CN104749803A - 一种3d打印装置的成像系统、成像方法及3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印装置的成像系统、成像方法及3D打印装置，成像系统包括：液晶显示屏，液晶显示屏中的每个像素模块包括至少两个子像素，至少两个子像素呈一体化制成，且从至少两个子像素通过的光为同一颜色；成像方法包括：通过液晶显示屏显示产品图像；以所述液晶显示屏上的图像为模板进行3D打印；3D打印装置包括成像系统；通过将产品的三维数据模型文件转化为多个片层，向液晶显示屏施加最大或最小工作电压，驱动液晶显示屏上的子像素全透光或不透光，使图像分别以白色或黑色显示，并将显示出每个片层的二维数据图像曝光固化，最终叠加形成整个所需要的产品，本发明中的成像系统结构简单、操作方便，成像方法简单易实现，且成本较低。

Description

一种3D打印装置的成像系统、成像方法及3D打印装置

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别涉及一种3D打印装置的成像系统、成像方法及3D打印装置。

背景技术

3D打印是新型的快速成型制造技术，通过多层叠加生长原理制造产品，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。

现有的3D打印装置中一般通过投影机进行成像，投影机内部的芯片是一种由成千上万微小的表面的反光镜组成硅晶片，其中每个“镜子”代表一个像素，芯片表面的控制板来回摆动控制进入镜头的影像，而且根据每种颜色的数量控制控制板的开关，在芯片的前一部份设置一个多色的色轮，这个色轮和灯泡之间有一定的距离，在工作时芯片上的每一个“像素”会不断运动，同时照明光透过色轮投到芯片上，这样在任何时刻都会产生不同灰阶，最终通过调节的光线投射到屏幕上而产生图像。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有投影机的成像结构和成像方式较为复杂、且成本较高。

发明内容

为了解决现有技术投影机的成像结构和成像方式较为复杂、且成本较高的问题，本发明实施例提供了一种3D打印装置的成像系统、成像方法及3D打印装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种3D打印装置的成像系统，所述成像系统包括液晶显示屏，所述液晶显示屏中的每个像素模块包括至少两个子像素，至少两个子像素为一体化制成，且从所述至少两个子像素通过的光为同一颜色。

作为优选，所述同一颜色的光为白光。

作为优选，三个所述子像素均为同一种子像素。

进一步地，所述成像系统还包括透光的储液槽、可上下运动的升降杆托板与发光组件，所述储液槽、所述液晶显示屏、所述发光组件从上到下依次设置，所述储液槽中装有液态的可光聚合材料，所述升降杆托板设置在所述可光聚合材料中。

作为优选，所述可光聚合材料为可光聚合树脂。

第二方面，提供一种3D打印装置的成像系统的成像方法，所述成像方法包括：

将产品的三维数据模型文件转化为标准模板库文件的格式；

从所述标准模板库文件切出设定厚度的多个片层，并将每个片层的二维数据传送至液晶显示屏；

向液晶显示屏施加最大工作电压或最小工作电压，驱动液晶显示屏上的子像素全透光或不透光，使每个片层的二维数据的图像分别在液晶显示屏上以白色或黑色显示；

以所述液晶显示屏上的图像为模板进行3D打印。

具体地，所述以所述液晶显示屏上的图像为模板进行3D打印，具体包括：

通过发光组件将液晶显示屏上显示的每个片层的二维数据的图像依次投射至可光聚合材料上，逐层进行曝光，形成固化层；

通过升降杆托板将每个片层曝光形成的固化层依次向上提拉，使得所有固化层依次叠加，形成完整产品。

作为优选，所述最大工作电压为5V，所述最小工作电压为0V。

第三方面，提供一种3D打印装置，所述3D打印装置包括成像系统。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的3D打印装置的成像系统、成像方法及3D打印装置，通过将产品的三维数据模型文件转化为多个片层，并通过向液晶显示屏施加最大工作电压或最小工作电压，驱动液晶显示屏上的子像素全透光或不透光，使每个片层的二维数据的图像分别在液晶显示屏上以白色或黑色显示，并将显示出每个片层的二维数据图像曝光固化，最终叠加形成整个所需要的产品，本发明中的成像系统结构简单、操作方便，成像方法简单易实现，且成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的3D打印装置的成像系统结构示意图；

