CN107443731A - 基于紫外led微显示技术的光固化三维打印装置及其打印方法 - Google Patents
基于紫外led微显示技术的光固化三维打印装置及其打印方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107443731A CN107443731A CN201710892205.9A CN201710892205A CN107443731A CN 107443731 A CN107443731 A CN 107443731A CN 201710892205 A CN201710892205 A CN 201710892205A CN 107443731 A CN107443731 A CN 107443731A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ultraviolet
- light
- workbench
- printing
- led
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000007639 printing Methods 0.000 title claims abstract description 93
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 92
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 92
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 27
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 27
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 25
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 claims description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 2
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 claims 2
- 239000000047 product Substances 0.000 claims 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 3
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 208000007578 phototoxic dermatitis Diseases 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置及其打印方法，包括计算机系统、控制器、紫外LED微显示装置、料槽、成型台和升降装置。该装置将计算机系统直接得到的切片图像通过控制器传送到紫外MicroLED平板显示装置或投影显示装置中，使其在料槽的打印工作面上成像出相应的紫外图像，料槽中的光固化树脂在此紫外图像的照射下固化成型得到对应图像的薄层结构，薄层结构通过升降装置累加得到光固化三维打印制品。本发明通过采用紫外LED微显示装置来作为光固化光源，实现了光固化树脂的三维快速成型，有效地提高了分辨率和打印精度，降低了功耗，提高了生产率，具有一定的产业利用价值。
Description
技术领域
本发明涉及三维打印快速成型领域，尤其涉及一种基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置及其打印方法。
背景技术
三维打印作为快速成形技术的一种，在模具制造、工业设计等领域被广泛的用于制造模型，且现正逐渐用于一些产品的直接制造。三维打印技术越来越普及，对打印技术的要求也越来越高。
SLA光固化是最早实用化的快速成形技术，其采用的是点成型或线成型的方式，通过使用激光束按照一定的运动路径逐点扫描工作面的方式来固化光敏树脂，光敏树脂是从点开始固化然后到线再固化成一整面，或者从线开始固化然后再固化成一整面，一整面的薄层固态光敏树脂通过叠加的方式得到所需要的实体模型制件。其具有成型精度高、机械运动部件少的优势，但其存在成型面积较小、设备造价昂贵、打印速度慢等缺陷。
DLP成型与LCD成型都是面成型方式，LCD成型是用液晶屏在工作面上选择性显示紫外图像来对液态光敏树脂进行固化，而DLP成型则是直接通过投影紫外图像到工作面的方式来固化光敏树脂，固化出来的固态光敏树脂薄层通过叠加从而得到需要的实体模型制件。
中国专利“ZL201320332935.0”公开了一种基于DLP投影光固化三维打印机，其利用 DLP投影系统进行光固化，由于DLP投影受DMD分辨率的限制，且DLP投影的光学镜头存在光学畸变，导致固化效率低，精度差等缺陷。
