CN108170007B - 高精度3d打印装置及打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高精度3D打印装置及打印方法，包括固定平台及设于所述固定平台上端的镜头固定柱和打印机构，所述镜头固定柱设有与所述打印机构位置相对应的光刻镜头，所述打印机构与所述固定平台之间设有XY轴运动平台，所述XY轴运动平台包括X轴运动机构及Y轴运动机构。打印过程中，XY轴运动平台在单层曝光时间内，完成一个闭合运动轨迹的运动，并回到原点，既可以有效的修复由于DMD芯片造成的弧形打印样品表面由于XY平面上的锯齿问题造成的表面粗糙问题，又可以解决XY平面内部由于DMD未完全填充造成的结晶度分布不均而导致的打印样品内部不均匀的问题。

Description

高精度3D打印装置及打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种高精度3D打印装置及打印方法。
背景技术
目前基于面投影微立体光刻（DLP）3D打印技术中，通常都采用DMD微镜片矩阵的方式来提供曝光的图像。DMD芯片集成大量的微镜片，通过控制微镜片的偏转角度实现单像素点的开关，通过开启与关闭的时间实现灰阶。但是，由于微镜片是正方形的，这就导致在有弧度的XY平面的二维图形边缘存在锯齿现象。这造成了最终打印样品表面粗糙度较大，难以直接应用于高精度要求的样品打印。另外，由于各个微镜片中存在一定的间隙，这就导致在一整个曝光区域中，光的填充是不完全的，存在着无数的小间隙。造成对打印区域曝光强度分布均一性要求很高的情况下（比如光学元器件），内部存在不均匀的问题，影响最终样品的性能。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种高精度3D打印装置及打印方法。
本发明提供了一种高精度3D打印装置，包括固定平台及设于所述固定平台上端的镜头固定柱和打印机构，所述镜头固定柱设有与所述打印机构位置相对应的光刻镜头，所述打印机构与所述固定平台之间设有XY轴运动平台，所述XY轴运动平台包括X轴运动机构及Y轴运动机构。
作为本发明的进一步改进，所述X轴运动机构及Y轴运动机构均为直线运动机构。
作为本发明的进一步改进，所述打印机构包括连接板及设于所述连接板上的打印平台、打印平台升降机构和液槽，所述打印平台置于所述液槽内，所述连接板与所述XY轴运动平台连接。
作为本发明的进一步改进，所述打印平台升降机构设于所述液槽一侧，且固定在所述连接板上。
本发明还提供了一种基上述高精度3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：
S1：初始化设备；
S2：打印平台升降机构带动打印平台置于液槽内；
S3：光刻镜头单层曝光打印，与此同时XY轴运动平台按照顺时针或逆时针方向运动一个闭合轨迹；
S4：打印平台升降机构带动打印平台下降一个层厚距离；
S5：重复步骤S3及S4，直至产品打印完成。
本发明的有益效果是：打印过程中，XY轴运动平台在单层曝光时间内，完成一个闭合运动轨迹的运动，并回到原点，既可以有效的修复由于DMD芯片造成的弧形打印样品表面由于XY平面上的锯齿问题造成的表面粗糙问题，又可以解决XY平面内部由于DMD未完全填充造成的结晶度分布不均而导致的打印样品内部不均匀的问题。
附图说明
图1是本发明高精度3D打印装置的结构示意图；
图2是本发明打印方法的流程图。
附图标记：1-固定平台；2-镜头固定柱；21-光刻镜头；3-XY轴运动平台；41-连接板；42-打印平台升降机构；43-液槽；44-打印平台。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种高精度3D打印装置，包括固定平台1、镜头固定柱2及打印机构，所述镜头固定柱2及打印机构均安装在所述固定平台1上端，所述镜头固定柱2设于所述打印机构一侧，所述镜头固定柱2设有与所述打印机构上端位置相对应的光刻镜头21，所述打印机构与所述固定平台1之间设有XY轴运动平台3，所述XY轴运动平台3包括X轴运动机构及Y轴运动机构，使其XY轴运动平台3能够沿顺时针或逆时针方向运动一个闭合轨迹，这样可以在单层曝光打印时，打印机构通过XY轴运动平台3运动一个闭合轨迹后，未填充区域被光填充，均匀化XY平面内的光照程度，从而使各个区域结晶度区域相近，解决色散的问题；同时，单点像素经过平移，也使得锯齿模糊化，可以得到一个均匀的弧面。经过XY轴运动平台3的移动，像素点的边缘就模糊化，越是边缘，光强的叠加度越低，当光强低至一定程度时，树脂无法发生光固化反应，因此单个像素点的边缘由直角柔化为一个圆弧，放大的宏观的由许多像素点组合而成的弧面的锯齿也得到柔化，从而极大的降低了表面粗糙度。