图2是本发明又一实施例提供的3D打印装置的成像系统结构示意图；

图3是本发明又一实施例提供的液晶显示器的结构示意图；

图4是本发明又一实施例提供的像素模块的结构示意图；

图5是本发明又一实施例提供的像素模块的结构示意图；

图6是本发明又一实施例提供的成像方法的流程示意图；

图7是本发明又一实施例提供的成像方法的流程示意图；

其中：1  发光组件，

      2  液晶显示屏，

      21 第一偏振片，

      22 第一玻璃基板，

      23 阵列电路，231子像素，232数据线，

      24 液晶，

      25 公共电极，

      27 黑色矩阵，

      28 第二玻璃基板，

      29 第二偏振片，

      3  储液槽，

      4  可光聚合材料，

      5  升降杆托板，

      6  冷却装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种3D打印装置的成像系统，所述成像系统包括液晶显示屏2，所述液晶显示屏2中的每个像素模块包括至少两个子像素231，所述至少两个子像素231为一体化制成，且从所述至少两个子像素231通过的光为同一颜色。

本发明实施例提供的3D打印装置的成像系统、成像方法及3D打印装置，通过将产品的三维数据模型文件转化为多个片层，然后将上述每一片层的信息形成二维数据图形传到计算机中，通过图像处理，通过向液晶显示屏2施加最大工作电压或最小工作电压，驱动液晶显示屏2上的子像素231全透光或不透光(显示形状的区域为白色，即全透光，非显示区域设为黑色，即不透光)，液晶显示屏2上即可显示出黑白颜色的图像，即为每一片层的二维数据的图像；其中，显示的图像只需黑色图像和白色图像，黑色图像区域为紫外光遮挡区域，可光聚合树脂不曝光；而白色图像为紫外光透过区域，紫外光可进行曝光；从而实现一个光阀开关的功能，无需多灰阶显示；

其中，由于本发明的液晶显示屏2显示的图像只需黑色图像和白色图像，去掉红绿蓝(R/G/B)彩膜，因此，多个子像素231已无必要，本发明实施例中，可将原来设置三个子像素231的位置由一个整体子像素231代替，结构简单，制作成本大大降低；电压最大值Lmax的光线全透过和最小值0光线全不透过，因此，对于驱动液晶24的数据线232上的电压只需保持最大工作电压和最大工作电压两个状态，驱动液晶显示屏2上的子像素231全透光或不透光；

使每个片层的二维数据的图像分别在液晶显示屏2上以白色或黑色显示，并将显示出每个片层的二维数据图像曝光固化，最终叠加形成整个所需要的产品，本发明中的成像系统结构简单、操作方便，成像方法简单易实现，且成本较低。

作为优选，所述同一颜色的光为白光。三个子像素231只有全透光或不透光两种状态，全透光时即为同时透出白光，显示白色图像，不透光即为黑色图像。

如图2所示，本发明实施例提供了一种3D打印装置的成像系统，所述成像系统包括：从上到下依次设置的透光的储液槽3、液晶显示屏2、发光组件1，所述储液槽3中装有液态的可光聚合材料4，所述可光聚合材料4中设置有可上下运动的升降杆托板5。

本发明实施例提供的3D打印装置的成像系统，通过将产品的数据分别传送至液晶显示屏2，分别显示出各种图像，并通过发光组件1将液晶显示屏2上显示的各种图像分别投射至可光聚合材料4上进行曝光固化，最终叠加形成整个所需要的产品；

本发明实施例中，具体操作时，可以采用以下方法：先将产品的三维CAD实体数据模型或曲面数据模型文件转换成标准模板库STL文件格式、再用软件从STL文件切出设定厚度的一系列片层，然后将上述每一片层的信息形成二维数据图形传到计算机中，通过图像处理后(显示形状的区域为白色，非显示区域设为黑色)，液晶显示屏2上即可显示出黑白颜色的图像，即为每一片层的二维数据的图像；其中，从实现方式上，显示的图像只需黑色图像和白色图像，黑色图像区域为紫外光遮挡区域，可光聚合树脂不曝光；而白色图像为紫外光透过区域，紫外光可进行曝光；

然后，通过液晶显示屏2将每一片层的图像直投到储液槽3中的可光聚合材料4上进行曝光，可光聚合材料4曝光后固化形成一层固体结构，同时，利用升降杆托板5将每层完成的固体结构上提一定距离，如此依次将每一层做出来的固体结构进行叠加处理，直到完成整个部件；本发明中的成像系统结构简单、操作方便，驱动方式简单，成像方法简单易实现，且成本较低。

如图3所示，作为优选，所述液晶显示屏2包括顺次设置的第一偏振片21、第一玻璃基板22、阵列电路23、液晶24、公共电极25、第二玻璃基板28、第二偏振片29。

其中，本发明实施例中，由于本发明的液晶显示屏2显示的图像只需黑色图像和白色图像，因此，对色域没有要求，对形成彩色图案的红绿蓝(R/G/B)彩膜，即可从液晶显示屏2的结构中的公共电极25与第二玻璃基板28之间去掉，从而简化了液晶显示屏2的结构，公共电极25内还可以设置黑色矩阵27；