紫外LED微显示技术：Micro LED技术，即LED微缩化和矩阵化技术。指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列，如LED显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮，可看成是户外LED显示屏的微缩版，将像素点距离从毫米级降低至微米级。具体是在底层CMOS集成电路制造工艺制成的LED显示驱动电路上利用MOCVD机制作LED阵列，从而实现了微型显示屏。紫外LED微显示技术使用的是微型紫外LED芯片，一般可以分为平板显示和投影显示。应用于光固化快速成型领域中时，紫外LED平板微显示三维打印是通过利用控制器控制LED显示驱动电路，让阵列中的某些特定紫外LED芯片发出紫外光，紫外光通过光学组件近距离地照射在平板表面上，形成特定的紫外图像。在特定的紫外图像照射下，光敏树脂中的光引发剂吸收特定波长的光子从基态变为激发态形成自由基或阳离子，继而引发聚合性预聚体和感光性单体交联聚合反应从而形成特定图像的光敏树脂固化薄层，薄层再通过叠加得到所需要打印的制件模型。紫外LED投影显示三维打印则是通过利用控制器控制LED显示驱动电路，让阵列中的某些特定紫外LED芯片发出紫外光，紫外光通过光学组件远距离地投影在工作平面上，形成特定的紫外图像。在特定的紫外图像照射下，光敏树脂中的光引发剂吸收特定波长的光子从基态变为激发态形成自由基或阳离子，继而引发聚合性预聚体和感光性单体交联聚合反应从而形成特定图像的光敏树脂固化薄层，薄层再通过叠加得到所需要打印的制件模型。
Micro LED是高度集成化的微型紫外LED芯片阵列，每一个微型紫外LED芯片为一个像素单元，可定址、单独驱动点亮。相比于市场上其他微显示技术，如LCD技术、OLED技术、硅基液晶技术和DLP技术，LED微显示技术这种自发光微显示技术亮度高、功耗低、体积小、解析度高与响应快，有巨大的市场潜力。
将紫外Micro LED应用于光固化快速成型领域也同样极具优势，紫外LED微显示技术使用的是微型紫外LED芯片，一般可以分为平板显示和投影显示。可通过紫外LED微显示器件主动发光成像的形式来完成光固化成型。相较传统的背光成型方式(LCD与DLP)，主动发光的紫外LED微显示器件由于没有液晶等器件的阻挡，衰减更少，辐射照度和功率密度更高，固化光敏速度更快，一定程度上提高了生产效率；由于每一个发光单元都能独立寻址独立控制，相较于传统背光的形式更好控制显示面的辐射照度均匀性；由于组成部件更少，结构更简单，有利于满足三维打印设备小型化市场需求。
发明内容
本发明的目的在于设计一种基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置及其打印方法，以解决上面现有技术中提到的，传统三维打印装置所存在的打印速度慢、精度低、功耗大、设备大等问题。
为实现本发明目的所采用的技术方案之一为：基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置，包括：计算机系统、控制器、紫外LED微显示装置、料槽、成型台和升降装置；所述计算机系统，对三维模型进行图像处理，将三维模型分割成一系列具有厚度的截面图形，并通过数据线将处理过的截面图形数据依次传输到控制器、紫外LED微显示装置；所述控制器，一方面对紫外LED微显示装置进行控制，另一方面控制升降装置；所述料槽，盛放光固化树脂，可通过进胶口与出胶口补充和回收光固化树脂；所述升降装置，使成型台进行升降运动；所述成型台，位于料槽内，台面浸入固化树脂中；所述紫外LED微显示装置为紫外Micro LED平板显示装置，紫外Micro LED平板显示装置包括微型紫外LED芯片阵列、显示驱动电路和盖板，微型紫外LED芯片阵列包括集成为平面阵列的多个微型紫外LED芯片，显示驱动电路用于选择性控制微型紫外LED芯片的点亮，盖板覆盖于微型紫外LED芯片阵列上；所述控制器在处理计算机系统得出的一系列截面图形数据后，通过显示驱动电路，选择性地驱动点亮需要点亮的微型紫外LED芯片，微型紫外LED芯片阵列发出的紫外光透过盖板照射在料槽中成像出相应的紫外图像；所述料槽的一个内壁形成为所述盖板；所述成型台的台面朝向盖板，成型台台面与盖板之间形成三维打印区域。
优选的，所述盖板形成为所述料槽的底面、顶面或侧面。
优选的，所述盖板为玻璃面板。
为实现本发明目的所采用的技术方案之二为：基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置的打印方法，在打印开始前，在料槽中注入光固化树脂。成型台移动到与盖板相距单位距离的位置；打印开始，控制器控制显示驱动电路选择性驱动点亮微型紫外LED芯片阵列，发出的紫外光图像透过盖板到达成型台与盖板之间的空间中，在此空间中的液态光固化树脂开始按照紫外线光图案的形状固化，最终形成一层与三维模型截面图形完全一样的固体层，同时这层固体将粘在成型台表面，没有照射到的地方仍为液体；完成一层固化后微型紫外LED芯片阵列停止显示，成型台通过升降装置朝远离盖板的方向再次移动单位距离，这时微型紫外LED芯片阵列开始显示下一帧紫外线光截面图形，在成型固体与盖板之间的液态胶便又会固化形成另一层单位厚度的固体，两层固体粘结成一体，就像这样一层一层的固化下去，将成型成一定结构的固体黏在成型台表面，最后将成型固体从成型台下取出，完成整个三维打印过程；若料槽中光固化树脂不足时，可从入胶口中注入光固化树脂，在打印结束时，则可通过出胶口回收光固化树脂。
