RU220761U1 - Фотополимерный 3D-принтер с многократной экспозицией - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к области построения трехмерных изделий путем отверждения жидкого фотополимера с помощью актиничного излучения. Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является улучшение разрешающей способности 3D-принтера с жидкокристаллическим дисплеем. Указанный технический результат достигается за счет того, что засветка фотополимера производится за несколько проходов со смещением. Благодаря тому, что при засветке с многократной экспозицией разрешающая способность не ограничена размером пикселей жидкокристаллического дисплея, а только устройством точного перемещения, достигается улучшение разрешающей способности фотополимерной 3D-печати.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области построения трехмерных изделий путем отверждения жидкого фотополимера с помощью актиничного излучения.

Известен способ формирования трехмерного изделия из жидкого фотополимера (патент US 7438846, опуб. 21.10.2008 г., МПК В28В 7/36, В29С 33/68, В29С 35/04), отверждаемого актиничным излучением, включающий осуществление проекции элементарного сечения актиничным излучением, экспозицию последовательности элементарных сечений, перемещение формируемого изделия вдоль оси построения, формирование изделия из жидкого фотополимера. При этом зона формирования со стороны проецирования ограничена окном - оптическим интерфейсом, а в качестве материала, граничащего с фотополимером, применена эластичная пленка. Недостатками известного способа является то, что он не обеспечивает достаточно высокую скорость формирования изделия и, кроме того, не обеспечивает достаточно высокое качество формируемых изделий. Известный способ не позволяет осуществлять экспозицию и перемещение формируемого изделия непрерывно, формирование изделия производится послойно с паузами в экспозиции.

Известен способ формирования трехмерного изделия из жидкого фотополимера с применением преобразования волнового фронта актиничного излучения и устройство для его осуществления (патент RU 2722902 опуб. 04.06.2020 г. МПК В29С 64/135, В29С 64/268, B33Y 10/00, B33Y 30/00). Устройство содержит источник актиничного излучения, емкость для размещения фотополимера с прозрачным окном - оптическим интерфейсом, и механизм перемещения формируемого изделия. Оптический интерфейс выполнен в виде, по крайней мере, одного преобразователя волнового фронта, в области плоскости фокуса которого размещен оптически прозрачный элемент, предназначенный для контакта с фотополимером. Формируемое изделие закреплено на подвижной платформе-носителе. Поверхность изделия, обращенная к оптическому интерфейсу, является поверхностью построения и поверхностью вовлечения фотополимера в область экспозиции. Источник актиничного излучения, предпочтительно, должен содержать элемент для пространственной модуляции актиничного излучения, например, жидкокристаллический дисплей (LCD), пространственный модулятор в виде матрицы микрозеркал (DMD), или другую подходящую систему, известную специалистам в данной области техники. Недостатком описываемого способа является ограниченная разрешающая способность формирования изображения, определяемая структурой элемента.

Наиболее близким к рассматриваемой заявке является устройство и метод аддитивного изготовления (патент US 11400645 опуб. 27.08.2020 г., МПК В29С 64/135). Устройство для аддитивного производства содержит емкость для содержания полимеризуемого материала, которая имеет прозрачную нижнюю стенку, боковые стенки и уплотнение между прозрачной нижней стенкой и боковыми стенками, а также платформу, способную перемещаться относительно нижней стенки емкости с помощью шагового двигателя (устройство перемещения). Под жестким прозрачным элементом расположен жидкокристаллический дисплей (LCD) между первой панелью поляризатора и второй панелью поляризатора. Направление поляризации первой панели поляризатора перпендикулярно направлению поляризации второй панели поляризатора. Под второй панелью поляризатора может быть предусмотрен оптический узел, который может содержать различные оптические компоненты, способные рассеивать, коллимировать, отражать или преломлять свет от источника излучения. Обычно оптический узел включает в себя рассеивающие и коллимирующие элементы. ЖК-дисплей, поляризаторы, источник света и оптический узел образуют часть программируемого модуля излучения, который прикреплен к прозрачной нижней стенке емкости и который может быть сконфигурирован для получения узорчатого пучка излучения для отверждения слоя из смолы в емкости с желаемым рисунком. Пиксели ЖК-дисплея представляют собой индивидуально адресуемые элементы, которые могут включаться или выключаться блоком управления устройства, которое подключено к ЖК-дисплею. Когда пиксель активирован (включен), он пропускает через себя свет, тогда как когда он неактивен (выключен), он блокирует свет.

Недостатком описываемого способа является дискретность формирования изображения, определяемая структурой ЖК-дисплея. Жидкокристаллические дисплеи, применяемые в фотополимерных 3D-принтерах, имеют на настоящем уровне развития техники структуру, состоящую из отдельных пикселей, с расстояниями между пикселями до 35-50 мкм, что и определяет максимальную разрешающую способность такого принтера в плоскости построения изображения.