而且，去掉红绿蓝(R/G/B)彩膜，降低对光线的阻挡，大大增强了光线的透过率，发光组件1只需发出少量的光，即可达到曝光要求，因此，可显著降低发光组件1的功耗；另外，增强了光线的透过率，使得可光聚合树脂的曝光时间大大缩短，实际使用优势明显。

以上结构的优化导致了驱动方式产生优化，具体为：由于3D打印实质上利用液晶显示屏2进行光阀掩模投影曝光，因此对液晶显示屏2来讲，只需两种状态，一个黑态，一个亮态(透光用于显示形状的区域为白色的亮态，不透光非显示区域即为黑色的黑态)，从而实现一个光阀开关的功能，无需多灰阶显示；对于亮态来说，光线越强越好，如此同一段时间透过的光线就越多，越有利于可光聚合材料4的曝光固化，因此可显著缩小曝光时间，提高生产工艺效率，其它等级的灰阶态实际上没有实质意义；

对于数据信号而言，其中无色域值，只需亮度值，且亮度只需两个数值，即最大值Lmax的光线全透过和最小值0光线全不透过；因此，对于驱动液晶24的数据线232上的电压只需保持最大工作电压和最大工作电压两个状态，而无需其他中间值的数据信号，从而使得数据信号的信息总量大大减少，如：最大工作电压和最大工作电压分别为0V和5V，原来8bit或10bit的数据信息，可能只需1bit就能完成。

另外，本发明实施例中的成像系统，只是用来帮助将产品的二维数据图像投射至可光聚合材料4上进行曝光固化，而其本身并非主要用来显示，所以无需调中可以无r视觉校正，结构得以简化。

如图5所示，作为优选，所述阵列电路23中的每个像素模块包括单个子像素231，即原有三个子像素231为整体化制成。

作为优选，所述阵列电路23中的每个像素模块的子像素231均为同一种子像素231。

其中，现有技术中，如图4所示，由于液晶显示屏2需要显示彩色图像，因此，液晶显示屏2上的每个像素模块均需要设置三个子像素231，即红绿蓝三个子像素231，以实现不同颜色，而本发明实施例中，如图5所示，由于本发明的液晶显示屏2显示的图像只需黑色图像和白色图像，去掉红绿蓝(R/G/B)彩膜，因此，三个子像素231已无必要，可将原来设置三个子像素231的位置整体由一个子像素231代替，结构简单，制作成本大大降低；

而且，如图5所示像素模块的像素结构，相对于图4像素模块的像素结构，每个像素模块中可减少两条数据线232，如此可以大大减少驱动像素模块的负载，降低功耗；另外，数据线232在液晶显示屏2上的减少，从而减少了对光线的阻挡，提升了光线的透过率，实际使用优势明显；而将每个像素模块的子像素231设置为同一种子像素231，便于批量化生产。

如图2所示，作为优选，所述可光聚合材料4为可光聚合树脂。

如图2所示，进一步地，所述成像系统还包括冷却装置6，所述冷却装置6靠近所述发光组件1设置。

如图2所示，作为优选，所述冷却装置6为风扇。

其中，冷却装置6的位置可灵活调整，便于对本发明进行冷却散热即可。

综合以上所述，由于本发明实施例的成像系统的成像原理，导致可以去掉原来的R/G/B三色信号，且信号值比较单一，数据线232数量显著减少、相应电路负载及电路功耗也显著降低，数据信号的电路及其它电路结构均可极大简化，大大降低成本。

另外，对可能有原R/G/B信号输入的原信号，可提起进行颜色转换处理，提取亮度值，重新进行数据处理后，对液晶显示屏2进行输入。将R/G/B信号转为YUV信号，其中Y为亮度信号，U、V为色度信号,将亮度信号和色度信号成功分离，便于图像处理。像素定位(Pixel relocate)，对液晶显示屏2重新进行数据分配，将原来的R/G/B数据合成一个只有亮度信息的数据。然后通过T/con将信号传入到液晶显示屏2显示。

如图6所示，本发明实施例提供一种3D打印装置的成像系统的成像方法，所述成像方法包括：

通过液晶显示屏2显示产品图像；

以所述液晶显示屏2上的图像为模板进行3D打印。

本发明实施例提供的成像方法，利用上述实施例中的成像系统，通过将产品的数据分别传送至液晶显示屏2，分别显示出各种图像，并通过发光照射将液晶显示屏2上显示的各种图像分别投射至可光聚合材料4上进行曝光固化，最终叠加形成整个所需要的产品，本发明中的成像系统结构简单、操作方便，成像方法简单易实现，且成本较低。