为实现本发明目的所采用的技术方案之三为：基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置，包括：计算机系统、控制器、紫外LED微显示装置、料槽、成型台和升降装置；所述计算机系统，对三维模型进行图像处理，将三维模型分割成一系列具有厚度的截面图形，并通过数据线将处理过的截面图形数据依次传输到控制器、紫外LED微显示装置；所述控制器，一方面对紫外LED微显示装置进行控制，另一方面控制升降装置；所述料槽，盛放光固化树脂，可通过进胶口与出胶口补充和回收光固化树脂；所述升降装置，使成型台进行升降运动；所述成型台，位于料槽内，浸入固化树脂中；所述紫外LED微显示装置为紫外MicroLED投影显示装置，紫外Micro LED投影显示装置包括微型紫外LED芯片阵列、显示驱动电路和光学透镜组，微型紫外LED芯片阵列上集成有多个微型紫外LED芯片，显示驱动电路用于选择性控制微型紫外LED芯片的点亮，微型紫外LED芯片阵列发出的紫外光图像经过光学透镜组的调制后会聚成像或发散成像在料槽的光固化树脂中，从而实现紫外图像的显像；所述控制器在处理计算机系统得出的一系列截面图形数据后，通过显示驱动电路，选择性地驱动点亮需要点亮的微型紫外LED芯片，微型紫外LED芯片阵列发出的紫外光经过光学透镜组的调制后照射在料槽中成像出相应的紫外图像；所述成型台的台面朝向光学透镜组方向，成型台台面与光学透镜组之间的光固化树脂区形成三维打印区域。
优选的，所述光学透镜组位于料槽的上方、下方或侧方；当位于下方和侧方时，光学透镜组所朝向的料槽的壁面为透明壁面。
优选的，所述紫外Micro LED投影显示装置通过多个光学透镜组的任意拼接得到更大尺寸的紫外图像或得到更高精度的小尺寸紫外图像，从而得到大尺寸光固化三维打印制件和高精度小尺寸三维打印制件。
为实现本发明目的所采用的技术方案之四为：基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置的打印方法，在打印开始前，在料槽中注入光固化树脂。成型台朝光学透镜组移动到与光固化树脂边界面相距单位距离的位置；打印开始，控制器控制显示驱动电路选择性驱动点亮微型紫外LED芯片阵列，发出的紫外光图像照射到成型台与光固化树脂边界面之间的空间中，在此空间中的液态光固化树脂开始按照紫外线光图案的形状固化，最终形成一层与三维模型截面图形完全一样的固体层，同时这层固体将粘在成型台表面，没有照射到的地方仍为液体；完成一层固化后微型紫外LED芯片阵列停止显示，成型台通过升降装置朝远离光学透镜组的方向再次移动单位距离，这时微型紫外LED芯片阵列开始显示下一帧紫外线光截面图形，在成型固体与光固化树脂边界面之间的液态胶便又会固化形成另一层单位厚度的固体，两层固体粘结成一体，就像这样一层一层的固化下去，将成型成一定结构的固体黏在成型台表面，最后将成型固体从成型台下取出，完成整个三维打印过程；若料槽中光固化树脂不足时，可从入胶口中注入光固化树脂，在打印结束时，则可通过出胶口回收光固化树脂。
本发明的工作原理：紫外LED平板微显示三维打印是通过利用控制器控制LED显示驱动电路，让阵列中的某些特定紫外LED芯片发出紫外光，紫外光通过光学组件近距离地照射在平板表面上，形成特定的紫外图像。在特定的紫外图像照射下，光敏树脂中的光引发剂吸收特定波长的光子从基态变为激发态形成自由基或阳离子，继而引发聚合性预聚体和感光性单体交联聚合反应从而形成特定图像的光敏树脂固化薄层，薄层再通过叠加得到所需要打印的制件模型。紫外LED投影显示三维打印则是通过利用控制器控制LED显示驱动电路，让阵列中的某些特定紫外LED芯片发出紫外光，紫外光通过光学组件远距离地投影在工作平面上，形成特定的紫外图像。在特定的紫外图像照射下，光敏树脂中的光引发剂吸收特定波长的光子从基态变为激发态形成自由基或阳离子，继而引发聚合性预聚体和感光性单体交联聚合反应从而形成特定图像的光敏树脂固化薄层，薄层再通过叠加得到所需要打印的制件模型。
本发明的有益效果：本发明提供的基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印机，采用紫外LED微显示来进行光固化，相比于SLA型光固化，能在保证高精度、少部件的同时保证生产效率和成型面积；相比于LCD三维光固化，能在保证大尺寸显示的情况下，轻松显示更高精度的紫外图像；相比于DLP三维光固化，自发光的紫外Micro LED能够比背光源和DMD芯片组合得到更高亮度的紫外图像，一定程度上降低了功耗，提高了生产效率，且大大降低了光路复杂度，同时结构更为简单，有利于满足三维打印设备小型化市场需求。
附图说明
图1是本发明实施例1一上升式紫外Micro LED平板显示光固化三维打印装置的结构示意图；
图中：计算机系统1；控制器2；显示驱动电路3；微型紫外LED芯片阵列4；盖板5；料槽6；光固化树脂7；成型台8；升降装置9；制品10
图2是本发明实施例2一下沉式紫外Micro LED平板显示光固化三维打印装置的结构示意图；
图中：计算机系统1；控制器2；显示驱动电路3；微型紫外LED芯片阵列4；盖板5；料槽6；光固化树脂7；成型台8；升降装置9；制品10
图3是本发明实施例3一上升式紫外Micro LED投影显示光固化三维打印装置的结构示意图；
图中：计算机系统1a；控制器2a；紫外Micro LED投影显示装置3a；料槽4a；光固化树脂5a；成型台6a；升降装置7a；制品8a
图4是本发明实施例4一下沉式紫外Micro LED投影显示光固化三维打印装置的结构示意图；
图中：计算机系统1a；控制器2a；紫外Micro LED投影显示装置3a；料槽4a；光固化树脂5a；成型台6a；升降装置7a；制品8a；刮板9a
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1一上升式紫外Micro LED平板显示光固化三维打印装置
参照图1，本实施例提供的基于紫外LED微显示技术的三维打印装置，包括：计算机系统1、控制器2、紫外LED微显示装置、料槽6、成型台8和升降装置9；
