CN207172756U - 紫外光固化3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种紫外光固化3D打印机，包括机架、打印平台、升降装置、光敏树脂槽、LCD液晶显示屏、紫外光源及控制系统，所述升降装置设置于所述机架上，所述升降装置连接所述打印平台，以使所述打印平台步进式地移动，所述光敏树脂槽设置于所述打印平台的下方，所述LCD液晶显示屏设置于所述光敏树脂槽的底部，所述紫外光源设置于所述LCD液晶显示屏的下方；所述升降装置、LCD液晶显示屏及紫外光源分别与所述控制系统电连接；通过控制所述LCD液晶显示屏的遮光面及透光面，以使位于所述打印平台表面的光敏树脂发生紫外光固化，实现3D打印。本实用新型紫外光固化3D打印机能够大尺寸成型、成型速度快且精度高。

Description

紫外光固化3D打印机

技术领域

本实用新型涉及一种增材制造领域，尤其涉及一种紫外光固化3D打印机。

背景技术

目前，国内外3D打印领域主要分为三大工艺。第一，FDM熔融沉积快速成型工艺；第二，激光烧结式金属成型工艺；第三光固化快速成型工艺。而关于光固化成型技术主要分为两种，一种是SLA光固化，一种是DLP光固化。DLP技术全称叫“数字光投影”技术,是通过控制投影仪进而控制固化反应的进行，光源直接照射在平台反应，每反应一层平台上升一个层片的高度，再固化另一个层面,实现3D打印。SLA技术全称叫“立体光固化成型”，基本原理是使用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体物件。

上述DLP技术最大优点是光源利用率高，固化能够面成型，速度较快。其缺点是光机寿命短，成型面积小，由于投影仪的菲镜作用光源在后菲镜起了放大作用，导致像素分布不均匀，使四周像素低从而平台四周光源会有变形，此变形与成型面积成正比关系，成型面积越大四周变形越大，因而四周的成型精度差。SLA技术最大优点是成型精度高，但是由于成型方式是由激光点成型相对面成型，因而成型速度很慢，成型效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够大尺寸成型、成型速度快且精度高的紫外光固化3D打印机。

为了实现上述目的，本实用新型提供的紫外光固化3D打印机包括机架、打印平台、升降装置、光敏树脂槽、LCD液晶显示屏、紫外光源及控制系统，所述升降装置设置于所述机架上，所述升降装置连接所述打印平台，以使所述打印平台步进式地移动，所述光敏树脂槽设置于所述打印平台的下方，所述LCD液晶显示屏设置于所述光敏树脂槽的底部，所述紫外光源设置于所述LCD液晶显示屏的下方；所述升降装置、LCD液晶显示屏及紫外光源分别与所述控制系统电连接；通过控制所述LCD液晶显示屏的遮光面及透光面，以使位于所述打印平台表面的光敏树脂发生紫外光固化，实现3D打印。

与现有技术相比，由于本实用新型通过在所述光敏树脂槽的底部设置LCD液晶显示屏，利用LCD液晶显示屏能通过电压来改变液晶材料内部分子的排在列状况，从而以达到遮光和透光的目的，因此，通过在电脑系统内将模型切片后，分成多个不同横截面的固化片，从而可以根据每一个固化片的横截面控制LCD液晶显示屏形成与固化片的横截面相同的透光面，使得紫外光线可以从该透光面向所述打印平台表面照射紫外光线，进而达到对打印平台表面附近的光敏树脂固化的目的；由于所述LCD液晶显示屏具有过滤与其本身的偏振光片不平行的光线的透光特性，因此，其透出的光线是平行光线，使得打印平台的表面四周的光线均匀且不变形，从而使整体固化得更均匀，固化精度高，而且能够成型大尺寸的模型；另外，由于所述LCD液晶显示屏透出的是面光源，因此，其成型速度很快，成型效率高。

较佳地，所述LCD液晶显示屏与所述紫外光源之间设有聚光罩。所述聚光罩可以使紫外光源发出的光线聚集于所述LCD液晶显示屏的方向，以提高光敏树脂的光固化效率。

较佳地，所述光敏树脂槽的底部设有离型膜。

较佳地，所述升降装置包括步进电机、滚珠丝杠及滑块，所述步进电机的输出端与所述滚珠丝杠连接，所述滑块螺纹连接于所述滚珠丝杠，所述打印平台固定于所述滑块。

较佳地，所述紫外光固化3D打印机还包括散热装置，所述散热装置设置于所述紫外光源的下方。设置所述散热装置可以保证所述紫外光源在正常的温度下工作，防止温度过高烧坏所述紫外光源。

