[發明專利]一種可變倍的面曝光投影3D打印快速成型系統及方法

有效

• 申請號: 201410068827.6
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103786346A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 劉亞雄;陳冬;賀健康;李滌塵;王玲;連芩;靳忠民;王滿毅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種3D打印快速成型系統及方法，具體涉及一種可變倍的面曝光投影3D打印快速成型系統及方法。

背景技術

目前，光固化3D打印成形技術是通過光源選擇區域照射使液態光敏樹脂材料發生聚合反應，然后逐層堆疊，形成具有一定機械特性的零件。光源掃描方式主要以逐層點掃描成形為主，有學者研究逐排掃描和面投影曝光成形，通過增加單次成形面積來增加成形速度，理論上這種方法能夠提高效率。但目前的投影曝光成形系統在成形過程中普遍存在著圖形的分辨率不能實時調整的缺點，對一些細小截面，無法充分使光學調制器全部像素用于成形，不利于提高細小結構的分辨率。此外，成形過程零件托板需逐層停頓，無法連續成形，投影圖像也沒法連續變化，存在著明顯的臺階效應。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種可變倍的面曝光投影3D打印快速成型系統及方法，該系統及方法可以實現成形截面分辨率實時調整、零件在高度方向上連續成形。

為達到上述目的，本發明所述的可變倍的面曝光投影3D打印快速成型系統包括投影系統、計算機、成型系統、以及用于調節投影系統與成型系統之間間距的第一傳動軸；

所述投影系統包括動態掩膜板、紫外光源、投影透鏡、用于調整動態掩膜板與投影透鏡之間間距的第二傳動軸，成型系統包括光敏溶液槽、零件成型托板、以及帶動零件成型托板移動的第三傳動軸，光敏溶液槽內有光敏溶液，零件成型托板處于光敏溶液中，紫外光源發出的紫外光經動態掩膜板反射及投影透鏡透射后照射到零件成型托板上，計算機的輸出端分別與第一傳動軸的控制端、第二傳動軸的控制端、第三傳動軸的控制端及動態掩膜板的控制端相連接。

相應的，本發明還提供了一種可變倍的面曝光投影3D打印快速成型方法，包括以下步驟：

1)獲取零件的三維模型，并將零件的三維模型分為若干層面，計算出每一層零件對應的像距及物距，然后將所有層零件的形狀、以及對應的像距及物距輸入到計算機中的加工控制系統中；

2)計算機通過第三傳動軸調整零件成型托板的位置，使零件成型托板的上表面到液面的距離等于第一層零件的厚度，同時計算機根據第一層零件對應的物距通過第二傳動軸調整動態掩膜板與投影透鏡之間的距離，并根據第一層零件對應的像距通過第一傳動軸調整投影透鏡與液面之間的距離；

3)計算機控制動態掩膜板，使動態掩膜板形成與第一層零件形狀相同的影像，紫外光源發出紫外光，紫外光經動態掩膜板的影像部分反射及投影透鏡透射后照射到零件成型托板上，紫外光照射的光敏溶液凝固，完成第一層零件的成型；

4)計算機通過第三傳動軸調整零件成型托板的位置，使上一層零件的上表面到液面的距離與下一層零件的厚度相同，計算機根據下一層零件對應的物距通過第二傳動軸調整動態掩膜板與投影透鏡之間的間距，并根據下一層零件對應的像距通過第一傳動軸調整投影透鏡到液面的距離，同時計算機根據下一層零件的形狀控制動態掩膜板，使動態掩膜板形成與下一層零件形狀相同的影像，紫外光源發出紫外光，紫外光經動態掩膜板的影像部分折射后，再經投影透鏡后照射到上一層零件的上表面，紫外光照射的光敏溶液凝固，完成下一層零件的成型；

5)重復步驟4)完成其他層零件的成型，得需成型的零件。

各層零件的厚度均為0.01～0.2mm。

所述動態掩膜板的像素大小范圍為0.005-0.05毫米。

所述各層零件成型所用時間大于0.5秒。。

本發明具有以下有益效果：

本發明所述的可變倍的面曝光投影3D打印快速成型系統及方法在制作零件時，先獲取零件的三維模型，然后對三維模型進行分層處理，計算出每層零件對應的像距及物距，在成型過程中，通過連續不斷的調整像距及物距來調整零件成型的精度及分辨率，同時自上到下連續成型，減少一般快速成型中產生的臺階效應，提高零件表面的光潔度及成型的精度。

附圖說明

圖1為本發明的結構式示意圖；

圖2為本發明的又一結構示意圖。

其中，1為紫外光源、2為動態掩膜板、3為投影透鏡、4為零件成型托板、5為光敏溶液槽、6為第二傳動軸、7為第一傳動軸、8為第三傳動軸。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：

參考圖1及圖2，本發明所述的可變倍的面曝光投影3D打印快速成型系統包括投影系統、計算機、成型系統、以及用于調節投影系統與成型系統之間間距的第一傳動軸7；