其中，计算机系统1，对三维模型进行图像处理，将三维模型分割成一系列具有厚度的截面图形。然后通过数据线将处理过的数据依次传输到控制器2、显示驱动电路3、微型紫外LED芯片阵列4中。
在实施例中主要采用显示驱动电路3、微型紫外LED芯片阵列4、盖板5来作为紫外Micro LED平板显示装置来实现紫外图形的显示。
控制器2在处理计算机系统1得出的一帧帧图像数据后，通过显示驱动电路3，选择性的驱动点亮每个需要点亮的像素单元即每个微型紫外LED芯片，LED芯片阵列发出的紫外光透过盖板5(玻璃或其他材质)在料槽6中的打印工作面上成像出相应的紫外图像。
料槽6位于盖板5的上方，用于盛放各种光固化树脂7，料槽6中设有进胶口与出胶口，在料槽光固化树脂不足时能从进胶口中及时补充光固化树脂，在打印结束时也可以通过出胶口回收光固化树脂。成型台8利用升降装置9能够在料槽6上方作垂直运动。盖板5表面与成型台8之间为三维打印机的成型工作区。
在打印开始之前，在料槽6中注入光固化树脂7。成型台8下降到与盖板5顶部相距单位高度的位置。
打印开始，控制器2控制显示驱动电路3选择性驱动点亮紫外LED芯片阵列4，发出的紫外光图像透过盖板5到达成型台8下方的空间中，在此空间中的液态光固化树脂开始按照紫外线光图案的形状固化，最终形成一层与三维模型截面图案完全一样的固体，同时这层固体将粘在成型台8底面，没有照射到的地方仍为液体。
完成一层固化后紫外Micro LED平板显示装置(显示驱动电路3、微型紫外LED芯片阵列4、盖板5)停止显示，成型台8通过升降装置9升高单位高度，这时紫外Micro LED平板显示组件开始显示下一帧紫外线光截面图案，在成型固体下方的液态胶便又会固化一层单位厚度的固体，两层固体粘结成一体，就像这样一层一层的固化下去，将成型成一定结构的固体黏在成型台8下方，最后只要将成型固体从成型台8下取出，便完成了整个三维打印过程。其中若料槽6中光固化树脂7不足时，可从入胶口中注入光固化树脂7，在打印结束时，则可通过出胶口回收光固化树脂。
实施例2—下沉式紫外Micro LED平板显示光固化三维打印装置
参照图2，区别于实施例1，本实施例中紫外Micro LED显示组件位于整个装置的上方，所述料槽6与成型台8位于整个装置的下方。成型台8利用升降装置9能够在料槽中作垂直运动。盖板5底面与成型台8之间为三维打印机的成型工作区。
在打印开始之前，在料槽6中注满光固化树脂7。成型台8下降到与盖板5底面相距单位高度的位置。
打印开始，控制器2控制显示驱动电路3选择性驱动点亮紫外LED芯片阵列4，发出的紫外光图像透过盖板5到达成型台8上方的空间中，在此空间中的液态光固化树脂开始按照紫外线光图案的形状固化，最终形成一层与三维模型截面图案完全一样的固体，同时这层固体将粘在成型台8顶面，没有照射到的地方仍为液体。
完成一层固化后紫外Micro LED平板显示装置(显示驱动电路3、微型紫外LED芯片阵列4、盖板5)停止显示，成型台8通过升降装置9下降单位高度，这时紫外Micro LED平板显示组件开始显示下一帧紫外线光截面图案，在成型固体上方的液态胶便又会固化一层单位厚度的固体，两层固体粘结成一体，就像这样一层一层的固化下去，将成型成一定结构的固体黏在成型台8上方，最后只要将成型固体从成型台8下取出，便完成了整个三维打印过程。其中若料槽6中光固化树脂7不足时，可从入胶口中注入光固化树脂7，在打印结束时，则可通过出胶口回收光固化树脂。
实施例3一上升式紫外Micro LED投影显示光固化三维打印装置
参照图3，区别于实施例1，本实施例中采用紫外Micro LED投影显示装置作为紫外Micro LED投影显示装置来实现紫外图像的显示。紫外Micro LED投影显示装置主要由显示驱动电路、微型LED阵列芯片和光学透镜组构成。由所述计算机系统1a得到的紫外图像组经过控制器2a的处理进入紫外Micro LED投影显示装置3a中的显示驱动电路中，微型LED阵列芯片上高度集成的一个个微型LED芯片被选择性的驱动点亮，芯片发出的紫外光图像经过光学透镜组的调制最终会聚在料槽4a光固化树脂5a中的成型工作面上，从而实现紫外图像的显示。
与实施例1相似，成型台6a利用升降装置7a能够在料槽4a上方作垂直运动。料槽4a底部与成型台6a之间为三维打印机的成型工作区。
在打印开始之前，在料槽4a中注入光固化树脂5a。成型台6a下降到与料槽4a底部相距单位高度的位置。
打印开始，控制器2a控制紫外Micro LED投影显示装置3a投影紫外光图像透过料槽 4a到达成型台6a下方的空间中，在此空间中的液态光固化树脂开始按照紫外线光图案的形状固化，最终形成一层与三维模型截面图案完全一样的固体，同时这层固体将粘在成型台 6a底面，没有照射到的地方仍为液体。
完成一层固化后紫外Micro LED投影显示装置3a停止投影，成型台6a通过升降装置 7a升高单位高度，这时紫外Micro LED投影显示装置3a开始投影下一帧紫外线光截面图案，在成型固体下方的液态胶便又会固化一层单位厚度的固体，两层固体粘结成一体，就像这样一层一层的固化下去，将成型成一定结构的固体黏在成型台6a下方，最后只要将成型固体从成型台6a下取出，便完成了整个三维打印过程。其中若料槽4a中光固化树脂5a不足时，可从入胶口中注入光固化树脂5a，在打印结束时，则可通过出胶口回收光固化树脂。
实施例4一下沉式紫外Micro LED投影显示光固化三维打印装置
参照图4，本实施例区别于实施例2，与实施例3同样采用紫外Micro LED投影显示装置作为紫外Micro LED投影显示装置来实现紫外图像的显示。
与实施例2相似，成型台6a利用升降装置7a能够在料槽4a上方作垂直运动。光固化树脂5a液面与成型台6a之间为三维打印机的成型工作区。
