CN207415986U - 一种六维内部光固化3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六维内部光固化3D打印设备，包括底座、旋转激光发生装置和外部移动装置，外部移动装置设置在底座上，旋转激光发生装置安装在外部移动装置上；外部移动装置包括X轴导轨、X轴电机、Y轴导轨，Y轴电机、Z轴导轨和Z轴电机，Y轴导轨活动设置在两个平行设置的X轴导轨之间，Z轴导轨活动设置在Y轴导轨上，且X、Y和Z轴导轨两两相互垂直；X、Y和Z轴电机分别设置在X、Y和Z轴导轨的端部作为驱动装置，旋转激光发生装置安装在Z轴导轨上可360°旋转，实现光纤探头在三维空间上任意角度的固化。本专利所得到的打印物体其层间应力更小，受力更加均匀，粘合性更好，极大地提升了材料的强度与硬度。

Description

一种六维内部光固化3D打印设备

技术领域

本实用新型涉及一种3D打印设备，特别涉及一种六维内部光固化3D打印设备，属于3D打印技术领域。

背景技术

1986年，美国博士Charles W.Hull在其申请的专利中提出使用激光扫射光敏树脂表面，并固化制作三维物体的概念。经过几十年的发展，现有的光固化3D打印技术大致可分为SLA、DLP及CLIP三类。具体的，SLA为立体平板印刷技术，用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，之后层层叠加完成一个三维实体的固化；DLP属于数字投影技术，将需固化内容进行数字处理后进行投影，从而来完成光固化；CLIP是一种新型光固化技术，为连续界面生产工艺，其最大特点是无需在吸收一定激光后再次接触氧气等阻聚剂使得反应完全，其速度约为SLA以及DLP的100倍，其层厚最薄为0.25mm，平面精度约为0.5mm。

目前国内已发表的关于光固化3D打印技术方面的专利，如申请号为201320889596.6的专利，公开了一种新型立体光固化成型装置，其基本原理即为SLA技术，打印过程为层积叠加，固化过程中需要接触氧气以停止反应，易导致固化不彻底需要二次固化；如申请号为201710244857.1的专利，公开了一种自然流动连续补充DLP光固化装置与方法，其基本原理即为DLP技术，打印过程为依次投影一个平面进行固化，机械运动完成逐层打印，易导致成型件结构不稳定。

总而言之，上述的几种光固化3D打印技术存在三个问题：一是打印过程为层积叠加，其层间应力过大，容易对结构造成损伤或使得打印出的成品不够稳固；二是打印过程过慢，即便是最快的CLIP技术也无法达到多数生产者需求；三是大多需要通过阻聚剂停止反应，导致光吸收不够完全，固化不彻底，有时甚至需要进行二次固化。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种六维内部光固化3D打印设备，该设备能很好解决现有技术中关于打印出的成品不够稳固、打印过程过慢、固化不彻底的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，一种六维内部光固化3D打印设备，包括底座、旋转激光发生装置和外部移动装置，所述外部移动装置设置在底座上，旋转激光发生装置安装在外部移动装置上；所述外部移动装置包括X轴导轨、X轴电机、Y轴导轨，Y轴电机、Z轴导轨和Z轴电机，所述Y轴导轨活动设置在两个平行设置的X轴导轨之间，Z轴导轨活动设置在Y轴导轨上，且X、Y和Z轴导轨两两相互垂直；所述X、Y和Z轴电机分别设置在X、Y和Z轴导轨的端部作为驱动装置，所述旋转激光发生装置安装在Z轴导轨上可360°旋转，实现光纤探头在三维空间上任意角度的固化。

作为优选，所述旋转激光发生装置包括激光器、旋转台、旋转电机、链接导杆、旋转驱动和光纤探头，所述旋转台活动设置在Z轴导轨上，旋转台上设置有旋转电机，所述链接导杆活动设置在旋转电机和旋转驱动之间，光纤探头设置在旋转驱动上。

作为优选，所述光纤探头在使用时置于料槽内部并浸于光敏树脂溶液中。

作为优选，所述旋转台可360°旋转，从而带动光纤探头在三维空间上任意角度的固化；所述旋转电机带动链接导杆控制旋转驱动使光纤探头实现在固定XY位置处的沿Z轴不同角度的固化。

