CN108248020A - 一种水平式dlp投影技术面曝光成型装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，该装置主要包括DLP投影系统、石英玻璃板、树脂液槽、叶轮、打印平台、X向移动系统(包括X向电机、X向丝杆、X向导杆)、Z向升降系统(包括Z向电机、Z向丝杆、Z向导杆)以及涂覆在石英玻璃内表面上的聚四氟乙烯薄膜。DLP投影系统安装在树脂液槽右侧面，树脂液槽右侧开设有方形窗口并安装有石英玻璃，将DLP系统发出的紫外光源透射至树脂液槽内，打印平台由X向移动系统驱动作左右平移，聚四氟乙烯薄膜安装在树脂液槽内侧石英玻璃上，叶轮安装在树脂液槽内侧石英玻璃板下方，Z向升降系统在三维模型叠加制作完成后带动X向移动系统与打印平台上移，取出模型。本发明可显著减少成型时间并有效提高面曝光快速成型的打印质量。

Description

一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法
技术领域
本发明属于快速成型制造装置技术领域，具体涉及一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法。
背景技术
SLA(Stereo Lithography Appearance)是最早运用的快速成形技术，采用液态光敏树脂原料。其工艺过程为，先通过CAD设计出三维实物模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计出扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动；激光光束通过数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化后，当一层加工完成后，则生成实体的一个二维截面；接着升降台下降一定距离，固化层上覆盖另一层液态光敏树脂，再进行第二层扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，直至最后一层叠加完毕制作出三维实体模型。
DLP(Digital Light Procession)全称为“数字光投影”技术，基于DLP打印方法与SLA光固化成型方法都是以液态光敏树脂为原料，其不同之处在于DLP采用数字投影仪作为光源，而SLA为激光头，DLP技术光固化工艺过程分为以下步骤。1、利用CAD技术生成三维实体模型；2、利用计算机软件将模型进行切片处理；3、利用所产生的二维截面图像通过数字投影仪照射到液态光敏树脂表面，使表面照射区域内的一层树脂固化；4、一层加工完成后，即生成了打印件的一个二维截面，接着打印平台移动一个层厚的距离，待固化层上填充另一层液态光敏树脂，再进行第二层的照射，第二固化层牢牢地粘结在上一个固化层上，如此反复累加便生成了立体三维模型。
DLP投影技术面曝光3D打印的投影方式分为自上向下式投影和自下向上式投影。自上向下式投影在工作时，每次从顶部照射光敏树脂后，都必须对下一次的待曝光面进行补液、刮平过程，由此造成成型时间较长，影响成型效率。而自下向上式投影在工作时，每次从底部照射光敏树脂后，打印平台上移，在补液过程中打印平台和树脂槽内表面之间的填充区域部分会存有气泡。因此急需探索新的曝光方式。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述现有技术中的缺点，提供一种基水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，采用该面曝光成型装置，可显著减少成型时间并有效提高面曝光快速成型的打印质量。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置，主要包括DLP投影系统、石英玻璃板、树脂液槽、叶轮、打印平台、X向移动系统(包括X向电机、X向丝杆、X向导杆)、Z向升降系统(包括Z向电机、Z向丝杆、Z向导杆)以及涂覆在石英玻璃内表面上的聚四氟乙烯薄膜。DLP投影系统安装在树脂液槽右侧面，树脂液槽右侧安装有石英玻璃，透射DLP系统发出的紫外光源，打印平台由X向移动系统驱动作左右平移，聚四氟乙烯薄膜安装在树脂液槽内侧石英玻璃上，叶轮安装在树脂液槽内侧石英玻璃板下方，Z向升降系统在三维模型叠加制作完成后带动X向移动系统与打印平台上移，取出模型。