如图7所示，具体地，所述通过液晶显示屏2显示产品图像，具体包括：

将所述产品的三维数据模型文件转化为标准模板库STL文件的格式；

从所述STL文件切出设定厚度的多个片层，并将每个片层的二维数据传送至液晶显示屏2；

向液晶显示屏2施加最大工作电压或最小工作电压，驱动液晶显示屏2上的子像素231全透光或不透光，使每个片层的二维数据的图像分别在液晶显示屏2上以白色或黑色显示。

如图7所示，本发明实施例中，具体地，以所述液晶显示屏2上的图像为模板进行3D打印，具体包括：

通过发光组件1将液晶显示屏2上显示的每个片层的二维数据的图像依次投射至所述可光聚合材料4上，逐层进行曝光，形成固化层；

通过升降杆托板5将每个片层曝光形成的固化层依次向上提拉，使得所有固化层依次叠加，形成完整产品。

作为优选，所述最大工作电压为5V，所述最小工作电压为0V。

具体操作时：先将产品的三维CAD实体数据模型或曲面数据模型文件转换成STL文件格式、再用软件从STL文件切出设定厚度的一系列片层，然后将上述每一片层的信息形成二维数据图形传到计算机中，通过图像处理后(显示形状的区域为白色，非显示区域设为黑色)，液晶显示屏2上即可显示出黑白颜色的图像，即为每一片层的二维数据的图像；其中，从实现方式上，显示的图像只需黑色图像和白色图像，黑色图像区域为紫外光遮挡区域，可光聚合树脂不曝光；而白色图像为紫外光透过区域，紫外光可进行曝光；

然后，通过液晶显示屏2将每一片层的图像直投到储液槽3中的可光聚合材料4上进行曝光，可光聚合材料4曝光后固化形成一层固体结构，同时，利用升降杆托板5将每层完成的固体结构上提一定距离，如此依次将每一层做出来的固体结构进行叠加处理，直到完成整个部件；本发明中的成像系统结构简单、操作方便，驱动方式简单，成像方法简单易实现，且成本较低，。

本发明实施例提供一种3D打印装置，所述3D打印装置包括以上实施例中的成像系统。

本发明实施例提供的3D打印装置所包括的成像系统，通过将产品的数据分别传送至液晶显示屏2，分别显示出各种图像，并通过发光组件1将液晶显示屏2上显示的各种图像分别投射至可光聚合材料4上进行曝光固化，最终叠加形成整个所需要的产品，本发明中的成像系统结构简单、操作方便，成像方法简单易实现，且成本较低，从而使得整个3D打印装置结构简单、操作方便且成本较低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种3D打印装置的成像系统，其特征在于，所述成像系统包括液晶显示屏，所述液晶显示屏中的每个像素模块包括至少两个子像素，所述至少两个子像素为一体化制成，且从所述至少两个子像素通过的光为同一颜色。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述同一颜色的光为白光。

3.根据权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括透光的储液槽、可上下运动的升降杆托板与发光组件，所述储液槽、所述液晶显示屏、所述发光组件从上到下依次设置，所述储液槽中装有液态的可光聚合材料，所述升降杆托板设置在所述可光聚合材料中。

4.根据权利要求3所述的成像系统，其特征在于，所述可光聚合材料为可光聚合树脂。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的3D打印装置的成像系统的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括：

将产品的三维数据模型文件转化为标准模板库文件的格式；

从所述标准模板库文件切出设定厚度的多个片层，并将每个片层的二维数据传送至液晶显示屏；

向液晶显示屏施加最大工作电压或最小工作电压，驱动液晶显示屏上的子像素全透光或不透光，使每个片层的二维数据的图像分别在液晶显示屏上以白色或黑色显示；

以所述液晶显示屏上的图像为模板进行3D打印。

6.根据权利要求5所述的成像方法，其特征在于，所述以所述液晶显示屏上的图像为模板进行3D打印，具体包括：

通过发光组件将液晶显示屏上显示的每个片层的二维数据的图像依次投射至可光聚合材料上，逐层进行曝光，形成固化层；

通过升降杆托板将每个片层曝光形成的固化层依次向上提拉，使得所有固化层依次叠加，形成完整产品。

7.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述最大工作电压为5V，所述最小工作电压为0V。

8.一种3D打印装置，其特征在于，所述3D打印装置包括权利要求1-4任一项所述的成像系统。