作为优选，所述光纤探头在溶液中进行平移和旋转六维运动，光纤探头沿所分割模块的表面切线运动，激光沿法线方向入射，完成光固化。

利用本实用新型的3D打印设备来进行3D打印的方法，其包括以下步骤：

(1)获取所述待打印物体的三维模型数据

具体的，通过CAD设计出待打印物体实体模型，并获取所述三维模型中各个点的坐标数据。

(2)根据所述待打印物体的三维模型数据，将所述待打印物体分割成由基本几何形体构成的模块，如矩形和圆柱。

(3)根据所述模块的形状确定激光器的扫描轨迹及相应的固化力度

具体的，根据物体形状及大小，设计相关程序，将待打印物体分割成以圆柱体、立方体等基本元素构成的若干个模块，从而确定激光的扫描轨迹及固化深度。

(4)根据所述固化深度确定激光功率，该功率由所建立的功率与深度对应表或数据库决定。具体的，事先确定激光的功率，使得当激光扫描器射出指定功率的激光后，该激光束以直线穿过所需固化深度的范围后，其能量值低于溶液的阀值，即溶液固化所需的最小能量，从而完成对该处位置的固化。

(5)根据所述激光功率得到激光扫描器的电脉冲扫描信号数据。

(6)根据所述电脉冲扫描信号数据及扫描轨迹将激光束导入光敏树脂溶液中在所述溶液中进行平移和旋转等六维运动，并保证激光探头的出射窗口沿所述模块的表面切线运动，从而完成轮廓光固化。

具体的，在本发明的实施例中，所述激光束从出射窗口垂直出射。通过控制激光器的旋转和平移实现激光束的旋转和平移以实现对待打印物体的光固化。

本实用新型的有益效果：本实用新型的光固化3D打印设备，摒弃了现有技术中层积成型的特点，通过将待打印物体的三维模型分割成以基本几何形体构成的模块，根据激光器的扫描轨迹将激光束在溶液中进行平移和旋转从而实现对待打印物体的光固化打印，所得到的打印物体可以立体固化、其层间应力更小、受力更加均匀、粘合性更好、成品结构稳定极大地提升了材料的强度与硬度；在打印过程中根据固化深度控制激光的入射功率，使得激光束以直线穿过所需固化深度的范围后，其能量值低于溶液的阀值从而完成固化，避免了二次固化所带来的形变等问题；打印速度快，无需阻聚剂停止反应，无需二次固化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型3D打印方法的流程图；

图中：1.底座，2.Z轴电机，3.Z轴导轨，4.旋转台，5.Y轴导轨，6.Y轴电机，7.X轴电机，8.X轴导轨，9.旋转驱动，10.光纤探头，11.链接导杆，12.旋转电机。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本实用新型公开了一种六维内部光固化3D打印设备，包括底座1、旋转激光发生装置和外部移动装置，所述外部移动装置设置在底座上，旋转激光发生装置安装在外部移动装置上；所述外部移动装置包括X轴导轨8、X轴电机7、Y轴导轨5，Y轴电机6、Z轴导轨3和Z轴电机2，所述Y轴导轨5活动设置在两个平行设置的X轴导轨8之间，Z轴导轨3活动设置在Y轴导轨5上，且X、Y和Z轴导轨8,5和3两两相互垂直；所述X、Y和Z轴电机7,6和2分别设置在X、Y和Z轴导轨8、5和3的端部作为驱动装置，所述旋转激光发生装置安装在Z轴导轨上可360°旋转，实现光纤探头在三维空间上任意角度的固化。

所述旋转激光发生装置包括激光器(图中未示出)、旋转台4、旋转电机12、链接导杆11、旋转驱动9和光纤探头10，所述旋转台4活动设置在Z轴导轨3上，旋转台上设置有旋转电机12，所述链接导杆11活动设置在旋转电机12和旋转驱动9之间，光纤探头10设置在旋转驱动上。

