RU2810712C1 - Method for vector-matrix photopolymer 3d printing (options) - Google Patents
Method for vector-matrix photopolymer 3d printing (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810712C1 RU2810712C1 RU2023106858A RU2023106858A RU2810712C1 RU 2810712 C1 RU2810712 C1 RU 2810712C1 RU 2023106858 A RU2023106858 A RU 2023106858A RU 2023106858 A RU2023106858 A RU 2023106858A RU 2810712 C1 RU2810712 C1 RU 2810712C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- lcd
- matrices
- photopolymer
- construction platform
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000007639 printing Methods 0.000 title abstract description 21
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 70
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 description 3
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области аддитивных технологий, а именно к изготовлению изделий методом трёхмерной стереолитографической печати из различных фотополимеров, включая медицинские, выжигаемые, промышленные и т.д.The invention relates to the field of additive technologies, namely to the production of products using three-dimensional stereolithographic printing from various photopolymers, including medical, burnable, industrial, etc.
Из уровня техники известны несколько методов стереолитографической печати (см., например, Haoyuan Quan. Photo-curing 3D printing technique and its challenges / Haoyuan Quan, Ting Zhang, Hang Xu, Shen Luo, Jun Nie, Xiaoqun Zhu // College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology. – Bioactive Materials. – 2020. – 5. – p. 110–115). В большинстве случаев используются самые распространённые методы, такие как SLA, DLP, LCD, CLIP, MJP. При методе SLA (Stereo Lithography Apparatus) для засветки и полимеризации фотополимера используется лазерный луч, сканирующий рабочее поле векторно, то есть поверхность материала засвечивается постепенно одним лучом. Диаметр луча составляет примерно 100 мкм, что в свою очередь ограничивает разрешение данного метода печати, в результате чего качество печати снижается. Но при этом, данный метод позволяет реализовать большие размеры рабочего пространства. DLP (Digital Light Processing), LCD (Liquid Crystal Display) и метод CLIP (Continuous Liquid Interface Production) используют для полимеризации фотополимера LCD-матрицу, пропускающую УФ-излучение, и засветка слоя происходит целиком по всей его геометрии. Эти методы имеют лучшее разрешение (до 22 мкм), но ограничены в размерах рабочего пространства.Several stereolithographic printing methods are known from the prior art (see, for example, Haoyuan Quan. Photo-curing 3D printing technique and its challenges / Haoyuan Quan, Ting Zhang, Hang Xu, Shen Luo, Jun Nie, Xiaoqun Zhu // College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology. – Bioactive Materials. – 2020. – 5. – p. 110–115). In most cases, the most common methods are used, such as SLA, DLP, LCD, CLIP, MJP. With the SLA (Stereo Lithography Apparatus) method, a laser beam is used to illuminate and polymerize the photopolymer, scanning the working field vectorially, that is, the surface of the material is gradually illuminated with one beam. The beam diameter is approximately 100 microns, which in turn limits the resolution of this printing method, resulting in poor print quality. But at the same time, this method allows you to realize large working spaces. DLP (Digital Light Processing), LCD (Liquid Crystal Display) and the CLIP (Continuous Liquid Interface Production) method use an LCD matrix that transmits UV radiation to polymerize the photopolymer, and the layer is illuminated throughout its entire geometry. These methods have better resolution (up to 22 microns), but are limited in the size of the working space.
Известна печатная система (патент CN210679723, “DLP photocuring 3D printer system”, опубл. 05.06.2020), которая содержит опорное устройство, подающее устройство и проектор. Подающее устройство содержит канавку, регулятор расхода, светопропускающую платформу для направления потока и резервуар для сбора подаваемой жидкости сверху вниз. Регулятор расхода соединен с канавкой и используется для управления потока жидкости. Опорное устройство для печати, платформа для направления потока и проектор расположены соосно, причем угол наклона оси относительно основания колеблется от 0 до 90 градусов. Используя данную систему, можно получить довольно тонкий слой жидкости. Поперечное и продольное разрешения изделия, полученного с помощью метода 3Д-печати, достигает микро-нано-уровня, таким образом вышеописанная печатная система обеспечивает высокую точность и высокую скоростью печати. Данное техническое решение обеспечивает высокое качество печати, но не подразумевает возможность печати крупноформатных изделий.A printing system is known (patent CN210679723, “DLP photocuring 3D printer system”, published 06/05/2020), which contains a support device, a feeder and a projector. The feeding device contains a groove, a flow regulator, a light-transmitting platform for directing the flow, and a reservoir for collecting the supplied liquid from top to bottom. The flow regulator is connected to the groove and is used to control the flow of fluid. The printing support device, the platform for directing the flow and the projector are located coaxially, and the angle of inclination of the axis relative to the base ranges from 0 to 90 degrees. Using this system, you can get a fairly thin layer of liquid. The transverse and longitudinal resolution of a product obtained using the 3D printing method reaches the micro-nano level, thus the above-described printing system provides high accuracy and high printing speed. This technical solution provides high quality printing, but does not imply the ability to print large-format products.
Известно печатающее устройство (патент US20210107226, “Three-dimensional printing apparatus using DLP projector with laser scanner”, опубл. 15.04.2021), использующее цифровой микрозеркальный проекционный дисплей (технология DLP) с лазерным сканером. Работа устройства заключается в том, что контроллер подает сигнал на опускание формовочного устройства так, чтобы слой фотополимера толщиной 5 мкм заполнил сердцевину и оболочку поперечного сечения изделия. Затем контроллер принимает данные о параметрах сердцевины от блока обработки изображений и передает их на DLP-дисплей. Блок DLP-дисплея проецирует излучение, соответствующее сердцевине осевого поперечного сечения изделия, на блок хранения полимера. Впоследствии контроллер аналогично управляет блоком лазерного сканера, используя данные об оболочке так, чтобы сканирование лазером происходило в соответствии с размером участка оболочки осевого поперечного сечения изделия. На этом этапе контроллер определяет значение координаты по оси Y для излучения света на основе данных об оболочке и затем передает это значение в блок лазерного сканера, тем самым позволяя выполнять операции лазерного сканирования по линии оси Y блоком лазерного сканера. Впоследствии контроллер продолжает операцию сканирования способом управления, позволяющим снова выполнить сканирование для следующей строки блоком лазерного сканера. Когда операция фотоотверждения на одном осевом поперечном сечении изделия завершена, контроллер подает сигнал на опускание формовочного устройства так, чтобы слой фотополимера, имеющий высоту около 5 мкм, был снова нанесен на сердцевину и оболочку поперечного сечения изделия, и управляет вышеописанными процессами, которые будут повторяться до тех пор, пока изделие не будет полностью завершено. При всех своих достоинствах это печатающее устройство обладает недостатком – не обеспечена возможность реализации большой камеры построения по причине жесткой установки DLP-проектора.A printing device is known (patent US20210107226, “Three-dimensional printing apparatus using DLP projector with laser scanner”, published 04/15/2021), using a digital micromirror projection display (DLP technology) with a laser scanner. The operation of the device is that the controller sends a signal to lower the molding device so that a layer of photopolymer 5 microns thick fills the core and shell of the cross-section of the product. The controller then receives core parameter data from the image processing unit and transmits it to the DLP display. The DLP display unit projects radiation corresponding to the core of the axial cross-section of the product onto the polymer storage unit. Subsequently, the controller similarly controls the laser scanner unit using the shell data so that laser scanning occurs in accordance with the size of the shell portion of the axial cross-section of the product. In this step, the controller determines the Y-axis coordinate value for light emission based on the shell data and then transmits this value to the laser scanner unit, thereby allowing laser scanning operations along the Y-axis line to be performed by the laser scanner unit. Subsequently, the controller continues the scanning operation in a control manner that allows the laser scanner unit to scan for the next line again. When the photocuring operation on one axial cross-section of the product is completed, the controller signals the lowering of the molding device so that a layer of photopolymer having a height of about 5 µm is again applied to the core and shell of the cross-section of the product, and controls the above processes, which will be repeated until until the product is completely completed. For all its advantages, this printing device has a drawback - it is not possible to implement a large build chamber due to the rigid installation of the DLP projector.