上述水平式DLP投影技术面曝光成型装置中，所述DLP投影系统由紫外光源、DMD芯片、透镜、反射镜组成，紫外光源采用波长为355nm的紫外光激光器，DMD芯片用于接收计算机控制系统输出的二维截图信息，紫外光源发出的紫外光通过DMD芯片产生的动态掩模图像依次通过透镜、反射镜后，由右向左照射至树脂液槽内。
上述水平式DLP投影技术面曝光成型装置中，所述X向移动系统由X向丝杆、X向导杆、X向电机组成，打印平台连接于X向移动系统，并由X向移动系统驱动打印平台作水平方向上的平移运动。
上述水平式DLP投影技术面曝光成型装置中，所述树脂液槽右侧开有方形窗口，并安装有石英玻璃板，用以将DLP投影系统发出的光源投射至树脂液槽内的液态光敏树脂并进行固化。
上述水平式DLP投影技术面曝光成型装置中，所述聚四氟乙烯薄膜涂覆于石英玻璃内表面。
上述水平式DLP投影技术面曝光成型装置中，所述叶轮安装在树脂液槽内侧石英玻璃下方，用来在照射固化一层后打印平台右移时将周围液态光敏树脂迅速自上向下补充至固化层与石英玻璃上的聚四氟乙烯薄膜之间的填充区域。
上述水平式DLP投影技术面曝光成型装置中，所述Z向升降系统由Z向丝杆、Z向导杆、Z向电机组成，用以驱动X向移动系统与打印平台在模型制作完毕后做上升运动，取出实体模型后再驱动X向移动系统与打印平台向下运动至最初打印状态。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是，避免了自下向上DLP投影技术填补打印区域间隙时出现气泡以及避免了自上向下式投影技术在液面刮平过程消耗时间的问题，通过水平移动打印平台以及叶轮充液的方式，快速地实现水平式DLP投影技术在面曝光成型装置的应用。
附图说明
图1是水平式DLP投影技术面曝光成型装置结构示意图。
图中各数字标号的名称分别是：1-DLP投影系统，2-石英玻璃板，3-树脂液槽，4-叶轮，5-打印平台，6-X向电机，7-X向丝杆，8-X向导杆，9-Z向电机，10-Z向丝杆，11-Z向导杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的实际应用形式并不仅限于图示的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应被认为属于本发明保护的范围。
参见附图1，本发明所述的水平式DLP投影技术面曝光成型装置由DLP投影系统1、石英玻璃板2、树脂液槽3、叶轮4、打印平台5、X向移动系统(包括X向电机6、X向丝杆7、X向导杆8)、Z向升降系统(包括Z向电机9、Z向丝杆10、Z向导杆11)以及涂覆在石英玻璃内表面上的聚四氟乙烯薄膜组成。树脂液槽3内装有液态光敏树脂，在树脂液槽3的右侧面装有石英玻璃板2，石英玻璃板2上涂覆有聚四氟乙烯薄膜，在树脂液槽3内石英玻璃板2下方安装有叶轮4，叶轮4将周围液态光敏树脂压补至打印平台5或固化层与石英玻璃板2之间的填充区域，DLP投影系统1自右向左经过石英玻璃板2的透射照射至树脂液槽3内的液态光敏树脂，在打印一层后X向移动系统(包括X向电机6、X向丝杆7、X向导杆8)驱动打印平台5向左平移一个层厚的距离，至此重复之前的操作打印第二层，直至最后一层固化完成后，模型制作完毕，此时Z向升降系统(包括Z向电机9、Z向丝杆10、Z向导杆11)对X向移动系统与打印平台5作上升运动，取出模型后Z向移动系统对X向移动系统与打印平台5作下降运动至最初打印状态。
如图1所示，该水平式DLP投影技术面曝光成型装置工作方法如下：
步骤1：开启面曝光快速成型装置、计算机控制系统、将树脂液槽3充满液态光敏树脂；
步骤2：计算机控制系统将三维模型转换为若干二维截面轮廓，并将每层厚度、轮廓信息传给DLP投影系统1；
步骤3：X向移动系统驱动打印平台5平移至距离树脂液槽3内石英玻璃板2内表面涂覆薄膜聚四氟乙烯一个层厚的距离；
步骤4：DLP投影系统1经石英玻璃板2的透射对树脂液槽3中的液态光敏树脂进行一层紫外光照射；
步骤5：X向移动系统驱动打印平台5向左移动一个层厚的距离，与此同时，叶轮4旋转将周围液态光敏树脂迅速自上向下补充至固化层与石英玻璃板2上的聚四氟乙烯薄膜之间的填充区域；
步骤6：重复步骤4、步骤5，直到固化到最后一层树脂为止，模型制作完毕；
步骤7：Z向升降系统驱动X向移动系统作上升运动直至最顶端，并取下实体模型；
