CN110722795A - 一种一次成型的多面lcd光源3d打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一次成型的多面LCD光源3D打印装置，包括支撑框架、光源系统、投影装置和投影装置运动机构，光源系统包括从下到上依次设置的UV光源、凸透镜、菲涅尔透镜、下偏振膜、LCD显示屏和上偏振膜。其中，菲涅尔透镜、下偏振膜、LCD液晶显示屏和上偏振膜形成打印平台，光敏树脂槽设置于打印平台上，LCD显示屏显示打印件三视图信息，需要打印的地方在LCD显示屏上出现选择性的透明区域，其他没有图像显示的区域，紫外光线被阻，光源系统发出的光经整理后通过投影装置将光透射在光敏树脂槽上，实现了把LCD光固化3D打印技术和一次成型的3D打印技术结合的打印技术，把LCD打印的高精度与一次成型的高效率结合起来。

Description

一种一次成型的多面LCD光源3D打印装置
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及大尺寸微纳米的LCD光固化3D打印装置。
背景技术
3D打印技术的一个主流分支是光固化打印技术，它是利用紫外光束照射液态光敏树脂后，使发生光聚合反应继而固化的原理，使材料逐点或逐层累加成型。光固化打印技术主要分为SLA、DLP和LCD投影技术。其中SLA称为立体光固化成型技术，它是利用激光光束逐点快速扫描照射到光敏树脂上使其固化成型。SLA技术也主要针对光敏树脂材料进行成型，具有应用广泛的特点。DLP和LCD投影技术则是通过将整层图像通过投影镜头投影到光敏树脂上，并逐层叠加成型，其特点是可以一次完成整层打印，具有打印速度快、精度高的特点。
现有DLP的一次成型现状介绍，DLP投影技术是发展较早的一种光固化打印技术，它的核心部件是利用德州仪器生产的数字光处理芯片。由于芯片是德州仪器的独家专利技术，芯片价格较贵，特别是高像素的芯片价格极其昂贵，限制了大尺寸打印技术的发展。此外，由于芯片需要离轴照明，使得光学系统的装配调试难度增加。
LCD投影技术则是利用LCD作为图像发生器，其打印原理与DLP投影技术相似。不同的是应用极其广泛，社会上不同领域应用不同像素、不同尺寸的，使得可供选择LCD的种类繁多，因此相比DLP投影技术，其特点是成本较低。
LCD和DLP投影技术的另一个共同特点是图像发生器的像素数决定了3D打印的尺寸和精度，由于是通过投影镜头将图像发生器的图像投影到光敏树脂上，因此，3D打印的像素数与图像发生器的像素数相同，例如实现的打印精度，一种常用的图像发生器的像素1280×800，则打印尺寸为128mm×80mm。而高像素的DLP和LCD，尤其是DLP，价格昂贵，限制了DLP和LCD投影技术在大尺寸打印中的应用，或只能降低打印精度来实现较大尺寸的打巨口。
发明内容
本发明提出了一种一次成型的多面LCD光源3D打印装置，用以解决现有LCD打印速度慢，DLP一次成型打印尺寸小，精度低的问题，可以同时发挥两者的优势，可以瞬间打印出精度更高，尺寸更大的打印件。
本发明所采用的技术方案具体如下：
一种一次成型的多面LCD光源3D打印装置，主要包括：支撑框架、光源系统、投影装置和投影装置运动机构。
所述光源系统由UV光源1、凸透镜2、支撑杆3、菲涅尔透镜4、下偏振膜5、LCD显示屏6和上偏振膜7组成，其中菲涅尔透镜4、下偏振膜5、LCD显示屏6和上偏振膜7从下至上依次叠放形成打印平台，打印平台通过支撑框架14水平立于地面至上，并且下偏振膜5和上偏振膜7的偏振角度相同；
LCD显示屏6用于显示打印件三视图信息，需要打印的地方在LCD显示屏6上出现选择性的透明区域，其他没有图像显示的区域，紫外光线被阻；