Наиболее близки к заявляемому техническому решению является способ 3Д-печати, основанный на технологии DLP (патент WO2021253770, “Large-format 3d printing method and device based on DLP”, опубл. 23.12.2021), включающий получение информации о растровом изображении первого слоя; оценка того, соответствует ли информация о растровом изображении первого слоя заданному размеру проекции. Когда информация о растровом изображении слоя превышает заданный размер проекции, растровое изображение слоя сегментируется для получения серии единичных растровых изображений, причем серия единичных растровых изображений включает в себя первое единичное растровое изображение и второе единичное растровое изображение. Далее получают информацию о первом подключении первого 3Д-принтера, определяют информацию о первой предварительной обработке в соответствии с информацией о первом подключении, управляют DLP-источником света и жидкостью первого 3Д-принтера в соответствии с информацией о первой предварительной обработке. Затем перемещают резервуар с жидкостью горизонтально на первое растровое изображение для экспонирования, чтобы получить информацию о первом отверждении изображения. Далее перемещают DLP-источник света и резервуар с жидкостью горизонтально с первого растрового изображения на второе проекционное изображение 3Д-принтера. Выполняется растровое изображение для получения информации о втором отверждении. Первый затвердевший слой получают в соответствии с информацией о первом и втором отверждении, при этом первый затвердевший слой имеет первую толщину. Первый затвердевший слой расплавляют и перемещают вертикально вверх на величину первой толщины, после чего этот слой накладывают на последующий в соответствии с первой толщиной для получения изделия. Данный способ предоставляет возможность печати крупноформатных изделий, но не обеспечивает высокое качество их печати.The closest to the claimed technical solution is a 3D printing method based on DLP technology (patent WO2021253770, “Large-format 3d printing method and device based on DLP”, published 12/23/2021), including obtaining information about the raster image of the first layer; assessing whether the raster image information of the first layer corresponds to a given projection size. When the layer bitmap information exceeds a predetermined projection size, the layer bitmap is segmented to obtain a series of unit bitmaps, the series of unit bitmaps including a first unit bitmap and a second unit bitmap. Next, information about the first connection of the first 3D printer is obtained, information about the first pre-processing is determined in accordance with the information about the first connection, and the DLP light source and the liquid of the first 3D printer are controlled in accordance with the information about the first pre-processing. The liquid reservoir is then moved horizontally onto the first exposure raster image to obtain information about the first curing of the image. Next, the DLP light source and liquid reservoir are moved horizontally from the first raster image to the second projection image of the 3D printer. A bitmap is performed to obtain information about the second cure. The first cured layer is obtained in accordance with the first and second curing information, the first cured layer having a first thickness. The first hardened layer is melted and moved vertically upward by the amount of the first thickness, after which this layer is applied to the next one in accordance with the first thickness to obtain the product. This method provides the ability to print large-format products, but does not provide high quality printing.
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является разработка технологической схемы печати крупноформатных изделий с помощью 3Д-принтера с подвижными LCD-матрицами. The problem solved by the claimed invention is the development of a technological scheme for printing large-format products using a 3D printer with movable LCD matrices.
Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении возможных размеров изделий, напечатанных с помощью 3Д-принтеров, при одновременном повышении качества их печати. The technical result of the claimed invention is to increase the possible sizes of products printed using 3D printers, while simultaneously improving the quality of their printing.
Технический результат заявленного изобретения достигается первым вариантом способа векторно-матричной фотополимерной 3Д-печати, включающем этапы, на которых: a) заполняют ёмкость фотополимером, b) размещают в ёмкости платформу построения и позиционируют платформу на высоте построения слоя фотополимера, c) размещают на расстоянии от ёмкости на уровень базового зазора блок LCD-матриц, d) полимеризуют упомянутый слой фотополимера, e) передвигают платформу построения вертикально по оси Z, f) извлекают готовое изделие или размещают в ёмкости платформу построения на высоту следующего слоя фотополимера, g) повторяют этапы построения слоев до полного изготовления изделия, h) отдаляют платформу построения и извлекают готовое изделие. Способ также содержит этапы, на которых: i) платформу построения размечают на позиции засветки, размещенные последовательно по оси X, площадь позиций при этом соответствует площади блока LCD-матриц, j) размещают блок LCD-матриц, состоящий, по меньшей мере, из одной матрицы на расстоянии от ёмкости на уровень позиции I платформы построения, k) полимеризуют часть упомянутого слоя фотополимера, проекция которого соответствует позиции I платформы построения, l) после чего перемещают блок LCD-матриц в горизонтальной плоскости по оси X на уровень следующей позиции платформы построения, m) повторяют этапы полимеризации частей слоя фотополимера до тех пор, пока блок LCD-матриц не пройдет траекторию в соответствии со всеми позициями платформы построения.The technical result of the claimed invention is achieved by the first version of the vector-matrix photopolymer 3D printing method, which includes the stages of: a) filling the container with photopolymer, b) placing a building platform in the container and positioning the platform at the height of building the photopolymer layer, c) placing it at a distance from containers to the level of the base gap of the LCD matrix block, d) polymerize the mentioned layer of photopolymer, e) move the building platform vertically along the Z axis, f) remove the finished product or place the building platform in the container at the height of the next layer of photopolymer, g) repeat the steps of building layers until the product is completely manufactured, h) remove the construction platform and remove the finished product. The method also contains stages at which: i) the construction platform is marked at illumination positions placed sequentially along the X axis, the area of the positions corresponding to the area of the block of LCD matrices, j) a block of LCD matrices is placed, consisting of at least one matrices at a distance from the container to the level of position I of the building platform, k) polymerize part of the said photopolymer layer, the projection of which corresponds to position I of the building platform, l) then move the block of LCD matrices in the horizontal plane along the X axis to the level of the next position of the building platform, m) repeat the steps of polymerization of parts of the photopolymer layer until the block of LCD matrices passes the trajectory in accordance with all positions of the construction platform.
Блок LCD-матриц может состоять из одной матрицы, а платформу построения могут размечать на, по меньшей мере, две позиции, при этом полимеризация слоя фотополимера будет происходит за количество засветок, соответствующее количеству позиций разметки платформы построения.A block of LCD matrices can consist of one matrix, and the build platform can be marked into at least two positions, while the polymerization of the photopolymer layer will occur in the number of exposures corresponding to the number of marking positions of the build platform.
