CN109049686A - 一种3d打印装置及其打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种3D打印装置及其打印方法，所述装置包括安装在基座上的打印机构、盛液机构、曝光机构和控制机构，其中，所述曝光机构包括光源组件，以及设置在光源组件光源出射方向上的液晶面板，光源组件射出的光线经过液晶面板投射到盛液机构的物料槽底部；所述光源组件包括平面状光源，所述平面状光源包括若干个点光源，各个点光源和液晶面板分别与控制机构相连，由控制机构控制点光源的亮与灭，以及液晶面板的显示图案，从而实现各个打印层打印图案的投射。上述3D打印装置及其打印方法可实现高精度、快速的3D打印。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印装置及其打印方法，属于打印机领域。
背景技术
3D打印装置一般包括打印机构、盛液机构、曝光机构和控制机构，用于实现3D物品的立体打印。目前常规3D打印装置的曝光机构一般采用投影仪或普通阵列灯板曝光，主要存在以下几个问题：
1）投影仪曝光分辨率较低，容易出现图案畸变，且投影仪价格较高，导致3D打印装置成本高；
2）普通阵列灯板可以克服畸变和成本高的问题，但存在其液晶面板透光性差，以及光源投射的光线垂直性差等问题。
有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种3D打印装置及其打印方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种打印精度高、速度快的3D打印装置及其打印方法。
为了实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种3D打印装置，包括安装在基座上的打印机构、盛液机构、曝光机构和控制机构，其中，所述曝光机构包括光源组件，以及设置在光源组件光源出射方向上的液晶面板，光源组件射出的光线经过液晶面板投射到盛液机构的物料槽底部；所述光源组件包括平面状光源，所述平面状光源包括若干个点光源，各个点光源和液晶面板分别与控制机构相连，由控制机构控制点光源的亮与灭，以及液晶面板的显示图案，从而实现各个打印层打印图案的投射。
作为优选，所述光源组件还包括散热底座和光学透镜，平面状光源安装在散热底座上，光学透镜设置平面状光源的光线出射方向上。
作为优选，所述平面状光源为可见光光源或360~420nm波长的蓝紫光光源。
作为优选，所述光学透镜包括复眼透镜、凸透镜、鱼眼透镜或菲涅尔透镜，用于将点光源发出的发散性光线变为平行光线。
作为优选，所述液晶面板包括液晶层，以及位于液晶层前后的偏振片，所述液晶面板偏振片的线栅间距为1/8-3/4入射波长。
作为优选，所述液晶面板包括依次设置的前偏振片、前玻璃基板、液晶层、后玻璃基板和后偏振片。在前玻璃基板、液晶层之间不设置彩色滤光片，可以使液晶面板整体透光率提高340%。
作为优选，液晶层的TFT走线宽度为0.025~0.115mm，较窄的TFT走线宽度可以使栅格也变窄，从而增加液晶层可透光的有效面积。
作为优选，所述控制机构采用微处理器控制。
作为优选，所述控制机构包括第一微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器与液晶面板相连，用于控制液晶面板的显示，同时把需要显示的图像数据传输给第二微处理器，所述第二微处理器与点光源相连，用于控制点光源的亮灭。
一种3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：
当打印机构的打印平台底部与盛液机构的物料槽底间距为一个打印层时，曝光机构开始曝光；
根据该打印层的图案，控制机构控制曝光机构的平面状光源各个点光源的亮与灭，以及液晶面板的显示图案，通过各个点光源和液晶面板组成与打印层对应的图案，从而实现打印层打印图案的投射；
当前打印层图案投射完成后，平面状光源关闭，打印机构的打印平台再上升一个打印层的高度，重复上述步骤，直至物品打印完成。
作为优选，所述点光源射出的光线经过光学透镜、液晶面板后投射到物料槽底，实现打印层的图案投射。
本发明所述的一种3D打印装置及其打印方法，采用可独立控制的点光源与结构简洁、透光率好、分辨率高的液晶面板组合，可实现高精度打印；又因为控制机构可快速控制平面状光源点光源的亮与灭，以及液晶面板的图案显示，进行可以实现高速打印；此外，采用光学透镜可保证点光源出射光线的垂直性，使投射图案不易产生畸变。
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
附图说明
图1为本实施例的3D打印装置结构示意图；
图2为本实施例的3D打印装置盛液机构、曝光机构剖面图；
图3为本实施例的光源组件结构示意图；
图4为本实施例的液晶面板结构示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，一种3D打印装置，包括安装在基座1上的打印机构2、盛液机构3、曝光机构4和控制机构5，其中，所述曝光机构4包括光源组件41，以及设置在光源组件41光源出射方向上的液晶面板42，光源组件41射出的光线经过液晶面板42投射到打印机构盛液机构3的物料槽31底部。
如图3所示，所述光源组件41包括平面状光源411、散热底座412和光学透镜413，所述平面状光源411安装在散热底座412上，光学透镜设置平面状光源411的光线出射方向上。所述平面状光源411包括若干个点光源411a，各个点光源411a和液晶面板42分别与控制机构5相连，由控制机构5控制点光源411a的亮与灭，以及液晶面板42的显示图案，从而实现各个打印层打印图案的投射。点光源411a可以采用点状的灯珠。所述散热底座412下方设有风扇414，用于散热。
所述平面状光源411为可见光光源或360~420nm波长的蓝紫光光源。所述光学透镜413可以是复眼透镜、凸透镜、鱼眼透镜或菲涅尔透镜，但不仅限于这些，只要能将点光源发出的发散性光源变为平行光源的光学透镜都可以。
所述液晶面板42设置在物料槽底31的下方，液晶面板42下方设置透光率高的玻璃板43，用于支撑液晶面板42。在本实施例中，如图3所示，所述液晶面板42包括依次设置的前偏振片421、前玻璃基板422、液晶层423、后玻璃基板424和后偏振片425。普通的液晶面板在前玻璃基板422、液晶层423之间设有彩色滤光片，本实施例不设置彩色滤光片，可以使液晶面板整体透光率提高340%。所述前偏振片421、后偏振片425的线栅间距为1/8-3/4入射波长，本实施例所述的前偏振片421、后偏振片425的线栅间距为1/2入射波长。所述液晶层423的TFT走线宽度为0.025~0.115mm，相比常规的TFT走线宽度缩小30%以上，因为TFT走线宽度变窄，液晶层423的栅格也变窄，从而增加液晶层423可透光的有效面积。所述液晶面板42分变率可为2K、4K、8K。