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является улучшение разрешающей способности 3D-принтера с жидкокристаллическим дисплеем. Указанный технический результат достигается за счет того, что засветка фотополимера производится за несколько проходов со смещением.

Фотополимерный 3D-принтер с многократной экспозицией содержащий емкость, фотополимер, подвижную платформу, устройство грубого перемещения, блок управления, жидкокристаллический дисплей, рассеиватель, источник излучения, отличающийся тем, что в состав устройства включено устройство точного перемещения, а засветка фотополимера производится многократно при смещении платформы на величину, меньшую расстояния между пикселями жидкокристаллического дисплея.

Сущность полезной модели поясняется чертежами фиг. 1, фиг. 2, на которых изображена схема устройства.

Согласно фиг. 1, фотополимерный 3D-принтер с многократной экспозицией содержит емкость 1 с прозрачным дном, в которой находится фотополимер 2, подвижную платформу 3, способную погружаться в емкость 1, устройство точного перемещения 5, соединенное с платформой 3, устройство грубого перемещения 6, соединенное с устройством точного перемещения 5, блок управления 7, жидкокристаллический дисплей 8, прилегающий к прозрачной нижней стенке емкости 1, рассеиватель 9, равномерно распределяющий поток света от источника излучения 10. Место расположения напечатанной 3D-модели показано позицией 4.

Устройство работает следующим образом. Платформа 3 с помощью устройства грубого перемещения 6 опускается в емкость 1 с фотополимером 2 таким образом, чтобы между прозрачным дном емкости 1 и платформой 3 было расстояние, соответствующее необходимой толщине слоя засвечиваемого фотополимера. Блок управления 7 выводит на жидкокристаллический дисплей 8 изображение, соответствующее нужной конфигурации засветки слоя фотополимера 2, и включает источник излучения 10 на заданное время засветки. Излучение от источника 10 через рассеиватель 9 и жидкокристаллический дисплей 8 проникает к слою фотополимера 2, вызывает его полимеризацию и образует слой модели 4. Затем устройство точного перемещения 5 смещает платформу 3 в плоскости изображения на долю расстояния между пикселами. Блок управления 7 выводит на дисплей 8 новое изображение, соответствующее конфигурации засветки в смещенном положении, и опять включает источник излучения 10. Благодаря тому, что большая часть слоя фотополимера 2 была засвечена на предыдущем этапе, время засветки может быть сокращено. Этапы смещения платформы 3 и засветки продолжаются до тех пор, пока устройство точного перемещения 5 не пройдет необходимое количество положений, на которые было разбито расстояние между пикселами в плоскости изображения. Затем устройство грубого перемещения 6 поднимает платформу 3 на 5-10 мм над поверхностью емкости 1 для перемешивания фотополимера 2, для обеспечения притока свежего фотополимера в зону печати, и опускается в емкость 1 в положение, необходимое для печати следующего слоя.

На чертеже фиг. 2 показан механизм улучшения разрешающей способности в предлагаемом устройстве. Рассеиватель 9, равномерно распределяет поток света от источника излучения 10, 11 - положение пикселей жидкокристаллического дисплея без смещения, 12 - смещенное положение пикселей, 13 - слой полимеризовавшегося фотополимера после засветки в различных положениях. Таким образом, слой фотополимера засвечивается с разрешающей способностью, определяемой не расстоянием между пикселями жидкокристаллического дисплея (35-50 мкм), а разрешающей способностью устройства точного перемещения.

Устройство было реализовано на базе готового фотополимерного принтера Voxelab Proxima 6.0, от которого была использована емкость для фотополимера, платформа, устройство грубого перемещения, жидкокристаллический дисплей, и добавлено устройство точного перемещения - пьезоэлектрический двухкоординатный двигатель Standa 8NTS-XYZ-200.

Благодаря тому, что при засветке с многократной экспозицией разрешающая способность не ограничена размером пикселей жидкокристаллического дисплея, а только устройством точного перемещения, достигается улучшение разрешающей способности фотополимерной 3D-печати.

Claims (1)

1. Фотополимерный 3D-принтер с многократной экспозицией, содержащий емкость с прозрачным дном, в которой находится фотополимер, подвижную платформу, способную погружаться в емкость, устройство грубого перемещения, блок управления, жидкокристаллический дисплей, прилегающий к прозрачной нижней стенки емкости, рассеиватель, равномерно распределяющий поток света от источника излучения, отличающийся тем, что дополнительно содержит устройство точного перемещения, соединенное с платформой и с устройством грубого перемещения, при этом засветка фотополимера производится многократно при смещении платформы на величину, меньшую расстояния между пикселями жидкокристаллического дисплея.