Блок LCD-матриц может состоять из, по меньшей мере, двух матриц, а платформу построения могут размечать на, по меньшей мере, две позиции, причем количество позиций кратно двум, при этом полимеризация слоя фотополимера будет происходить за количество засветок, соответствующее количеству позиций разметки платформы построения. Платформа построения может быть размечена на, по меньшей мере, четыре позиции, тогда для засветки каждой чётной позиции блок LCD-матриц будет перемещен на расстояние, равное ширине одной LCD-матрицы, а для засветки нечётных позиций блок LCD-матриц будет перемещен на расстояние, определяемое по формуле: A block of LCD matrices can consist of at least two matrices, and the construction platform can be marked into at least two positions, and the number of positions is a multiple of two, while polymerization of the photopolymer layer will occur in the number of exposures corresponding to the number of marking positions building platforms. The construction platform can be marked into at least four positions, then to illuminate each even position, the block of LCD matrices will be moved to a distance equal to the width of one LCD matrix, and to illuminate odd positions, the block of LCD matrices will be moved to a distance equal to the width of one LCD matrix. determined by the formula:
R=S(2n-1),R=S(2n-1),
где S – ширина одной LCD-матрицы, а n – количество матриц в блоке LCD-матриц.where S is the width of one LCD matrix, and n is the number of matrices in a block of LCD matrices.
Могут использовать ёмкость глубиной более 10 см и выравнивать ракелем слой фотополимера после размещения в ёмкости платформы построения.They can use a container with a depth of more than 10 cm and level the photopolymer layer with a squeegee after placing the building platform in the container.
Блок LCD-матриц могут перемещать вертикально.The LCD matrix block can be moved vertically.
Технический результат заявленного изобретения достигается вторым вариантом способа векторно-матричной фотополимерной 3Д-печати, включающем этапы, на которых: a) заполняют ёмкость фотополимером, b) размещают в ёмкости платформу построения и позиционируют платформу на высоте построения слоя фотополимера, c) размещают на расстоянии от ёмкости на уровень базового зазора блок LCD-матриц, d) полимеризуют упомянутый слой фотополимера, e) передвигают платформу построения вертикально по оси Z, f) извлекают готовое изделие или размещают в ёмкости платформу построения на высоту следующего слоя фотополимера, g) повторяют этапы построения слоев до полного изготовления изделия, h) отдаляют платформу построения и извлекают готовое изделие. Способ также содержит этапы, на которых: i) платформу построения размечают на позиции засветки, размещенные по осям X и Y и образующие в совокупности прямоугольник с решетчатой структурой, площадь упомянутых позиций при этом соответствует площади блока LCD-матриц, j) размещают блок LCD-матриц, состоящий из, по меньшей мере одной, матрицы, на расстоянии от ёмкости на уровень позиции I платформы построения, k) полимеризуют часть упомянутого слоя фотополимера, проекция которого соответствует позиции I платформы построения, l) после чего перемещают блок LCD-матриц в горизонтальной плоскости по оси X на уровень следующей позиции платформы построения, m) повторяют этапы полимеризации частей слоя фотополимера до тех пор, пока блок LCD-матриц не пройдет по оси X траекторию в соответствии со всеми позициями одного ряда решетки упомянутого прямоугольника, соответствующего проекции платформы построения, n) затем блок LCD-матриц перемещают в горизонтальной плоскости по оси Y на уровень позиции в следующем ряду решетки упомянутого прямоугольника, o) полимеризуют часть упомянутого слоя фотополимера, проекция которого соответствует той позиции, напротив которой размещен блок LCD-матриц, p) после чего перемещают блок LCD-матриц в горизонтальной плоскости по оси X в направлении, противоположном движению блока LCD-матриц на этапе (n), на уровень следующей позиции платформы построения, r) повторяют этапы полимеризации частей слоя фотополимера до тех пор, пока блок LCD-матриц не пройдет по оси X траекторию в соответствии со всеми позициями упомянутого на этапе (n) ряда решетки упомянутого прямоугольника, соответствующего проекции платформы построения, s) отдаляют платформу построения вертикально по оси Z или перемещают блок LCD-матриц в горизонтальной плоскости по оси Y на уровень позиции в следующем ряду решетки упомянутого прямоугольника, t) повторяют этапы полимеризации частей слоя фотополимера до тех пор, пока блок LCD-матриц не пройдет траекторию в соответствии со всеми позициями всех рядов решетки упомянутого прямоугольника, соответствующего проекции платформы построения, u) отдаляют платформу построения вертикально по оси Z.The technical result of the claimed invention is achieved by the second version of the vector matrix photopolymer 3D printing method, which includes the stages of: a) filling the container with photopolymer, b) placing a building platform in the container and positioning the platform at the height of building the photopolymer layer, c) placing it at a distance from containers to the level of the base gap of the LCD matrix block, d) polymerize the mentioned layer of photopolymer, e) move the building platform vertically along the Z axis, f) remove the finished product or place the building platform in the container at the height of the next layer of photopolymer, g) repeat the steps of building layers until the product is completely manufactured, h) remove the construction platform and remove the finished product. The method also contains stages in which: i) the construction platform is marked at illumination positions located along the X and Y axes and together forming a rectangle with a lattice structure, the area of the mentioned positions corresponds to the area of the LCD matrix block, j) the LCD matrix block is placed matrices, consisting of at least one matrix, at a distance from the container to the level of position I of the building platform, k) polymerize part of the said layer of photopolymer, the projection of which corresponds to position I of the building platform, l) then move the block of LCD matrices in a horizontal plane along the X axis to the level of the next position of the construction platform, m) repeat the stages of polymerization of parts of the photopolymer layer until the block of LCD matrices passes along the X axis a trajectory in accordance with all positions of one row of the lattice of the said rectangle corresponding to the projection of the construction platform, n) then the block of LCD matrices is moved in a horizontal plane along the Y axis to the level of a position in the next row of the grid of the said rectangle, o) a part of the said layer of photopolymer is polymerized, the projection of which corresponds to the position opposite which the block of LCD matrices is placed, p) after which moving the block of LCD matrices in a horizontal plane along the X axis in the direction opposite to the movement of the block of LCD matrices at stage (n), to the level of the next position of the construction platform, r) repeating the steps of polymerization of parts of the photopolymer layer until the block of LCD matrices will not pass along the X axis the trajectory in accordance with all positions of the grid row of the mentioned rectangle mentioned at stage (n), corresponding to the projection of the construction platform, s) move the construction platform vertically along the Z axis or move the block of LCD matrices in the horizontal plane along the Y axis to the level positions in the next row of the lattice of the mentioned rectangle, t) repeat the steps of polymerization of parts of the photopolymer layer until the block of LCD matrices passes a trajectory in accordance with all positions of all rows of the lattice of the said rectangle corresponding to the projection of the building platform, u) move the building platform vertically along the Z axis.
Блок LCD-матриц может состоять из одной матрицы, а платформа построения может быть размечена на, по меньшей мере, четыре позиции, при этом полимеризация слоя фотополимера будет происходить за количество засветок, соответствующее количеству позиций разметки платформы построения.A block of LCD matrices can consist of one matrix, and the building platform can be marked into at least four positions, while polymerization of the photopolymer layer will occur in the number of exposures corresponding to the number of marking positions of the building platform.
Блок LCD-матриц может состоять из, по меньшей мере, двух матриц, а платформа построения может быть размечена на, по меньшей мере, четыре позиции, при этом полимеризация слоя фотополимера будет происходит за количество засветок, соответствующее количеству позиций разметки платформы построения.The block of LCD matrices can consist of at least two matrices, and the building platform can be marked into at least four positions, while the polymerization of the photopolymer layer will occur in the number of exposures corresponding to the number of marking positions of the building platform.
Могут использовать ёмкость глубиной более 10 см и выравнивать ракелем слой фотополимера после размещения в ёмкости платформы построения.They can use a container with a depth of more than 10 cm and level the photopolymer layer with a squeegee after placing the building platform in the container.