本实施例所述的控制机构5采用微处理器控制，至少包括一个微处理器。本实施例的控制机构采用2个微处理器，具体包括第一微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器与液晶面板42相连，用于控制液晶面板42的显示，同时把需要显示的图像数据传输给第二微处理器，所述第二微处理器与各个点光源相连，用于控制点光源的亮灭。第二微处理器也同时控制3D打印装置其他部件的各项运动。所述第一微处理器和第二微处理器可以采用ARM芯片，如瑞芯微的RK3399，STM32F407VET6。
上述3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：
当打印机构2的打印平台21底部与盛液机构3的物料槽31底间距为一个打印层时，曝光机构4开始曝光；
根据该打印层的图案，控制机构5控制曝光机构4的平面状光源411各个点光源411a的亮与灭，以及液晶面板42的显示图案，各个点光源411a和液晶面板42组成与打印层对应的图案，点光源411a射出的光线经过光学透镜413、液晶面板42后投射到物料槽31底，从而实现打印层打印图案的投射；
当前打印层图案投射完成后，平面状光源411关闭，打印机构2的打印平台21再上升一个打印层的高度，重复上述步骤，直至物品打印完成。
本实施例所述的一种3D打印装置及其打印方法，通过控制机构5独立控制平面状光源411各个点光源411a的亮与灭，以及液晶面板42的图案显示，点光源411a射出的光线经过光学透镜413做垂直性处理，再通过液晶面板42（由液晶面板显示与当前打印层一致的图案），将光线投射到物料槽31底部，最终实现当前打印层打印溶液的固化。
本发明所述的一种3D打印装置，采用可独立控制的点光源411a与结构简洁、透光率好、分辨率高的液晶面板42组合，可实现高精度打印；又因为控制机构5可快速控制平面状光源点光源411a的亮与灭，以及液晶面板42的图案显示，进行可以实现高速打印；此外，采用光学透镜413可保证点光源411a出射光线的垂直性，使投射图案不易产生畸变。相对DLP投影，本实施例所述的曝光机构4成本更低。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (10)
1.一种3D打印装置，其特征在于：包括安装在基座上的打印机构、盛液机构、曝光机构和控制机构，其中，所述曝光机构包括光源组件，以及设置在光源组件光源出射方向上的液晶面板，光源组件射出的光线经过液晶面板投射到盛液机构的物料槽底部；所述光源组件包括平面状光源，所述平面状光源包括若干个点光源，各个点光源和液晶面板分别与控制机构相连，由控制机构控制点光源的亮与灭，以及液晶面板的显示图案，实现各个打印层打印图案的投射。
2.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述光源组件还包括散热底座和光学透镜，平面状光源安装在散热底座上，光学透镜设置平面状光源的光线出射方向上。
3.如权利要求1或2所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述平面状光源为可见光光源或360~420nm波长的蓝紫光光源。
4.如权利要求2所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述光学透镜包括复眼透镜、凸透镜、鱼眼透镜或菲涅尔透镜。
5.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述液晶面板包括液晶层，以及位于液晶层前后的偏振片，所述液晶面板偏振片的线栅间距为1/8-3/4入射波长。
6.如权利要求1或5所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述液晶面板包括依次设置的前偏振片、前玻璃基板、液晶层、后玻璃基板和后偏振片；所述液晶层的TFT走线宽度为0.025~0.115mm。
7.如权利要求1所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述控制机构采用微处理器控制。
8.如权利要求7所述的一种3D打印装置，其特征在于：所述控制机构包括第一微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器与液晶面板相连，用于控制液晶面板的显示，同时把需要显示的图像数据传输给第二微处理器，所述第二微处理器与点光源相连，用于控制点光源的亮灭。
9.一种3D打印装置的打印方法，其特征在于包括如下步骤：
当打印机构的打印平台底部与盛液机构的物料槽底间距为一个打印层时，曝光机构开始曝光；
根据该打印层的图案，控制机构控制曝光机构的平面状光源各个点光源的亮与灭，以及液晶面板的显示图案，通过各个点光源和液晶面板组成与打印层对应的图案，从而实现打印层打印图案的投射；
当前打印层图案投射完成后，平面状光源关闭，打印机构的打印平台再上升一个打印层的高度，重复上述步骤，直至物品打印完成。
10.如权利要求9所述的一种3D打印装置的打印方法，其特征在于：所述点光源射出的光线经过光学透镜、液晶面板后投射到物料槽底。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109732908A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-10 | 李世波 | 光源组件及打印机 |
| CN110142972A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-20 | 上海天马微电子有限公司 | 一种3d打印方法及3d打印设备 |
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2018
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Cited By (3)
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| CN110142972A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-20 | 上海天马微电子有限公司 | 一种3d打印方法及3d打印设备 |
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