CN104708827A - 一种大幅面光敏树脂固化3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种大幅面光敏树脂固化3D打印机，包括紫外激光器、升降托板、树脂储液池、X向反射镜、Y向反射镜和控制系统，该升降托板设置在树脂储液池中，X向反射镜和Y向反射镜通过电机驱动在与升降托板上的平行面移动，紫外激光设置在Y向反射镜的竖直正上方；该升降托板包含基板、升降驱动机构以及设置在基板下方并包裹在升降驱动机构外部的可折叠隔离层，控制系统控制电机和升降托板工作状态。本发明中所使用的紫外激光器波长单一、光斑尺寸小、功率密度大，在极短的时间内即可实现树脂的固化，故可实现比FDM技术更快速、更精确的成型。且在升降驱动机构下方设置了可折叠隔离层，占据了一部分的树脂储液池的空间，减少树脂液的使用量。

Description

一种大幅面光敏树脂固化3D打印机

【技术领域】

本发明涉及一种利用激光技术进行三维实物模型制作的增材制造设备，尤其是光固化的3D打印设备。

【背景技术】

目前公知的3D打印技术被誉为“第三次工业革命”，被广泛的应用于工业设计、医疗、教学、航空航天等领域。3D打印技术的主流技术包括激光立体光固化技术(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光熔化技术(SLM)、数字光处理技术(DLP)、三维打印黏结成型(3DP)等。

激光立体光固化技术(Stereo Lithography Appearance，简称SLA)，是最早出现的快速原型制造工艺，SLA技术所用光源为激光，具有波长单一、光斑尺寸小和功率密度大的特点，通过精确控制扫描头，可以实现零件高速度、高精度加工。但现有的SLA系统设计复杂，在成型过程中，为了保证树脂液体加工表面的平整度，需要复杂且昂贵的设备去调节液面平整度，使得整体系统体积过大并且造价昂贵；另一方面，在成型过程中，往往需要一个大体积树脂储池，导致树脂材料利用率很低，昂贵的成本和过重的设备不利于SLA技术的推广及实用化。

熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，简称FDM)，又称熔丝沉积，是一种快速成型技术。FDM是将低熔点材料熔化后，通过由计算机数控的精细喷头按CAD分层截面数据进行二维填充，喷出的丝材经冷却粘结固化生成一薄层截面，层层叠加成三维实体。其特点是不采用激光系统，使用和维护简单，设备体积小巧，易于搬运，适用于办公环境易于被大众人群接受，但由于其需要保证出丝过程挤出速度和填充速度进行合理匹配，影响加工速度，挤出丝实际轮廓线超出理想轮廓线区域，影响成型件精度，相比SLA、DLP技术精度和打印速度有很大差距。

就目前技术水平来看，熔融沉积成型(FDM)技术的3D打印设备打印速度低、成型精度低，激光立体固化技术的3D打印设备造价高、成型幅面偏小、树脂利用率低。

【发明内容】

本发明针对以上情况提出了一种集加工速度快、成型精度高、成型幅面大、树脂利用率高、成本低等特点于一体的3D打印机。

本发明所涉及的大幅面光敏树脂固化3D打印机包括紫外激光器、升降托板、树脂储液池、X向反射镜、Y向反射镜和控制系统，其特征在于，该升降托板设置在树脂储液池中，X向反射镜和Y向反射镜通过电机驱动在与升降托板上的平行面移动，紫外激光设置在Y向反射镜的竖直正上方；该升降托板包含基板、升降驱动机构以及设置在基板下方并包裹在升降驱动机构外部的可折叠隔离层，控制系统控制电机和升降托板工作状态。

其中X向反射镜包括第一反射镜和驱动第一反射镜沿着平行面X轴方向移动的X向电机。

其中Y向反射镜包括第二反射镜和驱动第二反射镜沿着平行面Y轴方向移动的Y向电机。

X向电机和Y向电机受控于X/Y轴数控控制系统。

升降驱动机构为电机或者液压升降杆。

在该树脂储液池外部还设有一个与该树脂储液池的储液空间连通的补液箱，该补液箱通过一个连通孔道与树脂储液池连通，在该连通孔道内设有压力控制装置。

压力控制装置包括压力感应器和控制阀。

其紫外激光器为采用波长为355～405nm的紫外激光器。

本发明中所使用的紫外激光器波长单一、光斑尺寸小、功率密度大，在极短的时间内即可实现树脂的固化，故可实现比FDM技术更快速、更精确的成型。且在升降驱动机构下方设置了可折叠隔离层，占据了一部分的树脂储液池的空间，减少树脂液的使用量，避免了物料的浪费。而该方法所用激光器仅为普通紫外光源，对光束进行一定准直聚焦后通过反射镜的运动即可控制光束在加工件正上方的移动，而不需要复杂的光学系统，也不需要苛刻的工作环境。

【附图说明】

图1是本发明大幅面光敏树脂固化3D打印机结构示意图；

其中：10、紫外激光器；20、升降托板；21、基板；22、升降驱动机构；23、可折叠隔离层；30、树脂储液池；31、压力控制装置；40、X向反射镜；41、第一反射镜；42、X向电机；50、Y向反射镜；51、第二反射镜；52、Y向电机；60、补液箱。