Блок LCD-матриц могут перемещать вертикально.The LCD matrix block can be moved vertically.
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из дальнейшего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:Details, features, and advantages of the present invention follow from the further description of embodiments of the claimed technical solution using drawings that show:
Фиг. 1 – Общий вид 3Д-принтера с FEP-плёнкой;Fig. 1 – General view of a 3D printer with FEP film;
Фиг. 2 – Общий вид 3Д-принтера без FEP-плёнки; Fig. 2 – General view of the 3D printer without FEP film;
Фиг. 3 – Расстояние между LCD-матрицами;Fig. 3 – Distance between LCD matrices;
Фиг. 4 – Порядок засветки слоя 1 матрицей по одной оси;Fig. 4 – The order of illumination of layer 1 by the matrix along one axis;
Фиг. 5 – Порядок засветки слоя 2 матрицами по одной оси; Fig. 5 – The order of illumination of layer 2 by matrices along one axis;
Фиг. 6 – Порядок засветки слоя 1 матрицей по двум осям;Fig. 6 – The order of illumination of layer 1 by the matrix along two axes;
Фиг. 7 – Порядок засветки слоя 4 матрицами по двум осям;Fig. 7 – The order of illumination of layer 4 by matrices along two axes;
Фиг. 8 – Порядок засветки слоя 16 матрицами по двум осям.Fig. 8 – The order of illumination of a layer with 16 matrices along two axes.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции: In the figures the following positions are indicated by numbers:
1 – ёмкость;1 – capacity;
2 – FEP-плёнка;2 – FEP film;
3 – фотополимер;3 – photopolymer;
4 – блок LCD-матриц;4 – LCD matrix block;
5 – платформа построения; 5 – construction platform;
6 – изделие;6 – product;
7 – ракель; 7 – squeegee;
8 – LCD-матрицы. 8 – LCD matrices.
Изготовление изделий в соответствии с созданным способом векторно-матричной фотополимерной 3Д-печати происходит при помощи фотополимерного 3Д-принтера с подвижным блоком LCD-матриц. Заявляемый способ может быть реализован как в исполнении с неглубокой (меньше 10 см) ёмкостью 1 и FEP-плёнкой 2 (см. Фиг. 1), так и с глубокой (больше 10 см) ёмкостью 1, заполненной фотополимером 3, без использования FEP-пленки (см. Фиг. 2). Использование FEP-плёнки необходимо в качестве барьера между фотополимером, из которого изготавливают изделия, и блоком LCD-матриц для засветки слоев. FEP-плёнка 2 надежно закреплена в ёмкости 1 и хорошо пропускает любые виды излучения. Фотополимером является жидкая смола, которая отвердевает после засветки.The production of products in accordance with the created method of vector-matrix photopolymer 3D printing occurs using a photopolymer 3D printer with a movable block of LCD matrices. The inventive method can be implemented either with a shallow (less than 10 cm) container 1 and FEP film 2 (see Fig. 1), or with a deep (more than 10 cm) container 1 filled with photopolymer 3, without the use of FEP film. films (see Fig. 2). The use of FEP film is necessary as a barrier between the photopolymer from which the products are made and the block of LCD matrices for illuminating the layers. FEP film 2 is securely fixed in container 1 and transmits all types of radiation well. Photopolymer is a liquid resin that hardens after exposure to light.
3Д-принтер, с помощью которого осуществляют способ, имеет следующую конструкцию. Во внутреннем пространстве 3Д-принтера располагается блок LCD-матриц 4, закреплённый на трёхосевом портале с осями X, Y и Z известным способом и имеющий, соответственно, три степени свободы. Блок LCD-матриц 4 состоит из рамы для крепления в неё LCD-матриц со светодиодными параледами (модулем ParaLED), контроллеров для LCD-матриц и для параледов, а также креплений к осям перемещения. Блок LCD-матриц 4 выполнен с возможностью движения как минимум по одной оси. Это может быть, например, ось X, перпендикулярная к направлению построения изделия. Максимально же блок LCD-матриц 4 может двигаться по трём осям X, Y, Z. Перемещение блока LCD-матриц по оси Z способствует более удобному извлечению изделия из 3Д-принтера и, кроме того, позволяет сберечь FEP-плёнку при перемещении блока LCD-матриц (в случае использования ёмкости глубиной до 10 см), а также позволяет освободить пространство для перемещения ракеля (в случае использования ёмкости глубиной более 10 см). Возможность движения обеспечивается с помощью, например, шарико-винтовых передач. Размер блока LCD-матриц 4 при этом меньше размера платформы построения 5. Блок LCD-матриц 4 может включать в себя разное количество LCD-матриц, но рекомендованным является от 1 до 16. 3Д-принтер, содержащий более 16 матриц в блоке LCD-матриц, имеет габаритную платформу построения и требует для установки большую площадь помещения. От количества LCD-матриц, входящих в блок LCD-матриц, зависит скорость засветки всего слоя и, соответственно, изготовления изделия.The 3D printer with which the method is carried out has the following design. In the internal space of the 3D printer there is a block of LCD matrices 4, mounted on a three-axis portal with axes X, Y and Z in a known way and having, accordingly, three degrees of freedom. LCD matrix block 4 consists of a frame for attaching LCD matrices with LED paraLEDs (ParaLED module), controllers for LCD matrices and for paraLEDs, as well as fastenings to the movement axes. The LCD matrix block 4 is designed to move along at least one axis. This could be, for example, the X axis perpendicular to the direction of construction of the product. At the maximum, the block of LCD matrices 4 can move along three axes X, Y, Z. Moving the block of LCD matrices along the Z axis makes it more convenient to remove the product from the 3D printer and, in addition, allows you to save FEP film when moving the LCD block. matrices (in the case of using a container with a depth of up to 10 cm), and also allows you to free up space for moving the squeegee (in the case of using a container with a depth of more than 10 cm). The movement is possible using, for example, ball screws. The size of the block of LCD matrices 4 is smaller than the size of the build platform 5. The block of LCD matrices 4 can include a different number of LCD matrices, but the recommended number is from 1 to 16. A 3D printer containing more than 16 matrices in the block of LCD matrices , has a large construction platform and requires a large area of the room for installation. The rate of illumination of the entire layer and, accordingly, the manufacturing of the product depends on the number of LCD matrices included in the block of LCD matrices.
При построении изделий снизу-вверх конструкция 3Д-принтера включает в себя неглубокую ёмкость 1 с FEP-плёнкой 2, заполненную фотополимером 3, под которой на расстоянии базового зазора расположен блок LCD-матриц 4. Над ёмкостью 1 находится платформа построения 5, которая закреплена в 3Д-принтере известным способом. Платформа построения 5 приводится в движение и перемещается вертикально вверх–вниз посредством, например, двух, симметрично расположенных справа и слева от платформы шарико-винтовых передач. Платформа построения 5 разделена на позиции засветки, которые задаются с помощью программного обеспечения персонального компьютера, к которому подключен 3Д-принтер. На платформе построения 5 в процессе реализации заявляемого способа строится изделие 6. Изделие 6 при этом строится вверх ногами.When building products from the bottom up, the design of a 3D printer includes a shallow container 1 with FEP film 2 filled with photopolymer 3, under which a block of LCD matrices 4 is located at a distance of the base gap. Above the container 1 there is a construction platform 5, which is fixed in 3D printer in a known way. The construction platform 5 is driven and moves vertically up and down by means of, for example, two ball screws symmetrically located to the right and left of the platform. The construction platform 5 is divided into illumination positions, which are set using the software of a personal computer to which the 3D printer is connected. On the construction platform 5, in the process of implementing the proposed method, product 6 is built. Product 6 is built upside down.
