CN207916053U - 掩膜式光固化3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种掩膜式光固化3D打印机，包括机架、传动机构、打印平台、光敏树脂槽、LCD液晶显示屏、紫外光源及控制系统，所述机架底部设有橡胶脚杯以缓冲机器共振，所述传动机构固定于所述机架，所述传动机构连接所述打印平台以连动所述打印平台升降，所述光敏树脂槽设于所述打印平台的下方，所述打印平台设有通孔和导流面，所述光敏树脂槽底部设有绷紧离型膜并通过可拆卸结构进行紧固，所述LCD液晶显示屏设于所述光敏树脂槽的底部，所述紫外光源设于所述LCD液晶显示屏的下方；所述传动机构、LCD液晶显示屏及紫外光源分别与所述控制系统电连接。本实用新型掩膜式光固化3D打印机能够使光敏树脂迅速回流和减少机械共振，以提高打印成功率和精度。

Description

掩膜式光固化3D打印机

技术领域

本实用新型涉及一种增材制造领域，尤其涉及一种掩膜式光固化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，光源利用率高，固化能够面成型，速度较快。

DLP技术常见的成型材料为光敏树脂，光敏树脂呈现的是一种粘稠性液体，在一定波长的紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化。打印时，往往将用于成型的打印平台浸没于光敏树脂，紫外光照射并完成固化。但若增大打印平台的尺寸，在打印平台上升的过程中，就会容易因光敏树脂的粘稠性导致光敏树脂无法迅速回流到树脂槽内，一旦打印完一层第二层打印开始前光敏树脂没有及时回流补充就会导致打印失败，而且，打印平台尺寸增加所带来的过大的离型力引起的机械共振也会导致打印失败，因此，打印较大尺寸成品的时候往往面临打印精度和成功率下降等问题，从而导致打印尺寸受到局限。

因此，急需要一种能够使光敏树脂迅速回流和减少机械共振，以提高打印成功率和精度的掩膜式光固化3D打印机来克服上述的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够使光敏树脂迅速回流和减少机械共振，以提高打印成功率和精度的掩膜式光固化3D打印机。

为了实现上述目的，本实用新型提供的掩膜式光固化3D打印机包括机架、传动机构、打印平台、光敏树脂槽、LCD液晶显示屏、紫外光源及控制系统，所述机架底部设有橡胶脚杯以缓冲机器的共振，所述传动机构固定于所述机架，所述传动机构连接所述打印平台以连动所述打印平台升降，所述光敏树脂槽设于所述打印平台的下方，所述打印平台设有允许光敏树脂通过的通孔和用于将光敏树脂导向所述光敏树脂槽底部四周的导流面，所述光敏树脂槽底部设有绷紧离型膜并通过可拆卸结构进行紧固，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；所述传动机构、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，由于本实用新型在打印平台设有允许光敏树脂通过的通孔和用于将光敏树脂导向所述光敏树脂槽底部四周的导流面，在打印平台上升的过程中，光敏树脂就可以从通孔迅速流到光敏树脂槽的底部，未通过通孔的光敏树脂槽就可在导流面的引导下流至光敏树脂槽的底部四周，能够使光敏树脂迅速地回流到光敏树脂槽内，从而避免因光敏树脂未及时回流补充所导致的打印失败；机架底部设有橡胶脚杯能够有效缓冲机器的共振，从而提高打印的成功率和精度；通过可拆卸结构将绷紧离型膜设于光敏树脂槽的底部，能够实现离型膜的快速拆卸和更换，方便使用；利用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，使得其透出的光线是平行光线，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；因此，本实用新型的掩膜式光固化3D打印机能够使光敏树脂迅速回流和减少机械共振，从而有效提高打印的成功率和精度。

较佳地，所述机架包括支撑杆、上铝板和下铝板，所述下铝板设置于所述上铝板的下方且两者相互平行，所述支撑杆分别与所述上铝板、下铝板可拆卸连接，所述光敏树脂槽可拆卸地固定于所述上铝板。

