带动树脂槽的右端由上往下移动，且左电机带动树脂槽的左端移动行程与右电机带动树脂槽的右端移动行程不同，从而使刚被固化的树脂薄层与树脂槽内的液态树脂相剥离，即，在刚被固化的树脂薄层中，根据刚被固化的树脂薄层的左面积和右面积大小对比，使树脂槽正对面积大的那一端(如左端或右端)滑动行程大一些，使树脂槽正对面积小的那一端(如左端或右端)滑动行程小一些，若树脂薄层的左右面积对称时，此时树脂槽的左端和右端的滑动行程也呈一大一小的布置，因此，使得刚被固化的树脂薄层很好地与树脂槽内的液态树脂相剥离，有效地减少液态树脂对刚被固化的树脂薄层的损害，从而提高了固化模型的精度。

附图说明

图1是本发明的基于DMD的光固化成型方法的流程图。

图2是本发明的光固化成型方法所使用到的3D打印机的立体结构示意图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

请参阅图2，本发明的光固化成型方法所使用到的3D打印机100的结构如图2所示，该3D打印机100包括机架10、树脂槽20、弹簧30、左丝杆41、右丝杆42、左电机51、右电机52、反射镜60、光源发生器70、吊台80、上下驱动丝杆91及上下驱动电机92。机架10具有沿水平方向布置的底板11和顶板12，具体地，在本实施例中，机架10还具有位于底板11和顶板12之间的侧板13，该侧板13呈四周分布地连接于底板11和顶板12之间，且底板11、顶板12及侧板13三者共同围出一与外界隔开的封闭空间14，以简化机架10的结构；较优的是，底板11、顶板12及侧板13三者围出矩形框体，以使得机架10的布局紧凑合理。

树脂槽20的顶端开口并承装液态树脂，且树脂槽20悬置于顶板12对应的上方，较优的是，树脂槽20是悬空于顶板12的正上方，以便于树脂槽20相对顶板12做相对的滑动；具体地，树脂槽20包含槽底平板22、前侧平板23、后侧平板24、左侧平板25及右侧平板26，槽底平板22与顶板12相平行，左侧平板25安装在槽底平板22的左侧，右侧平板26安装在槽底平板22的右侧，前侧平板23安装在槽底平板22的前侧，后侧平板24安装在槽底平板22的后侧，且左侧平板25、右侧平板26、前侧平板23、后侧平板24及槽底平板22五者共同围出一供液态树脂承装用的承装空间27，以简化树脂槽20的结构。

弹簧30弹性地连接于树脂槽20和顶板12之间，树脂槽20通过弹簧30悬置于顶板12对应的上方；具体地，弹簧30是连接于槽底平板22与顶板12之间，以由弹簧30将树脂槽20支撑于顶板12的上方，从而达到使树脂槽20悬空于顶板12的上方；较优的是，弹簧30分布于树脂槽20的底部的四周，即是弹簧30分布于树脂槽20的槽底平板22的四个角落处，以使弹簧30更可靠地将树脂槽20支撑于顶板12的上方处。

左丝杆41沿竖直方向布置，且左丝杆41的顶端呈啮合传动地穿置于树脂槽20的左端，具体是左丝杆41的顶端呈啮合传动地穿置于树脂槽20的槽底平板22的左端，并在左丝杆41的转动下，带动树脂槽20的左端相对顶板12做上下移动。右丝杆42沿竖直方向布置，且右丝杆42的顶端呈啮合传动地穿置于树脂槽20的右端，具体是右丝杆42的顶端呈啮合传动地穿置于树脂槽20的槽底平板22的右端，并在右丝杆42的转动下，带动树脂槽20的右端相对顶板12做上下移动。