较佳地，所述光敏树脂槽内设有第一液位检测传感器，所述第一液位检测传感器与所述控制系统电连接。设置所述第一液位检测传感器可以对所述光敏树脂槽内的光敏树脂量进行检测，防止光敏树脂量过多或过少。

较佳地，所述紫外光固化3D打印机还包括光敏树脂回收系统，所述光敏树脂回收系统包括储存装置、输送装置及回收装置，所述输送装置的输入端及输出端分别与所述储存装置及所述光敏树脂槽连通，所述回收装置的输入端及输出端分别与所述光敏树脂槽及所述储存装置连通。由于光敏树脂材料曝光在日光下容易导致硬化，并且该材料具备一定的毒性，在不使用的状态下需要对其进行封闭保存，因此，设置光敏树脂回收系统既可以避免浪费材料，又保证使用的安全性。

更具体地，所述光敏树脂回收系统还包括检测装置，所述检测装置包括设置于所述储存装置内的第二液位检测传感器，所述第二液位检测传感器与所述控制系统电连接。设置所述第二液位检测传感器可以对所述光敏树脂槽内的光敏树脂量进行检测，防止光敏树脂量过多或过少。

更具体地，所述输送装置包括输送管及第一单向泵，所述输送管的输入端及输出端分别与所述储存装置及所述光敏树脂槽连通，所述第一单向泵设置于所述输送管上并与所述控制系统电连接。

更具体地，所述回收装置包括回收管及第二单向泵，所述回收管的输入端及输出端分别与所述光敏树脂槽及所述储存装置连通，所述第二单向泵设置于所述回收管上并与所述控制系统电连接。

附图说明

图1是本实用新型紫外光固化3D打印机的主视图。

图2是本实用新型紫外光固化3D打印机的侧视图。

图3是本实用新型紫外光固化3D打印机的俯视图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现的效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1、图2所示，本实用新型紫外光固化3D打印机100包括机架1、打印平台2、升降装置3、光敏树脂槽4、LCD液晶显示屏5、紫外光源6、散热装置7、光敏树脂回收系统8及控制系统9。所述升降装置3设置于所述机架1上，所述升降装置3连接所述打印平台2，以使所述打印平台2步进式地移动。所述光敏树脂槽4设置于所述打印平台2的下方，所述光敏树脂槽4具有遮光盖，在打印时需要盖上所述遮光盖。所述LCD液晶显示屏5设置于所述光敏树脂槽4的底部，所述光敏树脂槽4的底部设有离型膜41，所述离型膜41位于所述LCD液晶显示屏5的上表面。所述紫外光源6设置于所述LCD液晶显示屏5的下方；所述散热装置7设置于所述紫外光源6的下方；设置所述散热装置7可以保证所述紫外光源6在正常的温度下工作，防止温度过高烧坏所述紫外光源6。所述控制系统9包括单片机及驱动器，所述升降装置3、紫外光源6及散热装置7分别与所述单片机电连接，所述LCD液晶显示屏5与所述驱动器电连接；所述LCD液晶显示屏5是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶材料，通过电压的改变来控制液晶分子的转动方向，进而使光线发生扭转，从而达到控制每个像素点的偏振光出射与否的目的，进而使所述LCD液晶显示屏5的表面形成遮光面及透光面，以使紫外光线穿过透光面，使位于所述打印平台2表面的光敏树脂发生紫外光固化，实现3D打印。

再如图1所示，所述LCD液晶显示屏5与所述紫外光源6之间设有聚光罩10。所述聚光罩10可以使紫外光源6发出的光线聚集于所述LCD液晶显示屏5的方向，以提高光敏树脂的光固化效率。

再请参阅图1及图2，所述升降装置3包括步进电机31、滚珠丝杠32及滑块33，所述步进电机31的输出端与所述滚珠丝杠32连接，所述滑块33螺纹连接于所述滚珠丝杠32，所述打印平台2水平地固定于所述滑块33上。本实用新型步进电机31采用0.9度的42步进电机31，转动一圈需要360/0.9＝400个步进角度，采用32细分驱动器可把0.9度分成32分即为0.9/32＝0.028125度，每转一圈需要400*32＝12800步进，滚珠丝杆导程为8MM，故可得出单片机一个脉冲信号步进电机31行走了距离是8/12800＝0.000625mm，使用直线导轨定位极大的减少机器误差，而最终实验结果精度可达0.01MM。