较佳地，所述上铝板、下铝板通过三角件与所述支撑杆螺纹连接，以提高整体机架的稳定性。

较佳地，所述传动机构上设置有用于限制所述打印平台行程的限位开关，所述限位开关与所述控制系统电性连接。

较佳地，所述控制系统包括RaspberryPi控制器和Arduino控制器，所述RaspberryPi控制器可做云端远程地控制所述Arduino控制器，以使所述Arduino 控制器控制3D打印机的运动。

较佳地，所述通孔由所述打印平台的顶面竖直地贯穿至所述打印平台的底面，且所述通孔的数量有多个且均匀地排布于所述打印平台。

较佳地，所述导流面从所述打印平台的中心往四周向下倾斜。

较佳地，所述可拆卸结构包括垫片和手拧螺丝，所述垫片分别设置于所述绷紧离型膜的两侧，所述绷紧离型膜呈紧绷地夹紧于所述垫片，所述垫片通过所述手拧螺丝紧固于所述上铝板。

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。

较佳地，所述光敏树脂槽内设有液位检测传感器，所述液位检测传感器与所述控制系统电连接。

附图说明

图1是本实用新型掩膜式光固化3D打印机的结构示意图。

图2是本实用新型掩膜式光固化3D打印机的侧视图。

图3是本实用新型掩膜式光固化3D打印机的光敏树脂槽、LCD液晶显示屏、紫外光源和散热装置的爆炸图。

图4是本实用新型掩膜式光固化3D打印机的光敏树脂槽、LCD液晶显示屏、紫外光源和散热装置的另一爆炸图。

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。

请参阅1-2，本实用新型掩膜式光固化3D打印机100包括机架1、传动机构2、打印平台3、光敏树脂槽4、LCD液晶显示屏5、紫外光源6、散热装置7及控制系统(图未示)，机架1底部设有橡胶脚杯11以缓冲机器的共振，传动机构2固定于机架1，传动机构2连接打印平台3以连动打印平台3步进式地升降，光敏树脂槽4 设于打印平台3的下方，光敏树脂槽4具有遮光盖(图未示)，在打印时需要盖上遮光盖。打印平台3开设有允许光敏树脂通过的通孔31和设有用于将光敏树脂导向光敏树脂槽底部四周的导流面32，光敏树脂槽4底部设有绷紧离型膜41并通过可拆卸结构进行紧固，LCD液晶显示屏5设置于光敏树脂槽4的底部，紫外光源6 设置于LCD液晶显示屏5的下方；散热装置7连接于紫外光源6的下方，散热装置7 的设置可以保证紫外光源6在正常的温度下工作，防止温度过高烧坏紫外光源6；控制系统包括RaspberryPi控制器(图未示)和Arduino控制器(图未示)，传动机构2、紫外光源6、LCD液晶显示屏5及散热装置7分别与Arduino控制器电性连接，RaspberryPi控制器可做云端远程地控制Arduino控制器，从而控制3D打印机的工作，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，使位于打印平台3表面的光敏树脂发生紫外光固化，实现3D打印。更为具体地，如下：

请参阅1-2，机架1包括支撑杆12、三角件15、上铝板13和下铝板14，下铝板 14设置于上铝板13的下方且两者相互平行，光敏树脂槽4可拆卸地固定于上铝板 13的上方，支撑杆12通过三角件15分别与上铝板13、下铝板14可拆卸地螺纹连接，支撑杆12、三角件15、上铝板13和下铝板14在其连接处都配合地设置有槽口16，为其安装提供定位基准，从而使其连接更牢固，利用三角件15的稳定性能够有效地提高整体机架1的稳定性，进而有效缓冲机器的共振，提高打印成功率，各个部件的可拆卸可实现3D打印机的快速拆装且运输方便。