左电机51安装在底板11上，且左电机51与左丝杆41的底端固定连接，由左电机51带动左丝杆41转动。右电机52安装在底板11上，且右电机52与右丝杆42的底端固定连接，由右电机52带动右丝杆42转动。反射镜60安装在底板11上，且反射镜60与树脂槽20相对应，目的是将光线反射到树脂槽20处。光源发生器70安装在底板11上，且光源发生器70与反射镜60相对应，目的是使光源发生器70产生的光线直接地照射于反射镜60上，再由反射镜60进行反射处理而得到反射光线，使光源发生器70发出的光线在反射镜60的反射下穿过顶板12并照射在树脂槽20内，较优的是，左电机51、右电机52、反射镜60及光源发生器70位于封闭空间14内，以防止外界污染物质对它们的污染，为它们提供一个洁净的工作环境；而光源发生器70可选择为投影仪或激光束，投影仪是以面扫描的方式对液态树脂进行固化的，故固化效率高，而激光束是以线扫描方式对液态树脂进行固化的，故适用范围广。可理解的是，由于光源发生器70发出的光线在反射镜60的反射下穿过顶板12并照射在树脂20内，故顶板12具有供光线穿过的开口121，或者具有供光线穿过的透光结构，同样，树脂槽20的槽底平板22也具有供光线穿过的透光结构，如高透光的石英玻璃等。

吊台80位于树脂槽20对应的上方，较优的是，吊台80位于树脂槽20正上方，以便于吊台80与树脂槽20配合而成型出固化模型。上下驱动丝杆91沿竖直方向布置，且上下驱动丝杆91呈啮合传动地穿过吊台80，由转动的上下驱动丝杆91带动吊台80做上下方向的移动。上下驱动电机92与上下驱动丝杆91固定连接，上下驱动丝杆91在上下驱动电机92的驱动下带动吊台80相对树脂槽20滑动，以满足在吊台80逐层固化液态树脂的目的，具体地，上下驱动丝杆91的底端装配于顶板12上，上下驱动电机92位于上下驱动丝杆91的上方并与该上下驱动丝杆92的顶端固定连接；为使得吊台80相对顶板12做可靠的移动，故顶板12沿平行于上下驱动丝杆92的方向装配有导向杆93，该导向杆93滑动地穿过吊台80，且导向杆93分别位于上下驱动丝杆91的两侧外，较优是，导向杆93位于上下驱动丝杆91的左右两侧外，为吊台80的上下移动提供更可靠的导向。

请参阅图1，本发明的基于DMD的光固化成型方法包括步骤有：

S001、计算机中的模型处理模块对三维数字模型进行切片处理，同时模型处理模块还识别和计算三维数字模型中每个片层的左右面积大小和分布，并生成传输到3D打印机100处的数字信息；具体地，在执行步骤S001前，还包括将三维数字模型载入模型处理模块内的载入步骤。

S002、计算机控制3D打印机100的投影仪或激光束，使投影仪或激光束产生的光线在3D打印机100的反射镜60的反射下照射到3D打印机100的树脂槽20的底部，照射到树脂槽20之底部的光线穿过树脂槽20之底部处的石英玻璃后照射到树脂槽20内的液态树脂上，使树脂槽20被照射区域内的液态树脂固化，从而形成与三维数字模型的截面轮廓一致的树脂薄层，该树脂薄层粘贴于贴平树脂槽之底部的吊台80上。

S003、每固化完一层树脂薄层，计算机根据三维数字模型中与该树脂薄层对应的片层信息去控制3D打印机100的左电机51及右电机52工作，工作的左电机51带动树脂槽20的左端由上往下移动的同时，右电机52还同时带动树脂槽20的右端由上往下移动，且左电机51带动树脂槽20的左端移动行程与右电机52带动树脂槽20的右端移动行程不同，从而使刚被固化的树脂薄层与树脂槽20内的液态树脂相剥离。具体地，在步骤S003中，当刚被固化的树脂薄层的左右面积呈对称的布置时，计算机使左电机51及右电机52中的一者转速高过另一者，从而使树脂槽20的左右两端呈一高一低的倾斜移动，较优的是，在本实施例中，左电机51的转速慢于右电机52的转速而使树脂槽20向右侧向下倾斜剥离；若当刚被固化的树脂薄层的左右面积呈不对称布置时，计算机控制位于面积小那一侧的左电机51或右电机52的转速快过位于面积大那一侧的右电机52或左电机51，从而使树脂槽20向面积小的一侧向下倾斜，更利于液态树脂与刚被固化的树脂薄层相剥离。

