CN114750407A - 一种高精度3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种高精度3D打印机，包括：储存光敏树脂溶液的料槽、设置在料槽的上侧的打印平台、设置在料槽的下侧的光机和控制系统，料槽和光机之间设置有LCD显示屏，LCD显示屏和光机均与控制系统信号连接，控制系统用于向光机和LCD显示屏同步发送包含相同切片图像的投影信号，在投影信号的驱动下，LCD显示屏形成有与切片图像对应的透光区域以及与透光区域互补的遮光区域，光机出射的投影光束在LCD显示屏的下表面形成投影区域，透光区域的面积小于等于投影区域，光机出射的投影光束仅在投影区域与透光区域的重迭区域穿过LCD显示屏并到达料槽，使光敏树脂感光。
Description
技术领域
本申请涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种高精度3D打印机。
背景技术
现有的光固化3D打印机主要有DLP型和LCD型。
DLP 3D打印技术的基本原理是数字光源以面光的形式在液态光敏树脂表面进行层层投影，层层固化成型。DLP型3D打印机通常采用光机进行投影，使光敏树脂固化成型，光机内部具有紫外LED灯和DMD芯片，通过DMD芯片生成投影图案。
LCD型3D打印机是使用LCD液晶屏成像和LCD光源，由计算机程序提供图像信号，在LCD上出现选择性的透明区域，LCD光源透过透明区域照射树脂槽内的光敏树脂，从而使其逐层固化。
DLP型3D打印机单独采用光机作为投影光线来源，而LCD型单独LCD显示屏作为投影图案和光源来源。无论是LCD显示屏还是光机，除了投影区域的光照强度很强外，在整个幅面的非投影区域都会有微弱的背景光，这使得一些高感光的光敏树脂溶液在感应到背景光后也会固化，所以成型的工件周围会有黏连的废料，造成工件打印失败，浪费打印材料。
发明内容
本申请的目的是解决现有技术中光敏树脂溶液感应到光源的杂散光固化，造成工件打印失败的问题。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：一种高精度3D打印机，包括：用于储存光敏树脂溶液的料槽、可升降地设置在所述的料槽上侧的打印平台、设置在所述的料槽下侧的光机和控制系统，所述的料槽和所述的光机之间还设置有LCD显示屏，所述的LCD显示屏和所述的光机均与所述的控制系统信号连接，所述的控制系统用于向所述的光机和所述的LCD显示屏同步发送包含相同切片图像的投影信号，在所述的投影信号的驱动下，所述的LCD显示屏形成有与所述的切片图像对应的透光区域以及与所述的透光区域互补的遮光区域，所述的光机出射的投影光束在所述的LCD显示屏的下表面形成投影区域，所述的透光区域的面积小于等于所述的投影区域，所述的光机出射的投影光束仅在所述的投影区域与所述的透光区域的重迭区域穿过所述的LCD显示屏并到达所述的料槽，使光敏树脂感光。
本申请中，LCD显示屏的透光区域位于光机的投影光束的投射路径上，而LCD显示屏的遮光区域可以将光机投影区域以外的杂散光过滤，从而避免切片图像以外的光敏树脂感光，提高打印精度。LCD显示屏与光机的投影信号同步，使LCD显示屏的透光区域与光机的投影区域始终能够保持同步，并跟随三维模型切片图片的变化而变化。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的料槽的底部具有透明的透光部，所述的LCD显示屏完全覆盖所述的透光部的下方。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的LCD显示屏为黑白或者彩色显示屏。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的LCD显示屏包括自下而上依次堆叠的第一偏光板、第一玻璃基板、液晶层、第二玻璃基板和第二偏光板。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的光机包括光源模块。
本申请与现有技术相比获得如下有益效果：
本申请在料槽和光机之间设置有LCD显示屏，控制系统同时向光机和LCD显示屏发送相同的切片图像的投影信号，通过LCD显示屏中液晶转向的特性对背景光进行过滤，避免料槽内的光敏树脂溶液感应到投影区域之外的杂光，提高成型工件的精度和打印成功率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种高精度3D打印机的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种高精度3D打印机的LCD显示屏的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种高精度3D打印机的LCD显示屏中部分液晶偏转后光线照射LCD显示屏的示意性结构图；
图4为本申请实施例提供的一种高精度3D打印机的光机和LCD显示屏在控制系统的控制下向打印平台投射投影图像的示意图。
其中：1、机架；11、工作台；2、料槽；21、透光部；3、打印平台；4、光机；41、投影区域；42、非投影区域；5、LCD显示屏；501、透光区域；502、遮光区域；51、第一偏光板；52、第一玻璃基板；53、液晶层；54、第二玻璃基板；55、第二偏光板。
具体实施方式
为详细说明申请的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对发明的各种示例性实施例或实施方式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离发明构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，诸如“在……下”、 “下”、“在……上”、“上”等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。
本申请所述的“上”、“下”按照附图1所示的上、下。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