步骤8：Z向升降系统驱动X向移动系统作下降运动，并且X向移动系统驱动打印平台5恢复至最初打印状态。

Claims (7)

1.一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，其特征在于：包括DLP投影系统(1)、石英玻璃板(2)、树脂液槽(3)、叶轮(4)、打印平台(5)、X向移动系统包括X向电机(6)、X向丝杆(7)、X向导杆(8)、Z向升降系统包括Z向电机(9)、Z向丝杆(10)、Z向导杆(11)以及涂覆在石英玻璃内表面上的聚四氟乙烯薄膜，树脂液槽(3)内装有液态光敏树脂，在树脂液槽(3)的右侧面装有石英玻璃板(2)，石英玻璃板(2)上涂覆有聚四氟乙烯薄膜，在树脂液槽(3)内石英玻璃板(2)下方安装有叶轮(4)，叶轮(4)将周围液态光敏树脂压补至打印平台(5)或固化层与石英玻璃板(2)之间的填充区域，DLP投影系统(1)从侧面经过石英玻璃板(2)的透射照射至树脂液槽(3)内的液态光敏树脂，在打印一层后X向移动系统包括X向电机(6)、X向丝杆(7)、X向导杆(8)驱动打印平台(5)向左平移一个层厚的距离，至此重复之前的操作打印第二层，直至最后一层固化完成后，模型制作完毕，此时Z向升降系统包括Z向电机(9)、Z向丝杆(10)、Z向导杆(11)对X向移动系统与打印平台(5)作上升运动，取出模型后Z向移动系统对X向移动系统与打印平台(5)作下降运动至最初打印状态。
2.根据权利要求1所述的一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，其特征在于：所述的DLP投影系统(1)中的紫外光源采用波长为355nm的紫外光激光器。
3.根据权利要求1所述的一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，其特征在于：所述的X向移动系统由X向电机(6)、X向丝杆(7)、X向导杆(8)组成，驱动打印平台(5)作水平方向上的平移运动。
4.根据权利要求1所述的一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，其特征在于：所述的树脂液槽(3)右侧开有方形窗口，并安装有石英玻璃板(2)，用以将DLP投影系统(1)发出的光源透射至树脂液槽(3)内的液态光敏树脂并进行固化。
5.根据权利要求1所述的一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，其特征在于：所述的叶轮(4)安装在树脂液槽(3)内侧石英玻璃板(2)下方，用来在照射固化一层后打印平台(5)右移时将周围液态光敏树脂迅速自上向下补充至固化层与石英玻璃板(2)上的聚四氟乙烯薄膜之间的填充区域。
6.根据权利要求1所述的一种水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，其特征在于：所述的Z向升降系统由Z向电机(9)、Z向丝杆(10)、Z向导杆(11)组成，用以驱动X向移动系统与打印平台上升运动或下降运动。
7.一种利用权利要求1-6任意之一所述的水平式DLP投影技术面曝光成型装置及方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：开启面曝光快速成型装置、计算机控制系统、将树脂液槽3充满液态光敏树脂；
步骤2：计算机控制系统将三维模型转换为若干二维截面轮廓，并将每层厚度、轮廓信息传给DLP投影系统1；
步骤3：X向移动系统驱动打印平台5平移至距离树脂液槽3内石英玻璃板2内表面涂覆薄膜聚四氟乙烯一个层厚的距离；
步骤4：DLP投影系统1经石英玻璃板2的透射对树脂液槽3中的液态光敏树脂进行一层紫外光照射；
步骤5：X向移动系统驱动打印平台5向左移动一个层厚的距离，与此同时，叶轮4旋转将周围液态光敏树脂迅速自上向下补充至固化层与石英玻璃板2上的聚四氟乙烯薄膜之间的填充区域；
步骤6：重复步骤4、步骤5，直到固化到最后一层树脂为止，模型制作完毕；
步骤7：Z向升降系统驱动X向移动系统作上升运动直至最顶端，并取下实体模型；
步骤8：Z向升降系统驱动X向移动系统作下降运动，并且X向移动系统驱动打印平台5恢复至最初打印状态。
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