CN207669793U - 光固化3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光固化3D打印机，包括底座、储存液态光敏树脂的料槽、成型平台和升降机构，其中，所述料槽、升降机构分别设置在所述底座上，所述成型平台与所述升降机构连接，所述成型平台悬于所述料槽的正上方，所述底座内设有固化光源，所述固化光源为阵列紫外LED背光灯板，所述底座上设有显示部件，所述显示部件为液晶显示屏，所述阵列紫外LED背光灯板位于所述液晶显示屏的正下方，所述液晶显示屏位于所述料槽的槽底，所述料槽上设有绷紧的FEP膜。本实用新型的有益效果是：简化了结构，降低了成本。

Description

光固化3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印机，尤其涉及一种光固化3D打印机。

背景技术

光固化3D打印技术是历史最早最古老的3D打印技术，它因为打印精度高，表面光洁度好等优势一直被3D打印行业青睐。近几年来，随着材料科学的进步，各种功能各异的功能性液态光敏树脂材料被开发出来，其打印精度和速度也有了非常大的提升，光固化3D打印技术也因此受到了越来越多的关注。

然而，影响立体光固化3D打印技术发展的问题依然困扰着行业内的专家和工程师们。这项技术需要高昂的成本,令很多用户望而怯步。因此如何提供一种简单易用、精度高、价格低廉的光固化3D打印机是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种光固化3D打印机。

本实用新型提供了一种光固化3D打印机，包括底座、储存液态光敏树脂的料槽、成型平台和升降机构，其中，所述料槽、升降机构分别设置在所述底座上，所述成型平台与所述升降机构连接，所述成型平台悬于所述料槽的正上方，所述底座内设有固化光源，所述固化光源为阵列紫外LED背光灯板，所述底座上设有显示部件，所述显示部件为液晶显示屏，所述阵列紫外LED背光灯板位于所述液晶显示屏的正下方，所述液晶显示屏位于所述料槽的槽底，所述料槽上设有绷紧的FEP膜。

作为本实用新型的进一步改进，所述底座内充有主控板和散热风扇，所述底座上设有带开关的旋转编码器旋钮和SD卡卡槽，所述带开关的旋转编码器旋钮、SD卡卡槽、升降机构、阵列紫外LED背光灯板、液晶显示屏分别与所述主控板电连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述液晶显示屏上设有钢化玻璃，所述主控板包括MCU处理芯片，所述带开关的旋转编码器旋钮上设有RGB灯，所述带开关的旋转编码器旋钮的输出端与所述MCU处理芯片连接，所述MCU处理芯片的输出端分别与所述RGB灯、阵列紫外LED背光灯板、液晶显示屏连接，所述SD卡卡槽的输出端与所述MCU处理芯片连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述液晶显示屏的上下表面分别设有控制偏振光的偏振方向的偏振光滤光器。

作为本实用新型的进一步改进，所述偏振光滤光器为粘贴在所述液晶显示屏的上下表面的偏振光滤光膜。

作为本实用新型的进一步改进，所述阵列紫外LED背光灯板包括在所述液晶显示屏的显示区域内均匀阵列分布的紫外LED背光灯，每个所述紫外LED背光灯上均安装有聚光镜，所述聚光镜的折射角度小于60度。

作为本实用新型的进一步改进，所述料槽包括层叠设置的上料槽、中料槽和下料槽，所述FEP膜夹设在所述中料槽、下料槽之间，所述中料槽、下料槽通过压紧紧固件连接，所述下料槽、上料槽通过绷膜紧固件连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述上料槽上设有沿其一周分布的凸起部，所述凸起部绷紧所述FEP膜。