本申请实施例提供一种高精度3D打印机，如图1-4所示，该高精度3D打印机包括机架1、设置在机架1上的料槽2、可升降地设置在料槽2上侧的打印平台3、设置在料槽2下侧的光机4、设置在料槽2下方的LCD显示屏5以及控制系统，控制系统与光机4以及LCD显示屏5通讯连接。控制系统包含计算机操作系统，待打印的三维模型预先经过计算机软件切片，形成若干切片图像，控制系统将包含上述切片图像的投影信号发送给LCD显示屏和光机，LCD显示屏和光机按一定时序逐帧投影或显示切片图像，盛放在料槽内的光敏树脂感应到投影光束后，在打印平台上逐层固化，随着打印平台的缓慢上升，三维模型逐渐打印成型。
如图1所示，机架1包括安装料槽2的工作台11，打印平台3可上下移动地设置在机架1上。料槽2用于储存光敏树脂溶液，料槽2的底部具有透明的透光部21，透光部21由透光性材料制成，来自料槽下方的投影光束能够透过透光部21照射到料槽内的光敏树脂，使其在打印平台3的下表面逐层固化。
料槽2的下方安装有LCD显示屏5，LCD显示屏5设置在料槽2和光机4之间，LCD显示屏5完全覆盖透光部21，光机4投射的投影光需先透过LCD显示屏5才能穿过透光部21照射在打印平台3上。
光机4包括一可发出紫外光的光源模块以及成像系统，该成像系统包括DMD芯片、透镜组等。光机4在控制系统的控制下，能够独立向打印平台3投影成像，由于投影光束为紫外光，所以料槽2内的光敏树脂溶液在投影光的照射下固化成型在打印平台3上。
如图2、3所示，图3中箭头表示为光线，LCD显示屏5为黑白或者彩色显示屏。在本实施例中，LCD显示屏5为黑白显示屏，LCD显示屏5自下而上依次为第一偏光板51、第一玻璃基板52、液晶层53、第二玻璃基板54和第二偏光板55，多个液晶53排列在第一玻璃基板52和第二玻璃基板54之间，通过电压改变各个液晶53的转动方向而改变光线的投射方向，根据光线的穿过与否，LCD显示屏5包括光线能够透出的透光区域501和光线不能透出的遮光区域502，在整个LCD显示屏面积内，透光区域和遮光区域互补。在其他实施例中，LCD显示屏5还可以是彩色显示屏，第二玻璃基板54和第二偏光板55之间还可以设置有彩色滤光片。
本申请的LCD显示屏5自身不带光源，而是借助光机4的光源模块使料槽内的光敏树脂感光。如图3、4所示，控制系统向光机4和LCD显示屏5传递同步的投影信号，其中，向光机4发送的是适用于光机显示的第一投影信号，向LCD显示屏5发送的是适用于驱动显示屏的第二投影信号，第一投影信号和第二投影信号的信号形式不同，但都包含三维模型的切片图像，且切片图像的显示时序同步。光机4接收到投影信号后向料槽2底部投出投影光束，投影光束在LCD显示屏的下表面形成投影区域41，相对地，LCD显示屏上的其他区域为非投影区域42。投影区域41为光机4的投影光束形成的，非投影区域42内存在经过空气的折射分散在投影区域四周的杂散光；LCD显示屏5接收到投影信号后，LCD显示屏5内的液晶根据投影信号转向，形成能透过投影光的透光区域501和遮挡投影光的遮光区域502。
本申请中，由于透光区域501位于光机投影光束的投射路径上，并且透光区域501的面积小于等于光机的投影区域41，因此光机4出射的投影光束仅在投影区域41与所述的透光区域501的重迭区域穿过LCD显示屏5，并到达所述的料槽2使光敏树脂感光，而LCD显示屏的遮光区域502能够将光机的背景光隔离。同时由于LCD显示屏与光机共用一个光源模块，因此LCD显示屏本身并不发光，也不会形成额外的背景光，所以本申请能够获得一个低背景光的投影系统，有效地避免光敏树脂在切片图像以外的区域感光。
本申请在料槽2和光机4之间设置有LCD显示屏5，控制系统同时向光机4和LCD显示屏5同步发送包含相同切片图像的投影信号，通过LCD显示屏5中液晶转向的特性对光机4投出的投影光进行过滤，使料槽2内的光敏树脂溶液仅能感应到投影区域41的投影光，在投影区域41的投影光的紫外辐照下按照投影图像固化成型；光敏树脂溶液不受非投影区域42的光的影响，提高成型工件的精度和打印成功率。
以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，本申请要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种高精度3D打印机，包括：用于储存光敏树脂溶液的料槽（2）、可升降地设置在所述的料槽（2）上侧的打印平台（3）、设置在所述的料槽（2）下侧的光机（4）和控制系统，其特征在于，所述的料槽（2）和所述的光机（4）之间还设置有LCD显示屏（5），所述的LCD显示屏（5）和所述的光机（4）均与所述的控制系统信号连接，所述的控制系统用于向所述的光机（4）和所述的LCD显示屏（5）同步发送包含相同切片图像的投影信号，在所述的投影信号的驱动下，所述的LCD显示屏（5）形成有与所述的切片图像对应的透光区域（501）以及与所述的透光区域（501）互补的遮光区域（502），所述的光机（4）出射的投影光束在所述的LCD显示屏（5）的下表面形成投影区域（41），所述的透光区域（501）的面积小于等于所述的投影区域（41），所述的光机（4）出射的投影光束仅在所述的投影区域（41）与所述的透光区域（501）的重迭区域穿过所述的LCD显示屏（5）并到达所述的料槽（2），使光敏树脂感光。
2.根据权利要求1所述的高精度3D打印机，其特征在于：所述的料槽（2）的底部具有透明的透光部（21），所述的LCD显示屏（5）完全覆盖所述的透光部（21）的下方。
3.根据权利要求1所述的一种高精度3D打印机，其特征在于，所述的LCD显示屏（5）为黑白或者彩色显示屏。
4.根据权利要求3所述的一种高精度3D打印机，其特征在于，所述的LCD显示屏（5）包括自下而上依次堆叠的第一偏光板（51）、第一玻璃基板（52）、液晶层（53）、第二玻璃基板（54）和第二偏光板（55）。
5.根据权利要求1所述的一种高精度3D打印机，其特征在于，所述的光机（4）包括光源模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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