再请参阅图1－2，传动机构2包括步进电机(图未示)、滚珠丝杆22、滑块23 及连接件24，步进电机的输出端与滚珠丝杆22连接，滑块23螺纹连接于滚珠丝杆22，连接件24锁紧于滑块23，打印平台3水平地通过手拧螺丝43固定于连接件 24上，滑块23上固定有用于限制打印平台3行程的限位开关21，限位开关21与控制系统电性连接，较优的是，连接件24呈“L”字型。本实用新型步进电机采用 0.9度的42步进电机，转动一圈需要360/1.8＝200个步进角度，采用32细分驱动器可把1.8度分成32分即为1.8/32＝0.05625度，每转一圈需要200＊32＝6400步进，滚珠丝杆22导程为8MM，因此可得出一个脉冲信号步进电机行走的距离是8/6400 ＝0.00125mm即为Z轴打印理论精度，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。

请参阅1，打印平台3的通孔31由打印平台3的顶面竖直地贯穿至打印平台3 的底面，且通孔31的数量有多个且均匀地排布于打印平台3；导流面32从打印平台3的中心往四周向下倾斜，较优的是，导流面32的数量为4个。

请参阅1及图4，可拆卸结构包括垫片42和手拧螺丝43，垫片42的数量为2且分别设置于绷紧离型膜41的两侧，绷紧离型膜41呈紧绷地夹紧于两侧的垫片42 内，垫片42通过手拧螺丝43紧固于上铝板13并同时将LCD液晶显示屏压紧于上铝板13，较优的是，绷紧离型膜41为FEP离型膜。LCD液晶显示屏5与紫外光源6之间设有聚光罩8，聚光罩8与上铝板13可拆卸地螺纹连接，紫外线光源与聚光罩8 连接并安装于聚光罩8的中心位置。聚光罩8可以使紫外光源6发出的光线聚集于 LCD液晶显示屏5的方向，以提高光敏树脂的光固化效率。

再如图1所示，光敏树脂槽4内设有液位检测传感器(图未示)，液位检测传感器与控制系统电连接。设置液位检测传感器可以对光敏树脂槽4内的光敏树脂量进行检测，防止光敏树脂量过多或过少。本实用新型掩膜式光固化3D打印机 100还包括光敏树脂回收系统(图未示)，光敏树脂回收系统与光敏树脂槽4连通并为其提供光敏树脂，并在打印后回收使用过的光敏树脂；具体地，光敏树脂回收系统包括储存装置(图未示)、输送装置(图未示)、回收装置(图未示) 及检测装置(图未示)，输送装置的输入端及输出端分别与储存装置及光敏树脂槽4连通，回收装置的输入端及输出端分别与光敏树脂槽4及储存装置连通，检测装置设置于所述储存装置中以检测光敏树脂的容量，输送装置、回收装置及检测装置分别与控制系统电性连接，液位检测传感器时刻将数据反馈到控制系统，控制系统根据反馈数据控制输送装置、回收装置工作，以使光敏树脂槽4内的光敏树脂保持在一个合适容量。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控制光敏树脂的输送量，避免浪费材料，又保证使用的安全性。

综合上述，下面对面实用新型掩膜式光固化3D打印机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、厚度等数据通过无线网络传入控制系统，Raspberry Pi控制器远程控制 Arduino控制器启动。打印时，Arduino控制器控制LCD液晶显示屏的开启和控制打印平台3下降至光敏树脂槽4的打印位置处并浸于光敏树脂内触发限位开关21，此时，控制系统根据当前的切片的数据，控制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，控制系统控制开启紫外光源6及散热装置7，紫外线光线透过LCD液晶显示屏5的透光面照射到打印平台3表面，以使打印平台3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打印平台3的表面，此时，控制系统控制LCD液晶显示屏5全部遮光。当该切片固化完成后，控制系统根据第二个切片的体积数据，控制步进电机转动，以通过滚珠丝杆22 驱动打印平台3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，在滚珠丝杆22移动的过程中，光敏树脂迅速通过打印平台3的通孔31流至光敏树脂槽4的底部，未通过通孔31的光敏树脂从导流面32的引导下流至光敏树脂槽4的底部四周，然后，控制系统控制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，紫外线光线透过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。