所述刮板9a用于将不平的光固化树脂液面刮平。
在打印开始之前，在料槽4a中注入光固化树脂5a。成型台6a上升到与光固化树脂5a 下液面相距单位高度的位置。
打印开始，控制器2a控制紫外Micro LED投影显示装置3a投影紫外光图像到达成型台6a上方的空间中，在此空间中的液态光固化树脂开始按照紫外线光图案的形状固化，最终形成一层与三维模型截面图案完全一样的固体，同时这层固体将粘在成型台6a表面，没有照射到的地方仍为液体。
完成一层固化后紫外Micro LED投影显示装置3a停止投影，成型台6a通过升降装置 7a下降单位高度，同时刮板9a将光固化树脂5a液面刮平，或者不使用刮板9a，等树脂自行恢复平整液面，这时紫外Micro LED投影显示装置3a开始投影下一帧紫外线光截面图案，在成型固体上方的液态胶便又会固化一层单位厚度的固体，两层固体粘结成一体，就像这样一层一层的固化下去，将成型成一定结构的固体黏在成型台6a上方，最后只要将成型固体从成型台6a下取出，便完成了整个三维打印过程。其中若料槽4a中光固化树脂5a不足时，可从入胶口中注入光固化树脂5a，在打印结束时，则可通过出胶口回收光固化树脂。
实施例1和2采用紫外Micro LED平板显示的方式来实现光固化三维打印，实施例3和实施例4采用紫外Micro LED投影显示的方式来实现光固化三维打印。用平板显示的方式比投影显示更节约空间，容易实现设备小型化，但成本略高；用投影显示的方式能够通过投影单元任意拼接实现大尺寸显示，或高精度小尺寸显示。
综上所述，本发明通过采用紫外LED微显示装置来作为光固化光源，实现了光固化树脂的三维快速成型，有效地提高了分辨率和打印精度，降低了功耗，提高了生产率，具有一定的产业利用价值。本发明提供的基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印机，采用紫外LED微显示来进行光固化，自发光的紫外Micro LED能够比背光源和DMD芯片组合得到更高亮度的紫外图像，一定程度上降低了功耗，提高了生产效率，且大大降低了光路复杂度，同时结构更为简单，有利于满足三维打印设备小型化市场需求。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (8)
1.基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置，其特征在于，包括：计算机系统、控制器、紫外LED微显示装置、料槽、成型台和升降装置；
所述计算机系统，对三维模型进行图像处理，将三维模型分割成一系列具有厚度的截面图形，并通过数据线将处理过的截面图形数据依次传输到控制器、紫外LED微显示装置；
所述控制器，一方面对紫外LED微显示装置进行控制，另一方面控制升降装置；
所述料槽，盛放光固化树脂，可通过进胶口与出胶口补充和回收光固化树脂；
所述升降装置，使成型台进行升降运动；
所述成型台，位于料槽内，台面浸入固化树脂中；
所述紫外LED微显示装置为紫外Micro LED平板显示装置，紫外Micro LED平板显示装置包括微型紫外LED芯片阵列、显示驱动电路和盖板，微型紫外LED芯片阵列包括集成为平面阵列的多个微型紫外LED芯片，显示驱动电路用于选择性控制微型紫外LED芯片的点亮，盖板覆盖于微型紫外LED芯片阵列上；
所述控制器在处理计算机系统得出的一系列截面图形数据后，通过显示驱动电路，选择性地驱动点亮需要点亮的微型紫外LED芯片，微型紫外LED芯片阵列发出的紫外光透过盖板照射在料槽中成像出相应的紫外图像；
所述料槽的一个内壁形成为所述盖板；
所述成型台的台面朝向盖板，成型台台面与盖板之间形成三维打印区域。
2.根据权利要求1所述的基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置，其特征在于，所述盖板形成为所述料槽的底面、顶面或侧面。
3.根据权利要求1所述的基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置，其特征在于，所述盖板为玻璃面板。
4.根据权利要求1所述基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置的打印方法，其特征在于，在打印开始前，在料槽中注入光固化树脂。成型台移动到与盖板相距单位距离的位置；打印开始，控制器控制显示驱动电路选择性驱动点亮微型紫外LED芯片阵列，发出的紫外光图像透过盖板到达成型台与盖板之间的空间中，在此空间中的液态光固化树脂开始按照紫外线光图案的形状固化，最终形成一层与三维模型截面图形完全一样的固体层，同时这层固体将粘在成型台表面，没有照射到的地方仍为液体；
完成一层固化后微型紫外LED芯片阵列停止显示，成型台通过升降装置朝远离盖板的方向再次移动单位距离，这时微型紫外LED芯片阵列开始显示下一帧紫外线光截面图形，在成型固体与盖板之间的液态胶便又会固化形成另一层单位厚度的固体，两层固体粘结成一体，就像这样一层一层的固化下去，将成型成一定结构的固体黏在成型台表面，最后将成型固体从成型台下取出，完成整个三维打印过程；若料槽中光固化树脂不足时，可从入胶口中注入光固化树脂，在打印结束时，则可通过出胶口回收光固化树脂。
5.基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置，其特征在于，包括：计算机系统、控制器、紫外LED微显示装置、料槽、成型台和升降装置；