所述光纤探头10在使用时置于料槽内部并浸于光敏树脂溶液中。

所述旋转台4可360°旋转，从而带动光纤探头10在三维空间上任意角度的固化；所述旋转电机12带动链接导杆11控制旋转驱动9使光纤探头10实现在固定XY位置处的沿Z轴不同角度的固化。

所述光纤探头10在溶液中进行平移和旋转六维运动，光纤探头沿所分割模块的表面切线运动，激光沿法线方向入射，完成光固化。

如图2所示，利用本实用新型的3D打印设备来进行3D打印的方法，其包括以下步骤：

(1)获取所述待打印物体的三维模型数据

具体的，通过CAD设计出待打印物体实体模型，并获取所述三维模型中各个点的坐标数据。

(2)根据所述待打印物体的三维模型数据，将所述待打印物体分割成由基本几何形体构成的模块，如矩形和圆柱。

(3)根据所述模块的形状确定激光器的扫描轨迹及相应的固化力度

具体的，根据物体形状及大小，设计相关程序，将待打印物体分割成以圆柱体、立方体等基本元素构成的若干个模块，从而确定激光的扫描轨迹及固化深度。

(4)根据所述固化深度确定激光功率，该功率由所建立的功率与深度对应表或数据库决定。具体的，事先确定激光的功率，使得当激光扫描器射出指定功率的激光后，该激光束以直线穿过所需固化深度的范围后，其能量值低于溶液的阀值，即溶液固化所需的最小能量，从而完成对该处位置的固化。

(5)根据所述激光功率得到激光扫描器的电脉冲扫描信号数据。

(6)根据所述电脉冲扫描信号数据及扫描轨迹将激光束导入光敏树脂溶液中在所述溶液中进行平移和旋转等六维运动，并保证激光探头的出射窗口沿所述模块的表面切线运动，从而完成轮廓光固化。

具体的，在本发明的实施例中，所述激光束从出射窗口垂直出射。通过控制激光器的旋转和平移实现激光束的旋转和平移以实现对待打印物体的光固化。

所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种六维内部光固化3D打印设备，其特征在于，包括底座(1)、旋转激光发生装置和外部移动装置，所述外部移动装置设置在底座(1)上，旋转激光发生装置安装在外部移动装置上；所述外部移动装置包括X轴导轨(8)、X轴电机(7)、Y轴导轨(5)、Y轴电机(6)、Z轴导轨(3)和Z轴电机(2)，所述Y轴导轨(5)活动设置在两个平行设置的X轴导轨(8)之间，Z轴导轨(3)活动设置在Y轴导轨(5)上，且X、Y和Z轴导轨(8,5,3)两两相互垂直；所述X、Y和Z轴电机(7,6,2)分别设置在X、Y和Z轴导轨(8,5,3)的端部作为驱动装置，所述旋转激光发生装置安装在Z轴导轨(3)上可360°旋转，实现光纤探头在三维空间上任意角度的固化。

2.根据权利要求1所述的六维内部光固化3D打印设备，其特征在于，所述旋转激光发生装置包括激光器、旋转台(4)、旋转电机(12)、链接导杆(11)、旋转驱动(9)和光纤探头(10)，所述旋转台(4)活动设置在Z轴导轨(3)上，旋转台(4)上设置有旋转电机(12)，所述链接导杆(11)活动设置在旋转电机(12)和旋转驱动(9)之间，光纤探头(10)设置在旋转驱动(9)上。

3.根据权利要求2所述的六维内部光固化3D打印设备，其特征在于，所述光纤探头(10)在使用时置于料槽内部并浸于光敏树脂溶液中。

4.根据权利要求3所述的六维内部光固化3D打印设备，其特征在于，所述旋转台(4)可360°旋转，从而带动光纤探头(10)在三维空间上任意角度的固化；所述旋转电机(12)带动链接导杆(11)控制旋转驱动(9)使光纤探头(10)实现在固定XY位置处的沿Z轴不同角度的固化。

5.根据权利要求4所述的六维内部光固化3D打印设备，其特征在于，所述光纤探头(10)在溶液中进行平移和旋转六维运动，光纤探头(10)沿所分割模块的表面切线运动，激光沿法线方向入射，完成光固化。