S004、计算机控制上下驱动电机92工作，工作的上下驱动电机92带动吊台80沿竖直方向往上上升一个三维数字模型中的片层高度，则刚被固化的树脂薄层被新的一层液态树脂所覆盖；以及

S005、不断重复步骤S002至S004，直到整个产品打印完毕为止。

与现有技术相比，由于计算机根据三维数字模型中与该树脂薄层对应的片层信息去控制3D打印机100的左电机51及右电机52工作，工作的左电机51带动树脂槽20的左端由上往下移动的同时，右电机52还同时带动树脂槽20的右端由上往下移动，且左电机51带动树脂槽20的左端移动行程与右电机52带动树脂槽20的右端移动行程不同，从而使刚被固化的树脂薄层与树脂槽20内的液态树脂相剥离，即，在刚被固化的树脂薄层中，根据刚被固化的树脂薄层的左面积和右面积大小对比，使树脂槽20正对面积大的那一端(如左端或右端)滑动行程大一些，使树脂槽20正对面积小的那一端(如左端或右端)滑动行程小一些，若树脂薄层的左右面积对称时，此时树脂槽的左端和右端的滑动行程也呈一大一小的布置，因此，使得刚被固化的树脂薄层很好地与树脂槽20内的液态树脂相剥离，有效地减少液态树脂对刚被固化的树脂薄层的损害，从而提高了固化模型的精度。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种基于DMD的光固化成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)计算机中的模型处理模块对三维数字模型进行切片处理，同时模型处理模块还识别和计算三维数字模型中每个片层的左右面积大小和分布，并生成传输到3D打印机处的数字信息；

(2)计算机控制3D打印机的投影仪或激光束，使投影仪或激光束产生的光线在3D打印机的反射镜的反射下照射到3D打印机的树脂槽的底部，照射到树脂槽之底部的光线穿过树脂槽之底部处的石英玻璃后照射到树脂槽内的液态树脂上，使树脂槽被照射区域内的液态树脂固化，从而形成与三维数字模型的截面轮廓一致的树脂薄层，该树脂薄层粘贴于贴平树脂槽之底部的吊台上；

(3)每固化完一层树脂薄层，计算机根据三维数字模型中与该树脂薄层对应的片层信息去控制3D打印机的左电机及右电机工作，工作的左电机带动树脂槽的左端由上往下移动的同时，右电机还同时带动树脂槽的右端由上往下移动，且左电机带动树脂槽的左端移动行程与右电机带动树脂槽的右端移动行程不同，从而使刚被固化的树脂薄层与树脂槽内的液态树脂相剥离；

(4)计算机控制上下驱动电机工作，工作的上下驱动电机带动吊台沿竖直方向往上上升一个三维数字模型中的片层高度，则刚被固化的树脂薄层被新的一层液态树脂所覆盖；以及

(5)不断重复步骤(2)至(4)，直到整个产品打印完毕为止。

2.如权利要求1所述的基于DMD的光固化成型方法，其特征在于，所述步骤(1)前还包括将三维数字模型载入模型处理模块内的载入步骤。

3.如权利要求1所述的基于DMD的光固化成型方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，当刚被固化的树脂薄层的左右面积呈对称的布置时，计算机使左电机及右电机中的一者转速高过另一者，从而使树脂槽的左右两端呈一高一低的倾斜移动。

4.如权利要求3所述的基于DMD的光固化成型方法，其特征在于，所述左电机的转速慢于所述右电机的转速而使所述树脂槽向右侧向下倾斜剥离。

5.如权利要求1所述的基于DMD的光固化成型方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，当刚被固化的树脂薄层的左右面积呈不对称布置时，计算机控制位于面积小那一侧的左电机或右电机的转速快过位于面积大那一侧的右电机或左电机，从而使所述树脂槽向面积小的一侧向下倾斜。