本实用新型的有益效果是：简化了结构，降低了成本。

附图说明

图1是本实用新型一种光固化3D打印机的整体示意图。

图2是本实用新型一种光固化3D打印机的底座的示意图。

图3是本实用新型一种光固化3D打印机的料槽的示意图。

图4是本实用新型一种光固化3D打印机的工作流程图。

图5是本实用新型一种光固化3D打印机的控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1至图5所示，一种光固化3D打印机，包括底座104、储存液态光敏树脂的料槽3、成型平台4和升降机构5，其中，所述料槽3、升降机构5分别设置在所述底座104上，所述成型平台104与所述升降机构5连接，所述成型平台4悬于所述料槽3的正上方，所述底座104内设有固化光源，所述固化光源为阵列紫外LED背光灯板12，所述底座104上设有显示部件，所述显示部件为液晶显示屏9（LCD），所述阵列紫外LED背光灯板12位于所述液晶显示屏9的正下方，所述液晶显示屏9位于所述料槽3的槽底，所述料槽3上设有绷紧的FEP膜14，所述成型平台4上设有调平机构，使用能够被紫外光固化的液态光敏树脂作为3D打印原材料，液态光敏树脂常温未被紫外光照射状态下为可流动的液态，在被紫外光照射之后变成固态。固化后，根据其不同树脂配方有不同特性，如韧性，刚性，软性，高透明性等。

如图1至图5所示，所述底座104内充有主控板11和散热风扇10，所述底座104上设有带开关的旋转编码器旋钮2和SD卡卡槽1，SD卡卡槽1用于对接SD卡102，所述带开关的旋转编码器旋钮2、SD卡卡槽1、升降机构5、阵列紫外LED背光灯板12、液晶显示屏9分别与所述主控板11电连接。

如图1至图5所示，所述液晶显示屏9上设有钢化玻璃6，用于保护液晶显示屏9，所述主控板包括MCU处理芯片101，所述带开关的旋转编码器旋钮2上设有RGB灯103，所述带开关的旋转编码器旋钮2的输出端与所述MCU处理芯片101连接，所述MCU处理芯片101的输出端分别与所述RGB灯103、阵列紫外LED背光灯板12、液晶显示屏9连接，所述SD卡102的输出端与所述MCU处理芯片101连接。

如图1至图5所示，升降机构5包括步进电机7和光电限位开关8，光电限位开关8的出端与所述MCU处理芯片101连接，所述MCU处理芯片101的输出端与所述步进电机7连接。

如图1至图5所示，所述液晶显示屏9的上下表面分别设有控制偏振光的偏振方向的偏振光滤光器。

如图1至图5所示，所述偏振光滤光器为粘贴在所述液晶显示屏9的上下表面的偏振光滤光膜。

如图1至图5所示，成像所使用的高分辨率LCD液晶面板中包含了众多像素点，每个像素点可以单独控制偏振光的偏振方向，配合液晶面板两侧的偏振光滤光器即贴在LCD液晶面板上下两表面的偏振光滤光膜，可控制某一像素点的光线是否通过，黑白对比度高于800:1，透明显示区域（白色）对紫外光阻隔减小，紫外线固化光线能够通过，在没有图像显示的不透明（黑色）区域，紫外光线被阻挡，紫外线固化光线不能够通过。

如图1至图5所示，所述阵列紫外LED背光灯板12包括在所述液晶显示屏9的显示区域内均匀阵列分布的紫外LED背光灯，每个所述紫外LED背光灯上均安装有聚光镜，所述聚光镜的折射角度小于60度。

如图1至图5所示，LED灯紫外波长为400-410nm，在LCD显示区域内均匀阵列分布，每个LED灯安装有折射角度小于60度的聚光镜，使光线更加集中，角度更小，以减小光的衍射效应。LED灯珠功率大于等于1W，接入恒流源使其稳定发出400-410nm紫外光，并且可通过PWM由主控板11控制其光照强度。

如图1至图5所示，所述料槽3包括层叠设置的上料槽16、中料槽15和下料槽13，所述FEP膜14夹设在所述中料槽15、下料槽13之间，所述中料槽15、下料槽13通过压紧螺钉18连接，所述下料槽13、上料槽16通过绷膜螺钉19连接。

如图1至图5所示，所述上料槽16上设有沿其一周分布的凸起部161，所述凸起部161绷紧所述FEP膜14，所述上料槽16通过螺钉17固定在底座104上。

如图1至图5所示，FEP膜14厚度为0.1-0.3mm，由于FEP膜14摩擦系数非常低，同时具有一定弹性，因此绷紧的FEP膜14能够非常容易与固化的树脂模型脱离。