再如图1所示，所述光敏树脂槽4内设有第一液位检测传感器42，所述第一液位检测传感器42与所述控制系统9电连接。设置所述第一液位检测传感器42可以对所述光敏树脂槽4内的光敏树脂量进行检测，防止光敏树脂量过多或过少。

再请参阅图1、图2及图3，所述光敏树脂回收系统8设置于所述机架1的下部。所述光敏树脂回收系统8包括储存装置81、输送装置、回收装置及检测装置，所述输送装置的输入端及输出端分别与所述储存装置81及所述光敏树脂槽4连通，所述回收装置的输入端及输出端分别与所述光敏树脂槽4及所述储存装置81连通。具体地，所述输送装置包括输送管82及第一单向泵83，所述输送管82的输入端及输出端分别与所述储存装置81及所述光敏树脂槽4连通，所述第一单向泵83设置于所述输送管82上并与所述控制系统9电连接。所述回收装置包括回收管84及第二单向泵85，所述回收管84的输入端及输出端分别与所述光敏树脂槽4及所述储存装置81连通，所述第二单向泵85设置于所述回收管84上并与所述控制系统9电连接。所述检测装置包括设置于所述储存装置81内的三个第二液位检测传感器86，三个所述第二液位检测传感器86分别设置于所述储存装置81内侧的上侧、中部及下侧，三个所述第二液位检测传感器86均与所述控制系统9电连接。设置所述第二液位检测传感器86可以对所述光敏树脂槽4内的光敏树脂量进行检测，防止光敏树脂量过多或过少。所述储存装置81上设有加注孔811。在光敏树脂量过少时可以通过所述加注孔811向所述储存装置81内加注光敏树脂。由于光敏树脂材料曝光在日光下容易导致硬化，并且该材料具备一定的毒性，在不使用的状态下需要对其进行封闭保存，因此，设置光敏树脂回收系统8既可以避免浪费材料，又保证使用的安全性。

综合上述，下面对面实用新型紫外光固化3D打印机100的打印过程进行详细描述，如下：

在打印前，电脑系统对打印模型进行切片，然后将每一块切片的横截面面积、厚度等数据传入单片机及驱动器。所述单片机则控制所述第一单向泵83启动，以通过所述输送管82将所述储存装置81内的光敏树脂输送到所述光敏树脂槽4中，所述光敏树脂浸没所述第一液位检测传感器42时，所述单片机即控制所述第一单向泵83停止工作。

打印时，所述打印平台2下降至光敏树脂槽4的打印位置处并浸于光敏树脂内，此时，所述驱动器根据当前的切片的数据，控制所述LCD液晶显示屏5的透光面，使透光面与切片的横截面外形相同且面积相同，同时，所述单片机开启所述紫外光源6及散热装置7，紫外线光线透过所述LCD液晶显示屏5的透光面照射到所述打印平台2表面，以使打印平台2表面的树脂发生光固化，最终固化成与切片的面积相同，厚度相同的第一个固化片，该第一个固化片粘固于所述打印平台2的表面，此时，所述驱动器控制所述LCD液晶显示屏5全部遮光。当该切片固化完成后，所述单片机根据第二个切片的体积数据，控制所述步进电机31转动，以通过所述滚珠丝杠32驱动所述打印平台2向上移动第二个切片的厚度，使第一个固化片的底面位于光敏树脂槽4的打印位置处，然后，所述驱动器控制所述LCD液晶显示屏5的透光面，使透光面与第二个切片的横截面外形相同且面积相同，这时，所述紫外线光线透过所述LCD液晶显示屏5的透光面，使对应的光敏树脂发生光固化形成第二个固化片，第二个固化片粘固于第一个固化片的底面。依此类推，直至将全部的切片固化后，得到多个粘固在一起的固化片，这些固化片即组成了打印模型的形状。

在打印过程中，由于消耗光敏树脂量，因此液态的光敏树脂量越来越少，液位会随之下降，若所述第一液位检测传感器42检测到液位低于最低水平时，所述单片机则控制所述第一单向泵83启动，以通过所述输送管82将储存装置81内的光敏树脂输送到所述光敏树脂槽4中，所述光敏树脂浸没所述第一液位检测传感器42时，所述单片机即控制所述第一单向泵83停止工作。