所述计算机系统，对三维模型进行图像处理，将三维模型分割成一系列具有厚度的截面图形，并通过数据线将处理过的截面图形数据依次传输到控制器、紫外LED微显示装置；
所述控制器，一方面对紫外LED微显示装置进行控制，另一方面控制升降装置；
所述料槽，盛放光固化树脂，可通过进胶口与出胶口补充和回收光固化树脂；
所述升降装置，使成型台进行升降运动；
所述成型台，位于料槽内，浸入固化树脂中；
所述紫外LED微显示装置为紫外Micro LED投影显示装置，紫外Micro LED投影显示装置包括微型紫外LED芯片阵列、显示驱动电路和光学透镜组，微型紫外LED芯片阵列上集成有多个微型紫外LED芯片，显示驱动电路用于选择性控制微型紫外LED芯片的点亮，微型紫外LED芯片阵列发出的紫外光图像经过光学透镜组的调制后会聚成像或发散成像在料槽的光固化树脂中，从而实现紫外图像的显像；
所述控制器在处理计算机系统得出的一系列截面图形数据后，通过显示驱动电路，选择性地驱动点亮需要点亮的微型紫外LED芯片，微型紫外LED芯片阵列发出的紫外光经过光学透镜组的调制后照射在料槽中成像出相应的紫外图像；
所述成型台的台面朝向光学透镜组方向，成型台台面与光学透镜组之间的光固化树脂区形成三维打印区域。
6.根据权利要求5所述的基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置，其特征在于，所述光学透镜组位于料槽的上方、下方或侧方；当位于下方和侧方时，光学透镜组所朝向的料槽的壁面为透明壁面。
7.根据权利要求5所述的基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置，其特征在于，所述紫外Micro LED投影显示装置通过多个光学透镜组的任意拼接得到更大尺寸的紫外图像或得到更高精度的小尺寸紫外图像，从而得到大尺寸光固化三维打印制件和高精度小尺寸三维打印制件。
8.根据权利要求5所述基于紫外LED微显示技术的光固化三维打印装置的打印方法，其特征在于，在打印开始前，在料槽中注入光固化树脂。成型台朝光学透镜组移动到与光固化树脂边界面相距单位距离的位置；打印开始，控制器控制显示驱动电路选择性驱动点亮微型紫外LED芯片阵列，发出的紫外光图像照射到成型台与光固化树脂边界面之间的空间中，在此空间中的液态光固化树脂开始按照紫外线光图案的形状固化，最终形成一层与三维模型截面图形完全一样的固体层，同时这层固体将粘在成型台表面，没有照射到的地方仍为液体；
完成一层固化后微型紫外LED芯片阵列停止显示，成型台通过升降装置朝远离光学透镜组的方向再次移动单位距离，这时微型紫外LED芯片阵列开始显示下一帧紫外线光截面图形，在成型固体与光固化树脂边界面之间的液态胶便又会固化形成另一层单位厚度的固体，两层固体粘结成一体，就像这样一层一层的固化下去，将成型成一定结构的固体黏在成型台表面，最后将成型固体从成型台下取出，完成整个三维打印过程；若料槽中光固化树脂不足时，可从入胶口中注入光固化树脂，在打印结束时，则可通过出胶口回收光固化树脂。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2017100494024 | 2017-01-23 | ||
| CN201710049402 | 2017-01-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107443731A true CN107443731A (zh) | 2017-12-08 |
Family
ID=60497480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710892205.9A Pending CN107443731A (zh) | 2017-01-23 | 2017-09-27 | 基于紫外led微显示技术的光固化三维打印装置及其打印方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107443731A (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108649092A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-10-12 | 华侨大学 | 一种集成分形环的聚光太阳能电池 |
| CN108656531A (zh) * | 2018-07-30 | 2018-10-16 | 中南大学 | 一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备 |
| CN109600910A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-04-09 | 惠州市华星光电技术有限公司 | 一种反光电路板及其制作方法 |
| CN111511530A (zh) * | 2017-12-22 | 2020-08-07 | 留金莱株式会社 | 三维打印机及打印系统 |
| CN112108651A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-22 | 江苏海洋大学 | 一种紫外光选区照射固化金属的3d成型设备 |
| WO2020253635A1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-12-24 | Luxcreo (Beijing) Inc. | Systems and methods for three-dimensional printing |