如图1至图5所示，当光固化3D打印机（简称3D打印机）在待机状态时，集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮2（简称旋钮）状态为绿色呼吸灯，此时可通过旋转旋钮顺时针方向或逆时针方向控制步进电机7正转或反转，驱动成型平台4（又称打印平台）上升下降；当插入SD卡102打印时，按下旋钮，集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮2状态为红色闪烁灯，3D打印机开始打印；当3D打印机打印过程中，按下旋钮，集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮2状态为蓝色灯，3D打印机执行完当前固化层后，打印平台会抬起一定高度，方便操作者查看打印状况；再按下按钮，打印平台会下降回打印位置继续打印，集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮2状态变回红色闪烁灯；当操作者需要停止打印时，在任何状态下，长按旋钮直至集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮2状态变为绿色呼吸灯，打印终止，3D打印机变回待机状态；当将带有固件升级文件的SD卡102插入并之后开机时，系统将检测固件升级文件并开始系统升级，集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮2状态变为紫色灯，系统升级完成后集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮2状态为绿色呼吸灯。

本实用新型提供的一种光固化3D打印机，使用LCD液晶显示技术作为一种截面图形投射源，以带聚光镜的阵列400-410nm紫外LED背光灯为固化光，可以投影处与数字光处理影技术相似的光束图像，从而可用于构建基于投影成像系统。

成像所使用的高分辨率LCD液晶面板中包含了众多像素点，每个像素点可以单独控制偏振光的偏振方向，配合液晶面板两侧的偏振光滤光器即贴在LCD液晶面板上下两表面的偏振膜，可控制某一像素点的光线是否通过，因此经过液晶面板系统的光束是图像化的紫外线固化光线。

利用液晶屏LCD液晶屏成像原理，先由计算机切片软件根据软件内设置的参数，将三维模型分层切片成若干截面图像，生成一种混合数控代码及图形的打印文件，然后保存在SD卡102中。将SD卡102插入，启动打印操作后，主控板11读取SD卡102中的打印文件，控制步进电机7旋转驱动打印平台升降、紫外LED背光灯开闭及液晶屏图形显示。

打印时，主控板11根据打印文件中的图形信息，控制液晶显示屏9显示出可透过紫外线固化光线的透明区域（即白色）和不可透过紫外线固化光线的不透明（即黑色）区域。在背面紫外LED背光灯的照射下，液晶屏幕的图像透明区域对紫外光阻隔减小，紫外线固化光线通过；在没有图像显示的不透明区域，紫外光线被阻挡。透过液晶屏的紫外光线构成紫外光图像区域。在液晶屏幕的上表面安置存放光固化液态树脂的料槽3。料槽3底面为透明的FEP薄膜14，紫外光线经过透明的FEP薄膜14照射到液态光固化树脂，使被紫外光照射的光敏树脂产生光固化反应，被照射到的液态树脂固化成为固体。而液晶屏幕不透光的部分遮挡了紫外光线。被遮挡部分的液态光固化树脂没有被紫外光线照射到，因此没有被照射到的部分树脂仍然保持液态。液晶屏逐层显示，成型平台4逐层往复上升（因固化的模型需要剥离及液态光敏树脂需要回流，因此每层打印过程都需要先抬升使FEP膜弹性剥离模型，液态光敏树脂回流，然后打印平台再下降到下一层高度处继续固化），这样一层层叠加固化而成三维模型。