При построении изделий сверху-вниз конструкция 3Д-принтера практически идентична конструкции 3Д-принтера, печатающего изделия снизу-вверх, при том лишь отличии, что установлена ёмкость 1 глубиной более 10 см и дополнительно содержится ракель 7 для выравнивания слоя фотополимера (см. Фиг. 2). Ракель 7 двигается на двух направляющих, закрепленных на раме 3Д-принтера, и имеет свой отдельный привод. Стоит также отметить, что блок LCD-матриц 4 размещают над платформой построения 5, которую в исходной позиции размещают в верхней точке ёмкости 1. When building products from top to bottom, the design of a 3D printer is almost identical to the design of a 3D printer that prints products from bottom to top, with the only difference being that a container 1 with a depth of more than 10 cm is installed and additionally contains a squeegee 7 for leveling the photopolymer layer (see Fig. 2). Squeegee 7 moves on two guides mounted on the 3D printer frame and has its own separate drive. It is also worth noting that the block of LCD matrices 4 is placed above the construction platform 5, which in its initial position is placed at the top point of container 1.
3Д-принтер подключен по каналу связи к персональному компьютеру с предустановленным программным обеспечением, подающим команды на печать изделий в соответствии с их цифровыми 3Д-моделями и множеством плоских двумерных слоёв.The 3D printer is connected via a communication channel to a personal computer with pre-installed software that issues commands to print products in accordance with their digital 3D models and many flat two-dimensional layers.
Осуществление способа векторно-матричной фотополимерной 3Д-печати по первому варианту рассмотрим на примере 3Д-принтера с ёмкостью 1 с FEP-плёнкой 2. Перед началом печати изделия 6 платформу построения 5 размечают на позиции засветки, размещенные последовательно по оси X, задавая соответствующие значения в программном обеспечении компьютера, к которому подключен 3Д-принтер. Минимальное количество позиций – 2. Полимеризация слоя фотополимера происходит за количество засветок, соответствующее количеству позиций разметки платформы построения 5. Площадь позиций засветки при этом соответствует площади блока LCD-матриц 4. В 3Д-принтере используют блок LCD-матриц 4, состоящий из одной или нескольких LCD-матриц. В случае использования блока LCD-матриц 4, состоящего из одной матрицы, платформу построения 5 размечают на любое количество позиций. В случае использования блока LCD-матриц 4, состоящего из 2 и более LCD-матриц, платформу построения 5 размечают на количество позиций, кратное двум. При печати габаритных изделий используют большие платформы построения. В таком случае блок LCD-матриц 4 содержит большее количество LCD-матриц. Или количество позиций, на которые размечают платформу построения 5 может быть увеличено (от 4 позиций и более). Тогда для засветки каждой чётной позиции блок LCD-матриц 4 перемещают на расстояние, равное ширине одной LCD-матрицы, а для засветки нечётных позиций блок LCD-матриц 4 перемещают на расстояние, определяемое по формуле:We will consider the implementation of the method of vector-matrix photopolymer 3D printing according to the first option using the example of a 3D printer with capacity 1 with FEP film 2. Before printing the product 6, the build platform 5 is marked at the illumination positions, placed sequentially along the X axis, setting the corresponding values in software of the computer to which the 3D printer is connected. The minimum number of positions is 2. Polymerization of the photopolymer layer occurs in the number of illumination corresponding to the number of positions for marking the construction platform 5. The area of the illumination positions corresponds to the area of the block of LCD matrices 4. The 3D printer uses a block of LCD matrices 4, consisting of one or several LCD matrices. In the case of using a block of LCD matrices 4, consisting of one matrix, the construction platform 5 is marked into any number of positions. In the case of using a block of LCD matrices 4, consisting of 2 or more LCD matrices, the construction platform 5 is marked into a number of positions that is a multiple of two. When printing large products, large build platforms are used. In this case, the LCD matrix block 4 contains a larger number of LCD matrices. Or the number of positions into which the construction platform 5 is marked can be increased (from 4 positions or more). Then, to illuminate each even position, the block of LCD matrices 4 is moved to a distance equal to the width of one LCD matrix, and to illuminate odd positions, the block of LCD matrices 4 is moved to a distance determined by the formula:
R=S(2n-1), R=S(2n-1),
где S – ширина одной LCD-матрицы, а n – количество матриц в блоке LCD-матриц 4.where S is the width of one LCD matrix, and n is the number of matrices in LCD matrix block 4.
После разметки платформы построения 5 на позиции ёмкость 1 заполняют фотополимером 3 в необходимом для построения слоя изделия 6 объёме, размещают в ней платформу построения 5, позиционируют платформу 5 на высоте построения слоя фотополимера. На расстоянии базового зазора от ёмкости 1 размещают на уровень позиции I платформы построения 5 упомянутого слоя блок LCD-матриц 4. Базовый зазор для 3Д-принтера с не глубокой ёмкостью 1 равен расстоянию от блока LCD-матриц 4 до FEP-плёнки 2. Этот зазор задают в программном обеспечении один раз для каждого изделия и в процессе печати уже не меняют. Далее подают сигнал на блок LCD-матриц 4 и полимеризуют часть упомянутого слоя фотополимера, проекция которого соответствует позиции I платформы построения 5. Затем подают сигнал на механизмы передвижения блока LCD-матриц 4 и перемещают блок LCD-матриц 4 в горизонтальной плоскости по оси X на уровень следующей позиции II платформы построения 5, после чего повторяют этапы полимеризации частей слоя фотополимера до тех пор, пока блок LCD-матриц 4 не пройдет напротив всех позиций платформы построения 5. После отверждения всего слоя платформу построения 5 поднимают вертикально по оси Z вместе с отвердевшим слоем изделия 6, отрывая от FEP-плёнки 2. Если изделие 6 готово, то его извлекают из 3Д-принтера. Если требуется изготовление других слоев, то осуществляют долив фотополимера 3 в ёмкость 1 известным способом и устанавливают платформу построения 5 на высоту нового слоя. Способ векторно-матричной фотополимерной 3Д-печати по первому варианту предпочтителен при изготовлении продольно вытянутых изделий.After marking the building platform 5 at the position, container 1 is filled with photopolymer 3 in the volume necessary for building the product layer 6, the building platform 5 is placed in it, and the platform 5 is positioned at the height of building the photopolymer layer. At the distance of the base gap from the container 1, a block of LCD matrices 4 is placed at the level of position I of the construction platform 5 of the mentioned layer. The basic gap for a 3D printer with a shallow container 1 is equal to the distance from the block of LCD matrices 4 to the FEP film 2. This gap are set in the software once for each product and are not changed during the printing process. Next, a signal is supplied to the block of LCD matrices 4 and a part of the said photopolymer layer is polymerized, the projection of which corresponds to position I of the construction platform 5. Then a signal is sent to the movement mechanisms of the block of LCD matrices 4 and the block of LCD matrices 4 is moved in the horizontal plane along the X axis by level of the next position II of the building platform 5, after which the stages of polymerization of parts of the photopolymer layer are repeated until the block of LCD matrices 4 passes opposite all positions of the building platform 5. After the entire layer has cured, the building platform 5 is raised vertically along the Z axis along with the hardened layer of product 6, tearing it off from FEP film 2. If product 6 is ready, then it is removed from the 3D printer. If the production of other layers is required, then photopolymer 3 is added to container 1 in a known manner and the building platform 5 is installed at the height of the new layer. The method of vector-matrix photopolymer 3D printing according to the first option is preferable for the manufacture of longitudinally elongated products.