【具体实施方式】

下面将结合本发明附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细说明。

请参考附图1：该大幅面光敏树脂固化3D打印机包括紫外激光器10、升降托板20、树脂储液池30、X向反射镜40、Y向反射镜50和控制系统，该升降托板20设置在树脂储液池30中，升降拖板实际上就是3D打印产品成型的平台，利用一个完全泡在树脂液中的平台，一层一层地固化树脂完成树脂件的成型。

而在升降托板之上的，就是对液态树脂进行固化的紫外激光器10，而紫外激光器10则是通过X向反射镜40和Y向反射镜50在树脂液面上移动，固化树脂。X向反射镜40和Y向反射镜50通过电机驱动在与升降托板20上的平行面移动，紫外激光器设置在Y向反射镜50的竖直正上方。

X向反射镜与Y向反射镜所在的平面需与树脂液面保持平行，其中X向反射镜40包括第一反射镜41和驱动第一反射镜41沿着平行面X轴方向移动的X向电机42。其中Y向反射镜50包括第二反射镜51和驱动第二反射镜51沿着平行面Y轴方向移动的Y向电机52。X向电机和Y向电机受控于X/Y轴数控控制系统。

X向反射镜沿着X轴方向移动，而Y向反射镜沿着Y轴方向移动，就可以实现让紫外激光器的光束垂直地对平面系内所有点的进行扫描照射。

该升降托板20包含基板21、升降驱动机构22以及设置在基板21下方并包裹在升降驱动机构外部的可折叠隔离层23，控制系统控制电机和升降托板20工作状态。

升降托板20的基板21是用来成型平面，而下方设置的升降驱动机构22则是带动基板21升降运动的驱动件，设置在升降托板下方的可折叠隔离层23与树脂储液池30的底部密封连接，在填充树脂储液池30时可以减少液体的使用量。在升降托板20的升降过程中，可折叠隔离层23通过自身变形保证平台的顺利移动。

升降驱动机构22为电机或者液压升降杆。

在该树脂储液池30外部还设有一个与该树脂储液池30的储液空间连通的补液箱60，该补液箱60通过一个连通孔道与树脂储液池30连通，在该连通孔道内设有压力控制装置31。

压力控制装置31包括压力感应器和控制阀。

当一层液态树脂固化完毕后，计算机自行控制升降驱动机构22下降一定距离，带动基板21下降。同时由补液箱60，通过压力控制装置31实现树脂材料的再补充，使树脂储液池30内树脂的液面高度保持一定。然后进行第二层截面的扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，这样层层叠加的固化层形成三维工件原型。在实体模型打印完成后可提升升降托板，即可方便地将模型从基板21上取下。当模型从液面露出，将模型从基板21上取下，在能量更高的紫外光下进行最终固化。若对工件的表面要求严格，可再经打光、电镀、喷漆或着色处理。

由于补液箱60与树脂储液池30液面的高度差，树脂储液池30中的树脂随着升降托板20的上升可以自行回流到补液箱60，实现循环使用。

在本发明中的紫外激光器为采用波长为355～405nm的紫外激光器。本发明中所使用的紫外激光器波长单一、光斑尺寸小、功率密度大，在极短的时间内即可实现树脂的固化，故可实现比FDM技术更快速、更精确的成型。而该方法所用激光器仅为普通紫外光源，对光束进行一定准直聚焦后通过反射镜的运动即可控制光束在加工件正上方的移动，而不需要复杂的光学系统，也不需要苛刻的工作环境。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种大幅面光敏树脂固化3D打印机，包括紫外激光器、升降托板、树脂储液池、X向反射镜、Y向反射镜和控制系统，其特征在于，该升降托板设置在树脂储液池中，X向反射镜和Y向反射镜通过电机驱动在与升降托板上的平行面移动，紫外激光设置在Y向反射镜的竖直正上方；该升降托板包含基板、升降驱动机构以及设置在基板下方并包裹在升降驱动机构外部的可折叠隔离层，控制系统控制电机和升降托板工作状态。

2.根据权利要求1所述大幅面光敏树脂固化3D打印机，其特征在于，其中X向反射镜包括第一反射镜和驱动第一反射镜沿着平行面X轴方向移动的X向电机。

3.根据权利要求1所述大幅面光敏树脂固化3D打印机，其特征在于，其中Y向反射镜包括第二反射镜和驱动第二反射镜沿着平行面Y轴方向移动的Y向电机。

4.根据权利要求2所述所述大幅面光敏树脂固化3D打印机，其特征在于，X向电机受控于X/Y轴数控控制系统。

5.根据权利要求3所述所述大幅面光敏树脂固化3D打印机，其特征在于，Y向电机受控于X/Y轴数控控制系统。

6.根据权利要求1所述大幅面光敏树脂固化3D打印机，其特征在于，升降驱动机构为电机或者液压升降杆。

7.根据权利要求1所述大幅面光敏树脂固化3D打印机，其特征在于，在该树脂储液池外部还设有一个与该树脂储液池的储液空间连通的补液箱，该补液箱通过一个连通孔道与树脂储液池连通，在该连通孔道内设有压力控制装置。

8.根据权利要求7所述大幅面光敏树脂固化3D打印机，其特征在于，压力控制装置包括压力感应器和控制阀。

9.根据权利要求1所述大幅面光敏树脂固化3D打印机，其特征在于，其紫外激光器为采用波长为355～405nm的紫外激光器。