如图4所示，一种光固化3D打印机，其工作过程为：

1、通过三维设计软件导出STL\OBJ\SLC格式三维模型文件；

2、将STL\OBJ\SLC格式三维模型文件导入光固化3D打印机的切片软件；

3、保存至SD卡102；

4、将SD卡102插入SD卡卡槽1；

5、将液太光敏树脂倒入料槽3；

6、进行3D打印，形成树脂模型；

7、取下树脂模型，进行清洗及后固化；

8、吹干，形成最终树脂模型。

使用Gcode数控代码作为运动控制代码，使用二进制代码表示LCD液晶屏显示的黑白像素，使用点对点扫描的方式精确显示图形。打印文件数据结构及注释如下所示：

G21; 使用毫米作为单位；

G91; 设置成相对定位；

M17; 启动所有步进电机7；

M106 S0; 关闭紫外LED背光灯；

G28 Z0; 成型平台4移动到Z轴原点；

W:480;图形宽方向像素点；

H:854;图形长方向像素点；

L:1;层号1；

M106 S0; 关闭紫外LED背光灯；

G1 Z4 F20; 成型平台4以20mm/min速度上升4mm，完成补液过程；

G1 Z-3.95 F20; 成型平台4以20mm/min速度下降3.95mm，层厚0.05mm位置；

{{L1层图形二进制代码}}；液晶显示屏9显示L1层图形；

M106 S100;打开紫外LED背光灯，光强度开到100级；

G4 S10; 紫外LED背光灯照射液晶显示屏9，10秒固化液态光敏树脂；

L:2;层号2；

M106 S0; 关闭紫外LED背光灯；

G1 Z4 F20; 成型平台4以20mm/min速度上升4mm，完成补液过程；

G1 Z-3.95 F20; 成型平台4以20mm/min速度下降3.95mm，层厚0.05mm位置；

{{L2层图形二进制代码}}；紫外LED背光灯显示L2层图形；

M106 S100;打开紫外LED背光灯，光强度开到100级；

G4 S10; 紫外LED背光灯照射液晶显示屏9，10秒固化液态光敏树脂；

……

L:n;层号n；

M106 S0; 关闭液晶显示屏9；

G1 Z4 F20; 成型平台4以20mm/min速度上升4mm，完成补液过程；

G1 Z-3.95 F20; 成型平台4以20mm/min速度下降3.95mm，层厚0.05mm位置；

{{Ln层图形二进制代码}}；液晶显示屏9显示Ln层图形；

M106 S100;打开液晶显示屏9，光强度开到100级；

G4 S10; 紫外LED背光灯照射液晶显示屏，10秒固化液态光敏树脂；

M106 S0;关闭LCD液晶屏；

G1 Z20.0; 成型平台4上升20mm，模型离开光敏树脂液方便取下模型，

G4 S300; 停顿300秒，方便打印后模型上面粘的液态光敏树脂留流下

M18; 关闭所有步进电机7。

当研发设计人员需要开发某款产品时，需要最真实的模拟测试产品的外观和真实的材料性能。他可以选择使用光固化3D打印机，在设计软件中导出STL/OBJ/SLC格式三维模型文件，再将文件导入光固化3D打印机切片软件中，经过切片处理后将数据保存至SD卡11，然后将SD卡11插入光固化3D打印机中，倒入液态光敏树脂到光固化3D打印机的料槽3中，按下按钮开始打印，打印完成之后取下树脂模型，清洗后再用紫外光后固化处理，最后吹干模型即可进行产品模拟测试。

如图5所示，使用一个MCU处理芯片101流程化分步骤控制液晶显示屏9显示、步进电机7旋转运动等。MCU处理芯片101从SD卡102中读取打印文件的信息，根据Gcode信息控制步进电机7旋转运动和用Gcode信息中的PWM控制紫外LED背光灯开闭和光强度等级，读取二进制代码表示的图形信息控制LCD液晶屏显示图形。MCU处理芯片从带开关的旋转编码器旋钮中获取操作者的命令，如打印、暂停、停止、上升、下降等，并把处理的状态通过集成在带开关的旋转编码器旋的RGB灯的颜色和闪烁表现出来。MCU处理芯片从光电限位开关反馈检测步进电机驱动的丝杆导轨组合是否把成型平台移动到平台零点，并以此建立相对坐标系，控制步进电机驱动的丝杆导轨组合运动。