所述X轴运动机构及Y轴运动机构均为直线运动机构，方便XY轴运动平台3的X轴方向及Y轴方向上的运动，从而实现一个闭合轨迹。
所述打印机构包括连接板41及设于所述连接板41上的打印平台44、打印平台升降机构42和液槽43，所述打印平台44置于所述液槽43内，所述连接板41与所述XY轴运动平台3连接，所述液槽43内盛有树脂材料。
所述打印平台升降机构42设于所述液槽43一侧，且固定在所述连接板41上，用于支撑打印平台44并控制打印平台44的升降，所述打印平台升降机构42为丝杆机构。
该高精度3D打印装置还包括控制器，用于控制XY轴运动平台运动及控制打印平台44升降机构42的升降及光刻镜头21的曝光。
本发明还提供了一种基于上述高精度3D打印装置的打印方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：初始化设备；
S2：打印平台44升降机构42带动打印平台44置于液槽43内；
S3：开始对打印平台44上的树脂材料通过光刻镜头21进行单层曝光打印，与此同时XY轴运动平台3按照顺时针或逆时针方向在单层曝光时间内运动一个闭合轨迹；
S4：打印平台44升降机构42带动打印平台44下降一个层厚距离；
S5：重复步骤S3及S4，进行下一层的曝光打印，直至产品打印完成。
本发明可以有效的改善打印样品表面由于XY平面内DMD像素方块造成的锯齿现象，进而降低样品表面粗糙度并且还可以有效的解决打印样品内部由于XY平面内DMD未完全填充造成的样品内部固化程度不均匀问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高精度3D打印装置，采用DMD芯片，其特征在于：包括固定平台及设于所述固定平台上端的镜头固定柱和打印机构，所述镜头固定柱设有与所述打印机构位置相对应的光刻镜头，所述打印机构与所述固定平台之间设有XY轴运动平台，所述XY轴运动平台包括X轴运动机构及Y轴运动机构；
打印过程中，XY轴运动平台在单层曝光时间内，完成一个闭合运动轨迹的运动，并回到原点；
这样在单层曝光打印时，打印机构通过XY轴运动平台运动一个闭合轨迹后，未填充区域被光填充，均匀化XY平面内的光照程度，从而使各个区域结晶度区域相近，解决色散的问题；同时，单点像素经过平移，也使得锯齿模糊化，得到一个均匀的弧面；经过XY轴运动平台的移动，像素点的边缘就模糊化，越是边缘，光强的叠加度越低，当光强低至一定程度时，树脂无法发生光固化反应，因此单个像素点的边缘由直角柔化为一个圆弧，放大的宏观的由许多像素点组合而成的弧面的锯齿也得到柔化，从而极大的降低了表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的高精度3D打印装置，其特征在于：所述打印机构包括连接板及设于所述连接板上的打印平台、打印平台升降机构和液槽，所述打印平台置于所述液槽内，所述连接板与所述XY轴运动平台连接。
3.根据权利要求2所述的高精度3D打印装置，其特征在于：所述打印平台升降机构设于所述液槽一侧、且固定在所述连接板上。
4.一种基于权利要求1-3中任一项所述的高精度3D打印装置的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：初始化设备；
S2：打印平台升降机构带动打印平台置于液槽内；
S3：光刻镜头单层曝光打印，与此同时XY轴运动平台按照顺时针或逆时针方向运动一个闭合轨迹；
S4：打印平台升降机构带动打印平台下降一个层厚距离；
S5：重复步骤S3及S4，直至产品打印完成。
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