由于本实用新型在打印平台3设有允许光敏树脂通过的通孔31和用于将光敏树脂导向光敏树脂槽4底部四周的导流面32，在打印平台3上升的过程中，光敏树脂就可以从通孔31迅速流到光敏树脂槽4的底部，未通过通孔31的光敏树脂槽4就可在导流面32的引导下流至光敏树脂槽4的底部四周，能够使光敏树脂迅速地回流到光敏树脂槽4内，从而避免因光敏树脂未及时回流补充所导致的打印失败；机架1底部设有橡胶脚杯11能够有效缓冲机器的共振，光敏树脂槽4、LCD液晶显示屏5和聚光罩8等多个部件直接固定于上铝板13能够有效提高部件的连接稳定性，从而有效抵消振动，进而从整体上提高打印的成功率和精度；通过可拆卸结构将绷紧离型膜41设于光敏树脂槽4的底部，能够实现离型膜的快速拆卸和更换，方便使用；利用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，使得其透出的光线是平行光线，打印平台3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；进一步，3D打印机整体的多个部件都是通过手拧螺母等可拆卸连接固定的，方便安装和运输，且方便各个零部件的更换；利用Raspberry Pi控制器实现远程控制，使用简单，操作方便；因此，本实用新型的掩膜式光固化3D打印机能够使光敏树脂迅速回流和减少机械共振，从而有效提高打印的成功率和精度。

本实用新型大型掩膜式光固化3D打印设备所涉及到的Arduino控制器及Raspberry Pi控制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)

1.一种掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：包括机架、传动机构、打印平台、光敏树脂槽、LCD液晶显示屏、紫外光源及控制系统，所述机架底部设有橡胶脚杯以缓冲机器的共振，所述传动机构固定于所述机架，所述传动机构连接所述打印平台以连动所述打印平台升降，所述光敏树脂槽设于所述打印平台的下方，所述打印平台设有允许光敏树脂通过的通孔和用于将光敏树脂导向所述光敏树脂槽底部四周的导流面，所述光敏树脂槽底部设有绷紧离型膜并通过可拆卸结构进行紧固，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；所述传动机构、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所述的掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：所述机架包括支撑杆、上铝板和下铝板，所述下铝板设置于所述上铝板的下方且两者相互平行，所述支撑杆分别与所述上铝板、下铝板可拆卸连接，所述光敏树脂槽可拆卸地固定于所述上铝板。

3.如权利要求2所述的掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：所述上铝板、下铝板通过三角件与所述支撑杆螺纹连接，以提高整体机架的稳定性。

4.如权利要求1所述的掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：所述传动机构上设置有用于限制所述打印平台行程的限位开关，所述限位开关与所述控制系统电性连接。

5.如权利要求1所述的掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：所述控制系统包括RaspberryPi控制器和Arduino控制器，所述RaspberryPi控制器可做云端远程地控制所述Arduino控制器，以使所述Arduino控制器控制3D打印机的运动。

6.如权利要求1所述的掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：所述通孔由所述打印平台的顶面竖直地贯穿至所述打印平台的底面，且所述通孔的数量有多个且均匀地排布于所述打印平台。

7.如权利要求1所述的掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：所述导流面从所述打印平台的中心往四周向下倾斜。

8.如权利要求2所述的掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：所述可拆卸结构包括垫片和手拧螺丝，所述垫片分别设置于所述绷紧离型膜的两侧，所述绷紧离型膜呈紧绷地夹紧于所述垫片，所述垫片通过所述手拧螺丝紧固于所述上铝板。

9.如权利要求1所述的掩膜式光固化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。

10.如权利要求1所述的掩膜式光固化3D打印机，其特征在于：所述光敏树脂槽内设有液位检测传感器，所述液位检测传感器与所述控制系统电连接。