在打印完成后，由于所述光敏树脂槽4内还有大量未固化的光敏树脂，因此，所述单片机控制所述第二单向泵85启动，以通过所述回收管84将所述光敏树脂槽4内的光敏树脂输送到所述储存装置81内遮光封存。回收完成后，所述单片机控制所述第二单向泵85停止工作。

当使用一段时间后，储存于所述储存装置81内的光敏树脂越来越少，液位会下降，所述第二液位检测传感器86实时检测光敏树脂所在的位置并把数据传送至所述单片机，当光敏树脂处于最低液位时，所述单片机向上位机发出警告及时通过所述加注孔811补充光敏树脂。

与现有技术相比，由于本实用新型通过在所述光敏树脂槽4的底部设置LCD液晶显示屏5，利用LCD液晶显示屏5能通过电压来改变液晶材料内部分子的排在列状况，从而以达到遮光和透光的目的，因此，通过在电脑系统内将模型切片后，分成多个不同横截面的固化片，从而可以根据每一个固化片的横截面控制LCD液晶显示屏5形成与固化片的横截面相同的透光面，使得紫外光线可以从该透光面向所述打印平台2表面照射紫外光线，进而达到对打印平台2表面附近的光敏树脂固化的目的；由于所述LCD液晶显示屏5具有过滤与其本身的偏振光片不平行的光线的透光特性，因此，其透出的光线是平行光线，使得打印平台2的表面四周的光线均匀且不变形，从而使整体固化得更均匀，固化精度高，而且能够成型大尺寸的模型；另外，由于所述LCD液晶显示屏5透出的是面光源，因此，其成型速度很快，成型效率高。

本实用新型紫外光固化3D打印机100所涉及到的单片机及驱动器的控制原理方法均为本领域普通技术人员所熟知，在此不再做详细的说明。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种紫外光固化3D打印机，其特征在于：包括机架、打印平台、升降装置、光敏树脂槽、LCD液晶显示屏、紫外光源及控制系统，所述升降装置设置于所述机架上，所述升降装置连接所述打印平台，以使所述打印平台步进式地移动，所述光敏树脂槽设置于所述打印平台的下方，所述LCD液晶显示屏设置于所述光敏树脂槽的底部，所述紫外光源设置于所述LCD液晶显示屏的下方；所述升降装置、LCD液晶显示屏及紫外光源分别与所述控制系统电连接；通过控制所述LCD液晶显示屏的遮光面及透光面，以使位于所述打印平台表面的光敏树脂发生紫外光固化，实现3D打印。

2.如权利要求1所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述LCD液晶显示屏与所述紫外光源之间设有聚光罩。

3.如权利要求1所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述光敏树脂槽的底部设有离型膜。

4.如权利要求1所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述升降装置包括步进电机、滚珠丝杠及滑块，所述步进电机的输出端与所述滚珠丝杠连接，所述滑块螺纹连接于所述滚珠丝杠，所述打印平台固定于所述滑块。

5.如权利要求1所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述紫外光固化3D打印机还包括散热装置，所述散热装置设置于所述紫外光源的下方。

6.如权利要求1所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述光敏树脂槽内设有第一液位检测传感器，所述第一液位检测传感器与所述控制系统电连接。

7.如权利要求1所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述紫外光固化3D打印机还包括光敏树脂回收系统，所述光敏树脂回收系统包括储存装置、输送装置及回收装置，所述输送装置的输入端及输出端分别与所述储存装置及所述光敏树脂槽连通，所述回收装置的输入端及输出端分别与所述光敏树脂槽及所述储存装置连通。

8.如权利要求7所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述光敏树脂回收系统还包括检测装置，所述检测装置包括设置于所述储存装置内的第二液位检测传感器，所述第二液位检测传感器与所述控制系统电连接。

9.如权利要求7所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述输送装置包括输送管及第一单向泵，所述输送管的输入端及输出端分别与所述储存装置及所述光敏树脂槽连通，所述第一单向泵设置于所述输送管上并与所述控制系统电连接。

10.如权利要求7所述的紫外光固化3D打印机，其特征在于：所述回收装置包括回收管及第二单向泵，所述回收管的输入端及输出端分别与所述光敏树脂槽及所述储存装置连通，所述第二单向泵设置于所述回收管上并与所述控制系统电连接。