本实用新型提供的一种光固化3D打印机，使用液晶显示屏9（LCD）作为显示部件，使用带聚光镜的阵列400-410nm紫外LED背光灯作为固化光，使用能够被紫外光固化的液态光敏树脂作为3D打印原材料，使用具有FEP膜绷紧机构的料槽作为液态光敏树脂储存部分，使用具有调节功能的打印平台4作为成型部分，使用集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮2作为操作部件及操作指示部件，使用一种混合数控代码及图形的打印文件作为设备数据文件并以SD卡作为数据文件传输介质，使用步进电机7驱动的丝杆导轨组合作为移动打印平台4的部分，使用集成液晶屏驱动、步进电机驱动的主控板11作为控制器。能够大大降低光固化3D打印机整体成本，在提高打印成型体积的同时保证打印精度，阵列光源确保了光的均匀分布，聚光镜将光线角度控制在小角度减少了光的衍射效应，料槽3使用FEP膜14，对树脂粘附性低易于打印脱模并且可以长时间重复使用，具有调节功能的打印平台4使打印调平更加轻松，独特旋钮便于操作，采用混合数控代码及图形的打印文件能够简单实现图形显示和电机控制的统一，步进电机7驱动的丝杆导轨组合控制简单成本较低精度可控，集成液晶屏驱动、步进电机驱动的主控板11通过单芯片（MCU处理芯片）控制液晶屏显示和步进电机运动成本更低集成化程度更高。

本实用新型提供的一种光固化3D打印机与光固化3D打印方法，使用技术成熟价格低廉容易获取的LCD液晶屏作为截面图形显示部件，大大降低了整体的成本，同时随着LCD液晶屏技术的发展，2K、4K等更高分辨率液晶屏的大规模应用，使用LCD液晶屏技术的更大尺寸更高精度的光固化3D打印机成为了未来发展的趋势；使用集成RGB灯的带开关的旋转编码器旋钮作为操作旋钮，将打印平台升降、启动打印、暂停打印、停止打印、工作状态显示等功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种光固化3D打印机，其特征在于：包括底座、储存液态光敏树脂的料槽、成型平台和升降机构，其中，所述料槽、升降机构分别设置在所述底座上，所述成型平台与所述升降机构连接，所述成型平台悬于所述料槽的正上方，所述底座内设有固化光源，所述固化光源为阵列紫外LED背光灯板，所述底座上设有显示部件，所述显示部件为液晶显示屏，所述阵列紫外LED背光灯板位于所述液晶显示屏的正下方，所述液晶显示屏位于所述料槽的槽底，所述料槽上设有绷紧的FEP膜。

2.根据权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述底座内充有主控板和散热风扇，所述底座上设有带开关的旋转编码器旋钮和SD卡卡槽，所述带开关的旋转编码器旋钮、SD卡卡槽、升降机构、阵列紫外LED背光灯板、液晶显示屏分别与所述主控板电连接。

3.根据权利要求2所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述液晶显示屏上设有钢化玻璃，所述主控板包括MCU处理芯片，所述带开关的旋转编码器旋钮上设有RGB灯，所述带开关的旋转编码器旋钮的输出端与所述MCU处理芯片连接，所述MCU处理芯片的输出端分别与所述RGB灯、阵列紫外LED背光灯板、液晶显示屏连接，所述SD卡卡槽的输出端与所述MCU处理芯片连接。

4.根据权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述液晶显示屏的上下表面分别设有控制偏振光的偏振方向的偏振光滤光器。

5.根据权利要求4所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述偏振光滤光器为粘贴在所述液晶显示屏的上下表面的偏振光滤光膜。

6.根据权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述阵列紫外LED背光灯板包括在所述液晶显示屏的显示区域内均匀阵列分布的紫外LED背光灯，每个所述紫外LED背光灯上均安装有聚光镜，所述聚光镜的折射角度小于60度。

7.根据权利要求1所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述料槽包括层叠设置的上料槽、中料槽和下料槽，所述FEP膜夹设在所述中料槽、下料槽之间，所述中料槽、下料槽通过压紧紧固件连接，所述下料槽、上料槽通过绷膜紧固件连接。

8.根据权利要求7所述的光固化3D打印机，其特征在于：所述上料槽上设有沿其一周分布的凸起部，所述凸起部绷紧所述FEP膜。