Способ векторно-матричной фотополимерной 3Д-печати по второму варианту рассмотрим на примере 3Д-принтера с глубокой ёмкостью 1. Перед началом печати изделия 6 платформу построения 5 размечают на позиции засветки, размещенные по осям X и Y и образующие в совокупности прямоугольник с решетчатой структурой, задавая соответствующие значения в программном обеспечении компьютера, к которому подключен 3Д-принтер. Площадь позиций при этом соответствует площади блока LCD-матриц 4. Разметка платформы построения 5 содержит, по меньшей мере, два ряда решетки прямоугольника, в каждом из которых содержится как минимум две позиции. Таким образом, минимальной схемой засветки является схема с решёткой прямоугольника 2*2. Полимеризация слоя фотополимера происходит за количество засветок, соответствующее количеству позиций разметки платформы построения 5. В 3Д-принтере используют блок LCD-матриц 4, состоящий из одной или нескольких LCD-матриц. При печати габаритных изделий используют большие платформы построения. В таком случае блок LCD-матриц 4 содержит большее количество LCD-матриц или количество позиций, на которые размечают платформу построения 5, может быть увеличено. Также допустимо сочетание этих мер. We will consider the method of vector-matrix photopolymer 3D printing according to the second option using the example of a 3D printer with deep capacity 1. Before printing the product 6, the build platform 5 is marked at the illumination positions, located along the X and Y axes and together forming a rectangle with a lattice structure, by setting the appropriate values in the software of the computer to which the 3D printer is connected. The area of the positions corresponds to the area of the block of LCD matrices 4. The layout of the construction platform 5 contains at least two rows of a rectangle grid, each of which contains at least two positions. Thus, the minimum illumination scheme is a scheme with a 2*2 rectangle grid. Polymerization of the photopolymer layer occurs in a number of exposures corresponding to the number of marking positions of the construction platform 5. The 3D printer uses a block of LCD matrices 4, consisting of one or more LCD matrices. When printing large products, large build platforms are used. In this case, the block of LCD matrices 4 contains a larger number of LCD matrices or the number of positions into which the construction platform 5 is marked can be increased. A combination of these measures is also acceptable.
После разметки платформы построения 5 на позиции ёмкость 1 заполняют фотополимером 3 в необходимом для построения изделия 6 объёме, размещают в ней платформу построения 5 и позиционируют платформу 5 на высоте построения слоя фотополимера, подают сигнал на движущий механизм ракеля 7 и выравнивают фотополимер 3 в ёмкости 1. На расстоянии базового зазора от ёмкости 1 размещают на уровень позиции I платформы построения 5 упомянутого слоя блок LCD-матриц 4. Базовый зазор для 3Д-принтера с глубокой ёмкостью 1 устанавливают минимальный, чтобы минимизировать расхождение УФ-излучения, но при этом достаточным, чтобы не задеть слой фотополимера (например, около 500 мкм). Далее подают сигнал на блок LCD-матриц 4 и полимеризуют часть упомянутого слоя фотополимера, проекция которого соответствует позиции I платформы построения 5. Затем подают сигнал на механизмы передвижения блока LCD-матриц 4 и перемещают блок LCD-матриц 4 в горизонтальной плоскости по оси X на уровень следующей позиции II платформы построения 5, после чего повторяют этапы полимеризации частей слоя фотополимера до тех пор, пока блок LCD-матриц 4 не пройдет напротив всех позиций одного ряда решетки упомянутого прямоугольника, соответствующего проекции платформы построения 5. Затем подают сигнал на механизмы передвижения блока LCD-матриц 4 и перемещают блок LCD-матриц 4 в горизонтальной плоскости по оси Y на уровень позиции в следующем ряду решетки упомянутого прямоугольника и полимеризуют часть упомянутого слоя фотополимера, проекция которого соответствует той позиции, напротив которой размещен блок LCD-матриц 4. Далее блок LCD-матриц 4 перемещают в горизонтальной плоскости по оси X в направлении, противоположном изначальному движению блока LCD-матриц 4, на уровень следующей позиции платформы построения 5. Этапы полимеризации частей слоя фотополимера повторяют до тех пор, пока блок LCD-матриц 4 не пройдет по оси X напротив всех позиций ряда решетки упомянутого прямоугольника, соответствующего проекции платформы построения 5. Если полимеризация всего слоя фотополимера завершена, то платформу построения 5 погружают в ёмкость 1 вертикально по оси Z. Если полимеризация слоя в соответствии с разметкой не завершена, то подают сигнал на механизмы перемещения блока LCD-матриц 4 и перемещают блок LCD-матриц 4 в горизонтальной плоскости по оси Y на уровень позиции в следующем ряду решетки упомянутого прямоугольника, после чего повторяют этапы полимеризации частей слоя фотополимера до тех пор, пока блок LCD-матриц 4 не пройдет напротив всех позиций всех рядов решетки упомянутого прямоугольника, соответствующего проекции платформы построения 5. After marking the building platform 5 in position, container 1 is filled with photopolymer 3 in the volume required for building product 6, the building platform 5 is placed in it and the platform 5 is positioned at the height of building the photopolymer layer, a signal is sent to the driving mechanism of the squeegee 7 and the photopolymer 3 is leveled in container 1 At the distance of the base gap from the tank 1, a block of LCD matrices 4 is placed at the level of position I of the construction platform 5 of the mentioned layer. The base gap for a 3D printer with a deep tank 1 is set to a minimum in order to minimize the divergence of UV radiation, but at the same time sufficient to do not touch the photopolymer layer (for example, about 500 microns). Next, a signal is supplied to the block of LCD matrices 4 and a part of the said photopolymer layer is polymerized, the projection of which corresponds to position I of the construction platform 5. Then a signal is sent to the movement mechanisms of the block of LCD matrices 4 and the block of LCD matrices 4 is moved in the horizontal plane along the X axis by level of the next position II of the building platform 5, after which the stages of polymerization of parts of the photopolymer layer are repeated until the block of LCD matrices 4 passes opposite all positions of one row of the grid of the mentioned rectangle corresponding to the projection of the building platform 5. Then a signal is sent to the block movement mechanisms LCD matrices 4 and move the block of LCD matrices 4 in the horizontal plane along the Y axis to the level of the position in the next row of the lattice of the mentioned rectangle and polymerize part of the said layer of photopolymer, the projection of which corresponds to the position opposite which the block of LCD matrices 4 is placed. Next, the block LCD matrices 4 are moved in a horizontal plane along the X axis in the direction opposite to the initial movement of the LCD matrix block 4, to the level of the next position of the construction platform 5. The stages of polymerization of parts of the photopolymer layer are repeated until the LCD matrix block 4 passes along axis X opposite all positions of the grid row of the mentioned rectangle corresponding to the projection of the construction platform 5. If the polymerization of the entire photopolymer layer is completed, then the construction platform 5 is immersed in container 1 vertically along the Z axis. If the polymerization of the layer in accordance with the marking is not completed, then a signal is sent to mechanisms for moving the block of LCD matrices 4 and move the block of LCD matrices 4 in the horizontal plane along the Y axis to the level of the position in the next row of the lattice of the mentioned rectangle, after which the steps of polymerization of parts of the photopolymer layer are repeated until the block of LCD matrices 4 passes opposite all positions of all rows of the grid of the mentioned rectangle corresponding to the projection of the construction platform 5.