UV光源1通过支撑杆3以吊装方式固定安装在打印平台下方，UV光源1向正上方透射UV光线；其光路上设有凸透镜2，所述凸透镜2固定在支撑杆3上；
投影装置运动机构固定在支撑框架14上，投影装置通过投影装置运动机构悬于打印平台正上方；
投影装置的运动机构主要由步进电机15、丝杠17、螺母19、导轨18和悬臂梁13，组成；丝杠17通过上轴承20和下轴承16竖直地固定安装在支撑框架14侧面，丝杠17与步进电机15的输出轴连接，丝杠17上安装螺母19，螺母19与悬臂梁13固定连接，悬臂梁13沿水平方向安装，其竖直方向设有导板，所述导板与支撑框架14上安装的导轨配合，起导向和支撑作用。
投影装置由四块三角形的反射镜10、上角套11和四个下角套9组成；其中四块反射镜拼合成金字塔形反射镜阵列，反射方向朝向为下方；金字塔形反射镜阵列上方通过上角套11固定，下方通过四个下角套9固定；上角套11上方与悬臂梁13固定连接，投影装置用于将竖直向上的UV光线投射至打印平面上的光敏树脂槽8侧面。
优选的，四块反射镜10与水平面夹角为45°，使得从光源系统发射上来的光可以反射后形成水平光反映物体的信息。
当凸透镜2的焦距为f时，LCD显示屏6与凸透镜2的距离大于2f，下偏振膜5与凸透镜2之间的距离大于f且小于2f。
本发明的有益效果。
本发明设计一种优秀的三角金字塔投影机构，通过一定的光路设计可以实现精度较高的一次成型。
本发明采用LCD显示屏来投影产品信息，相对于现有的DLP投影失真的缺陷，从而可以打印尺寸更大的工件。
本发明只使用了一个LCD显示屏，相对现有的DLP一次成型技术三个光源成本更低。
本发明通过控制反射镜偏转角度来控制光线的照射方向，精度更高同时易于控制
本发明相对与传统LCD激光打印技术实现了从面成型到体成型的概念性突破。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明的投影系统示意图，。
以上附图中使用的标记如下：1-UV光源、2-凸透镜、3-支撑杆、4-菲涅尔透镜、5-下偏振膜、6-LCD显示屏、7-上偏振膜、8-光敏树脂槽、9-四个下角套、10-四面反射镜、11-上角套、12-螺栓、13-悬臂梁、14-支撑框架、15-步进电机、16-下轴承、17-丝杠、18-导轨、19-螺母、20-上轴承座、21-光线。
具体实施方式
下面以具体实施例的方式对本发明技术方案做进一步解释和说明。
实施例1。
如图1所示，本实施例中一种一次成型的多面LCD光源3D打印装置，主要包括：支撑框架、光源系统、投影装置和投影装置运动机构。
所述光源系统由UV光源1、凸透镜2、支撑杆3、菲涅尔透镜4、下偏振膜5、LCD显示屏6和上偏振膜7组成，其中菲涅尔透镜4、下偏振膜5、LCD显示屏6和上偏振膜7从下至上依次叠放形成打印平台，打印平台通过支撑框架14水平立于地面至上,并且下偏振膜5和上偏振膜7的偏振角度相同；
当凸透镜2的焦距为f时，LCD显示屏6与凸透镜2的距离大于2f，下偏振膜5与凸透镜2之间的距离大于f且小于2f。
UV光源1通过支撑杆3以吊装方式固定安装在打印平台下方，UV光源1向正上方透射UV光线；其光路上设有凸透镜2，所述凸透镜2固定在支撑杆3上；
凸透镜2将UV光源1汇聚后投射于打印平台上，菲涅尔透镜4上散射的UV光线转成平行光线，下偏振膜5将平行光线过滤形成偏振光，LCD显示屏6在显示屏驱动电路的驱动下，由计算机程序提供图像信号，图像信号为打印件三视图信息，需要打印的地方在LCD显示屏6上出现选择性的透明区域，在紫外光源的照射下，LCD显示屏6的图像透明区域对紫外光阻隔减小，在没有图像显示的区域，紫外光线被阻；最后经过与下偏振膜5相同偏振角度的上偏振膜7投射出打印平面。
投影装置运动机构固定在支撑框架14上，投影装置通过投影装置运动机构悬于打印平台正上方；