| CN113619112A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-09 | 北京京东方技术开发有限公司 | 光固化3d打印装置和光固化3d打印方法 |
| CN114083890A (zh) * | 2020-08-24 | 2022-02-25 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种印制电路、移印设备及移印方法 |
| US11433610B1 (en) | 2019-02-19 | 2022-09-06 | X Development Llc | 3D printing using microLED array coupled with voice coil |
| WO2023061022A1 (zh) * | 2021-10-14 | 2023-04-20 | 深圳市纵维立方科技有限公司 | 一种光机组件、光源装置及光固化打印机 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101554778A (zh) * | 2008-04-11 | 2009-10-14 | 西安科技大学 | 面整体光固化快速成型方法及装置 |
| CN103707510A (zh) * | 2013-12-29 | 2014-04-09 | 北京工业大学 | 一种大幅面led点阵屏面曝光快速成型方法 |
| CN104760291A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种3d打印装置和方法 |
| CN104924616A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-23 | 深圳市深思客科技有限公司 | 一种3d打印设备及3d打印方法 |
| JP2015221576A (ja) * | 1999-03-01 | 2015-12-10 | ストラタシス・リミテッド | 三次元的印刷方法 |
| CN105216330A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-01-06 | 上海联泰科技有限公司 | 基于投影式的3d打印方法以及3d打印装置 |
| KR20160130592A (ko) * | 2015-05-04 | 2016-11-14 | 주식회사 쓰리디박스 | 3d 프린터 및 3d 프린터의 입체 형상 조형 방법 |
-
2017
- 2017-09-27 CN CN201710892205.9A patent/CN107443731A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015221576A (ja) * | 1999-03-01 | 2015-12-10 | ストラタシス・リミテッド | 三次元的印刷方法 |
| CN101554778A (zh) * | 2008-04-11 | 2009-10-14 | 西安科技大学 | 面整体光固化快速成型方法及装置 |
| CN103707510A (zh) * | 2013-12-29 | 2014-04-09 | 北京工业大学 | 一种大幅面led点阵屏面曝光快速成型方法 |
| CN104760291A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种3d打印装置和方法 |
| KR20160130592A (ko) * | 2015-05-04 | 2016-11-14 | 주식회사 쓰리디박스 | 3d 프린터 및 3d 프린터의 입체 형상 조형 방법 |
| CN104924616A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-23 | 深圳市深思客科技有限公司 | 一种3d打印设备及3d打印方法 |
| CN105216330A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-01-06 | 上海联泰科技有限公司 | 基于投影式的3d打印方法以及3d打印装置 |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111511530A (zh) * | 2017-12-22 | 2020-08-07 | 留金莱株式会社 | 三维打印机及打印系统 |
| CN108649092A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-10-12 | 华侨大学 | 一种集成分形环的聚光太阳能电池 |
| CN108656531A (zh) * | 2018-07-30 | 2018-10-16 | 中南大学 | 一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备 |
| CN109600910A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-04-09 | 惠州市华星光电技术有限公司 | 一种反光电路板及其制作方法 |