После отверждения всего слоя платформу построения 5 погружают вертикально по оси Z в ёмкость 1. Если изделие 6 готово, то его извлекают из 3Д-принтера. Если требуется изготовление других слоев, то в ёмкости 1 размещают платформу построения 5 на высоту следующего слоя фотополимера, подают сигнал на движущий механизм ракеля 7, выравнивают оставшийся в ёмкости 1 фотополимер 3 и повторяют этапы построения слоёв до полного изготовления изделия 6. Выравнивание ракелем слоя фотополимера необходимо по причине того, что платформу построения погружают, как правило, на глубину, превышающую толщину слоя, после чего платформа приподнимается, а излишки фотополимера стекают, но не достаточно быстро, так как фотополимер имеет вязкую консистенцию. Способ векторно-матричной фотополимерной 3Д-печати по второму варианту предпочтителен при изготовлении крупных объемных изделий.After the entire layer has cured, the build platform 5 is immersed vertically along the Z axis into container 1. If product 6 is ready, it is removed from the 3D printer. If the production of other layers is required, then in container 1 a building platform 5 is placed at the height of the next layer of photopolymer, a signal is sent to the driving mechanism of the squeegee 7, the photopolymer 3 remaining in container 1 is leveled and the stages of building layers are repeated until the product 6 is completely manufactured. Leveling the photopolymer layer with a squeegee necessary due to the fact that the construction platform is immersed, as a rule, to a depth exceeding the thickness of the layer, after which the platform rises and the excess photopolymer flows off, but not quickly enough, since the photopolymer has a viscous consistency. The method of vector-matrix photopolymer 3D printing according to the second option is preferable for the manufacture of large volumetric products.
Важно отметить, что при одноосевом перемещении блока LCD-матриц, LCD-матрицы могут быть расположены только в ряд, по причине отсутствия технической возможности установки LCD-матриц без зазора друг к другу, вследствие чего невозможно равномерно полимеризовать слои фотополимера, а следовательно, изготовить изделие.It is important to note that during uniaxial movement of a block of LCD matrices, the LCD matrices can only be arranged in a row, due to the lack of technical ability to install LCD matrices without a gap to each other, as a result of which it is impossible to uniformly polymerize the layers of photopolymer, and therefore, to manufacture the product .
Расстояние между LCD-матрицами 8 в блоке LCD-матриц 4 (см. Фиг. 3) должно быть выбрано таким образом, чтобы при перемещении в следующую позицию для засветки, между двумя соседними засвеченными полями образовывался определённый перехлёст, порядка 100 – 300 мкм. Такой перехлёст гарантирует надёжное соединение полимеризированных частей изделия и в тоже время минимизирует зону двойной засветки этих частей на стыках. При этом расстояние между LCD-матрицами 8 рассчитывается по формуле:The distance between the LCD matrices 8 in the block of LCD matrices 4 (see Fig. 3) must be selected in such a way that when moving to the next position for illumination, a certain overlap is formed between two adjacent illuminated fields, of the order of 100 - 300 μm. This overlap guarantees a reliable connection of the polymerized parts of the product and at the same time minimizes the zone of double exposure of these parts at the joints. In this case, the distance between LCD matrices 8 is calculated by the formula:
Rx = Sx – sx,Rx = Sx – sx,
где Rx – расстояние между LCD-матрицами 8 по оси X, Sx – длина стороны LCD-матрицы по оси X, sx – величина перехлёста по оси X.where Rx is the distance between LCD matrices 8 along the X axis, Sx is the length of the side of the LCD matrix along the X axis, sx is the amount of overlap along the X axis.
Для расстояния между LCD-матрицами 8 по оси Y используется та же формула с данными для оси Y.For the distance between LCD matrices 8 along the Y axis, the same formula is used with the data for the Y axis.
Расстояние между LCD-матрицами может устанавливаться как механически, так и в программном обеспечении 3Д-принтера. При этом в программном обеспечении перехлёст может быть изменён, в зависимости от технических характеристик используемого фотополимера.The distance between LCD matrices can be set both mechanically and in the 3D printer software. At the same time, the overlap can be changed in the software, depending on the technical characteristics of the photopolymer used.
Далее приведены примеры схем засветки слоя фотополимера в соответствии с вариантами заявляемого способа.The following are examples of illumination schemes for a photopolymer layer in accordance with variants of the proposed method.
Пример 1: порядок засветки слоя одной LCD-матрицей по одной оси.Example 1: the order of illumination of a layer by one LCD matrix along one axis.
На Фиг. 4 проиллюстрирована схема процесса для полимеризации слоя фотополимера в три засветки в соответствии с реализацией способа по первому варианту. Процесс начинается с позиции I, затем блок LCD-матриц перемещается по одной оси последовательно до позиции III. Количество позиций и, соответственно, перемещений может быть изменено в зависимости от размеров платформы построения.In FIG. 4 illustrates a process diagram for polymerizing a photopolymer layer in three exposures in accordance with the implementation of the method according to the first embodiment. The process starts from position I, then the LCD matrix block moves along one axis sequentially to position III. The number of positions and, accordingly, movements can be changed depending on the size of the construction platform.
Пример 2: порядок засветки слоя двумя LCD-матрицами по одной оси.Example 2: the order of illumination of a layer by two LCD matrices along one axis.
На Фиг. 5 проиллюстрирована схема процесса для полимеризации слоя фотополимера в две засветки в соответствии с реализацией способа по первому варианту. В этом примере блок LCD-матриц состоит из двух LCD-матриц. При использовании двух и более LCD-матриц блок с LCD-матрицами может также, как и при использовании одной LCD-матрицы, перемещаться только по одной оси X. Процесс построения слоя изделия начинается на позиции I, фотополимер засвечивается одновременно двумя LCD-матрицами. Далее блок LCD-матриц перемещается на позицию II и происходит финальная засветка. Слой таким образом полимеризируется четырьмя полями за две засветки.In FIG. Figure 5 illustrates a process diagram for polymerizing a photopolymer layer into two exposures in accordance with the implementation of the method according to the first embodiment. In this example, the LCD array consists of two LCD matrices. When using two or more LCD matrices, a block with LCD matrices can, as when using one LCD matrix, move only along one X axis. The process of building a product layer begins at position I, the photopolymer is illuminated simultaneously by two LCD matrices. Next, the LCD matrix block moves to position II and final illumination occurs. The layer is thus polymerized by four fields in two exposures.
Пример 3: порядок засветки слоя одной LCD-матрицей по двум осям.Example 3: the order of illumination of a layer by one LCD matrix along two axes.
На Фиг. 6 проиллюстрирована схема процесса для полимеризации слоя фотополимера в шестнадцать засветок по схеме процесса 4*4 в соответствии с реализацией способа по второму варианту. Процесс полимеризации начинается с позиции 1. Далее блок LCD-матриц передвигают на позицию 2 и так далее до позиции 16 по проиллюстрированной траектории. In FIG. 6 illustrates a process diagram for polymerization of a photopolymer layer into sixteen exposures according to the 4*4 process diagram in accordance with the implementation of the method according to the second option. The polymerization process begins from position 1. Next, the block of LCD matrices is moved to position 2 and so on until position 16 along the illustrated path.
Пример 4: порядок засветки слоя четырьмя LCD-матрицами по двум осям.Example 4: the order of illumination of a layer by four LCD matrices along two axes.