投影装置的运动机构主要由步进电机15、丝杠17、螺母19、导轨18和悬臂梁13，组成；丝杠17通过上轴承20和下轴承16竖直地固定安装在支撑框架14侧面，丝杠17与步进电机15的输出轴连接，丝杠17上安装螺母19，螺母19与悬臂梁13固定连接，悬臂梁13沿水平方向安装，其竖直方向设有导板，所述导板与支撑框架14上安装的导轨配合，起导向和支撑作用。通过步进电机15的转动带动丝杠17转动，从而使螺母19带动悬臂梁13上下运动，同时悬臂梁13带动投影装置上下移动；
投影装置由四块三角形的反射镜10、上角套11和四个下角套9组成；其中四块反射镜拼合成金字塔形反射镜阵列，反射方向朝向为下方；金字塔形反射镜阵列上方通过上角套11固定，下方通过四个下角套9固定；上角套11上方与悬臂梁13固定连接。
四块反射镜10与水平面夹角为45°，使得从光源系统发射上来的光可以反射后形成水平光反映物体的信息。
LCD显示屏6上的图像信息通过反射镜10反射后在内部光线叠加，其中光线叠加的地方固化，其余地方不固化，可瞬间固化树脂形成打印件。
如图2所示，待打印的工件8为打印件示例船锚。光源系统发出的紫外光经投影系统反射，与原光线重合的地方光敏树脂固化，形成打印件。

Claims (4)

1.一种一次成型的多面LCD光源3D打印装置，主要包括：支撑框架、光源系统、投影装置和投影装置运动机构；
所述光源系统由UV光源(1)、凸透镜(2)、支撑杆(3)、菲涅尔透镜(4)、下偏振膜(5)、LCD显示屏(6)和上偏振膜(7)组成，其中菲涅尔透镜(4)、下偏振膜(5)、LCD显示屏(6)和上偏振膜(7)从下至上依次叠放形成打印平台，打印平台通过支撑框架(14)水平立于地面至上，并且下偏振膜(5)和上偏振膜(7)的偏振角度相同；
LCD显示屏(6)用于显示打印件三视图信息，需要打印的地方在LCD显示屏(6)上出现选择性的透明区域，其他没有图像显示的区域，紫外光线被阻；
UV光源(1)通过支撑杆(3)以吊装方式固定安装在打印平台下方，UV光源(1)向正上方透射UV光线；其光路上设有凸透镜(2)，所述凸透镜(2)固定在支撑杆(3)上；
投影装置运动机构固定在支撑框架(14)上，投影装置通过投影装置运动机构悬于打印平台正上方；
投影装置由四块三角形的反射镜(10)、上角套(11)和四个下角套(9)组成；其中四块反射镜拼合成金字塔形反射镜阵列，反射方向朝向为下方；金字塔形反射镜阵列上方通过上角套(11)固定，下方通过四个下角套(9)固定；上角套(11)上方与投影装置运动机构固定连接，投影装置用于将竖直向上的UV光线投射至打印平面上的光敏树脂打印件侧面。
2.根据权利要求1所述的一次成型的多面LCD光源3D打印装置，其特征在于，四块反射镜(10)与水平面夹角为45°。
3.根据权利要求1所述的一次成型的多面LCD光源3D打印装置，其特征在于，投影装置的运动机构主要由步进电机(15)、丝杠(17)、螺母(19)、导轨(18)和悬臂梁(13)，组成；丝杠(17)通过上轴承(20)和下轴承(16)竖直地固定安装在支撑框架(14)侧面，丝杠(17)与步进电机(15)的输出轴连接，丝杠(17)上安装螺母(19)，螺母(19)与悬臂梁(13)固定连接，悬臂梁(13)沿水平方向安装，其竖直方向设有导板，所述导板与支撑框架(14)上安装的导轨配合，起导向和支撑作用。
4.根据权利要求1所述的一次成型的多面LCD光源3D打印装置，其特征在于，当凸透镜(2)的焦距为f时，LCD显示屏(6)与凸透镜(2)的距离大于2f，下偏振膜(5)与凸透镜(2)之间的距离大于f且小于2f。
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