| US11433610B1 (en) | 2019-02-19 | 2022-09-06 | X Development Llc | 3D printing using microLED array coupled with voice coil |
| JP7273200B2 (ja) | 2019-06-17 | 2023-05-12 | ラクスクレオ・（ベイジン）・インコーポレイテッド | 三次元印刷システム及び方法 |
| WO2020253635A1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-12-24 | Luxcreo (Beijing) Inc. | Systems and methods for three-dimensional printing |
| CN113924203B (zh) * | 2019-06-17 | 2023-09-19 | 清锋（北京）科技有限公司 | 三维打印的系统和方法 |
| CN113924203A (zh) * | 2019-06-17 | 2022-01-11 | 清锋（北京）科技有限公司 | 三维打印的系统和方法 |
| TWI767268B (zh) * | 2019-06-17 | 2022-06-11 | 大陸商清鋒（北京）科技有限公司 | 用於三維列印之系統和方法 |
| JP2022537184A (ja) * | 2019-06-17 | 2022-08-24 | ラクスクレオ・（ベイジン）・インコーポレイテッド | 三次元印刷システム及び方法 |
| CN114083890A (zh) * | 2020-08-24 | 2022-02-25 | 北京梦之墨科技有限公司 | 一种印制电路、移印设备及移印方法 |
| CN112108651A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-22 | 江苏海洋大学 | 一种紫外光选区照射固化金属的3d成型设备 |
| CN113619112A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-09 | 北京京东方技术开发有限公司 | 光固化3d打印装置和光固化3d打印方法 |
| CN113619112B (zh) * | 2021-08-25 | 2024-01-16 | 北京京东方技术开发有限公司 | 光固化3d打印装置和光固化3d打印方法 |
| WO2023061022A1 (zh) * | 2021-10-14 | 2023-04-20 | 深圳市纵维立方科技有限公司 | 一种光机组件、光源装置及光固化打印机 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107443731A (zh) | 基于紫外led微显示技术的光固化三维打印装置及其打印方法 | |
| CN108312518B (zh) | 一种内部立体直接光固化成型3d打印设备及其控制方法 | |
| CN103707510B (zh) | 一种大幅面led点阵屏面曝光快速成型方法 | |
| CN106799835A (zh) | 一种基于点阵式显示屏的光固化3d打印机 | |
| CN1443636B (zh) | 光学立体造型方法及装置 | |
| JP4228845B2 (ja) | マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ、光学膜、プロジェクション用スクリーンおよびプロジェクタシステム | |
| KR20100080298A (ko) | 고속 적층식 광조형 장치 | |
| CN104608386A (zh) | Lcd屏幕选择性光固化3d打印机 | |
| CN204451225U (zh) | Lcd屏幕选择性光固化3d打印机 | |
| CN103203875A (zh) | 一种平面光固化快速成型装置及方法 | |
| CN111002582A (zh) | 3d打印设备及其控制方法 | |
| CN206913680U (zh) | 一种基于点阵式显示屏的光固化3d打印机 | |
| CN105538726A (zh) | 一种基于薄膜基底的三维成型装置及方法 | |
| KR102180817B1 (ko) | 3차원 프린터 및 프린팅 시스템 | |
| KR101990431B1 (ko) | 마이크로 led를 이용한 3d프린터 | |
| CN105619819B (zh) | 一种三维成型装置及方法 | |
| CN215849653U (zh) | 一种用于光固化三维成型的光学系统 | |
| CN110303681A (zh) | 一种真空紫外光固化3d打印系统 | |
| CN109203468A (zh) | 一种快速光固化3d打印装置 | |
| CN207916057U (zh) | 一种内部立体直接光固化成型3d打印设备 | |
| CN206011731U (zh) | 一种高精度高速度连续3d打印机 | |
| CN212603426U (zh) | 基于lcd液晶显示屏的投影装置及打印机 | |
| CN204977467U (zh) | 一种立体打印机和用于微重力环境的立体打印机 | |
| CN108454101A (zh) | 立体打印装置 | |
| TWM591914U (zh) | 高速光固化三維列印系統 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171208 |