На Фиг. 7 проиллюстрирована схема процесса для полимеризации слоя фотополимера в четыре засветки по схеме процесса 2*2 в соответствии с реализацией способа по второму варианту. Построение изделия начинается на позиции I и фотополимер полимеризируется одновременно четырьмя LCD-матрицами, далее блок LCD-матриц перемещают на позицию II и происходит вторая засветка фотополимера одновременно всеми четырьмя LCD-матрицами. На последней позиции IV процесс построения одного слоя детали завершён.In FIG. 7 illustrates a process diagram for polymerizing a photopolymer layer into four illumination according to a 2*2 process scheme in accordance with the implementation of the method according to the second option. The construction of the product begins at position I and the photopolymer is polymerized simultaneously by four LCD matrices, then the block of LCD matrices is moved to position II and the second illumination of the photopolymer occurs simultaneously with all four LCD matrices. At the last position IV, the process of constructing one layer of the part is completed.
Пример 5: порядок засветки слоя шестнадцатью LCD-матрицами по двум осям.Example 5: the order of illumination of a layer with sixteen LCD matrices along two axes.
На Фиг. 8 проиллюстрирована схема процесса для полимеризации слоя фотополимера в четыре засветки по схеме процесса 4*4 в соответствии с реализацией способа по второму варианту. Движение блока LCD-матриц идентично движению при методе с четырьмя LCD-матрицами, при этом фотополимер засвечивается одновременно в 16 местах, всеми LCD-матрицами.In FIG. Figure 8 illustrates a process diagram for polymerizing a photopolymer layer into four illumination according to a 4*4 process scheme in accordance with the implementation of the method according to the second option. The movement of the block of LCD matrices is identical to the movement in the method with four LCD matrices, while the photopolymer is illuminated simultaneously in 16 places by all LCD matrices.
Описанный способ позволяет изготавливать изделия больших размеров, недоступных классическим фотополимерным LCD-принтерам. На сегодняшний день способ реализован с использованием блока LCD-матриц, состоящего из одной LCD-матрицы, в частности размера 65 мм * 115 мм с тремя степенями свободы (X, Y, Z), и платформой построения, перемещающейся по оси Z. Блок LCD-матриц перемещается по оси X по четырём позициям и по оси Y по трём позициям, то есть полное построение слоя происходит за двенадцать отдельных засветок. Зона построения 3Д-принтера составляет (XYZ): 345 мм * 260 мм * 520 мм. В качестве материала для 3Д-печати были использованы различные фотополимеры от разных производителей, в частности, Anycubic, GorkyLiquid Simple и HarzLabs. Время засветки каждой части слоя детали варьируется в зависимости от рекомендаций производителя и составляет от 5 до 30 секунд. С помощью заявляемого способа были изготовлены изделия сложной формы с максимальными размерами 255 мм * 340 мм * 200 мм.The described method makes it possible to produce large-sized products that are inaccessible to classic photopolymer LCD printers. Today, the method is implemented using an LCD matrix block, consisting of one LCD matrix, in particular 65 mm * 115 mm in size with three degrees of freedom (X, Y, Z), and a construction platform moving along the Z axis. LCD block -matrix moves along the X axis in four positions and along the Y axis in three positions, that is, the complete construction of the layer occurs in twelve separate exposures. The build area of the 3D printer is (XYZ): 345 mm * 260 mm * 520 mm. Various photopolymers from different manufacturers were used as materials for 3D printing, in particular, Anycubic, GorkyLiquid Simple and HarzLabs. The exposure time for each part of the part layer varies depending on the manufacturer’s recommendations and ranges from 5 to 30 seconds. Using the proposed method, products of complex shapes with maximum dimensions of 255 mm * 340 mm * 200 mm were manufactured.
Claims (45)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810712C1 true RU2810712C1 (en) | 2023-12-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016078838A1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-26 | Ivoclar Vivadent Ag | Stereolithography device having heating device |
| CN111002582A (en) * | 2019-09-17 | 2020-04-14 | 上海联泰科技股份有限公司 | 3D printing apparatus and control method thereof |
| RU2722902C1 (en) * | 2016-09-01 | 2020-06-04 | Олег Юрьевич Халип | Method of forming three-dimensional article from liquid photopolymer using wave actuation of actinic radiation and device for implementation thereof |
| WO2021199094A1 (en) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | Axtra3D Incorporation | Apparatus for bottom-up stereolithography with an lcd light source with led matrix and tank with elastic membrane bottom with reduced and variable thickness, and method of use |
| WO2021253770A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | 苏州大学 | Large-format 3d printing method and device based on dlp |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016078838A1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-26 | Ivoclar Vivadent Ag | Stereolithography device having heating device |
| RU2722902C1 (en) * | 2016-09-01 | 2020-06-04 | Олег Юрьевич Халип | Method of forming three-dimensional article from liquid photopolymer using wave actuation of actinic radiation and device for implementation thereof |
| CN111002582A (en) * | 2019-09-17 | 2020-04-14 | 上海联泰科技股份有限公司 | 3D printing apparatus and control method thereof |
| WO2021199094A1 (en) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | Axtra3D Incorporation | Apparatus for bottom-up stereolithography with an lcd light source with led matrix and tank with elastic membrane bottom with reduced and variable thickness, and method of use |
| WO2021253770A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | 苏州大学 | Large-format 3d printing method and device based on dlp |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6966807B2 (en) | Addition manufacturing equipment and methods | |
| US8985989B2 (en) | Three-dimensional printing apparatus | |
| CN104669625B (en) | Photocuring 3 D-printing method and printing equipment based on projection | |
| JP2539435B2 (en) | Equipment for three-dimensional mapping and mold making | |
| JP5293993B2 (en) | Stereolithography apparatus and stereolithography method | |
| CN104956672B (en) | Three dimensional object is constructed | |
| CN204547081U (en) | Based on the photocuring 3 D-printing device of projection | |
| CN101244629A (en) | Method and device for solid objective formation layer by layer | |
| JP4183119B2 (en) | Stereolithography equipment | |
| JP2009132127A (en) | Optical shaping apparatus and optical shaping method | |
| JP4669843B2 (en) | Stereolithography apparatus and stereolithography method | |
| US11597140B2 (en) | Apparatus for photo-curing photo-sensitive materials for the formation of three-dimensional objects using extraction plate with continuous motion | |
| CN105599310A (en) | Light-intensity-adjustable photocuring three-dimensional printing device and method based on projection | |
| CN111331841A (en) | Double-optical-path photocuring 3D printing equipment and printing method thereof | |
| RU2810712C1 (en) | Method for vector-matrix photopolymer 3d printing (options) | |
| WO2022003661A1 (en) | A system and method for three-dimensional (3d) printing | |
| WO2023275615A1 (en) | Additive manufacturing devices having curved print interfaces and corresponding methods | |
| US10926467B2 (en) | 3D printer with multiple light sources and its controlling method | |
| JPS61217219A (en) | Three-dimensional configuration forming device | |
| CN114290665A (en) | Photocuring 3D printing method | |
| JP2004155156A (en) | Three-dimensionally shaping method and device | |
| CN114228153B (en) | Double laser head calibration method | |
| CN109982830B (en) | Information processing apparatus, forming device, information processing method, and program | |
| JP2000202915A (en) | Sqeegee device for stereo lithographing apparatus, and method therefor | |
| EP3659783A1 (en) | Method and device for additive manufacturing |