[發明專利]光固化型3D打印方法、設備及其圖像曝光系統

在審

• 申請號: 201410708379.1
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN105690754A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 侯鋒
• 申請（專利權）人: 上海普利生機電科技有限公司;上海普利生信息科技有限公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;G03F7/20;B33Y30/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 駱希聰

技術領域

本發明涉及光固化型3D打印方法和設備，尤其是涉及光固化型3D打印設 備的圖像曝光系統。

背景技術

3D打印技術，是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成 型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等 特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品。與傳統制造業通過 模具、車銑等機械加工方式對原材料進行定型、切削以最終生產成品不同，3D打 印將三維實體變為若干個二維平面，通過對材料處理并逐層疊加進行生產，大大降 低了制造的復雜度。這種數字化制造模式不需要復雜的工藝、不需要龐大的機床、 不需要眾多的人力，直接從計算機圖形數據中便可生成任何形狀的零件，使生產制 造得以向更廣的生產人群范圍延伸。

目前3D打印技術的成型方式仍在不斷演變，所使用的材料也多種多樣。在各 種成型方式中，光固化法是較為成熟的方式。光固化法是利用光固化樹脂被紫外 激光照射后發生固化的原理，進行材料累加成型，具有成型精度高、表面光潔度好、 材料利用率高等特點。

圖1示出光固化型3D打印設備的基本結構。這一3D打印設備100包括用 于容納光固化樹脂的物料槽110、用于使光固化樹脂固化的成像系統120、以 及用于連接成型工件的升降臺130。成像系統120位于物料槽110上方，并可 照射光束圖像使物料槽110液面的一層光固化樹脂被固化。每次成像系統120 照射光束圖像致使一層光固化樹脂固化后，升降臺130都會帶動成型的那層光 固化樹脂略微下降，并通過刮板131使固化后的工件頂面均勻鋪展光固化樹脂， 等待下一次照射。如此循環，將會得到逐層累加成型的三維工件。

然而，光固化樹脂在固化時會有一定的收縮，收縮率一般在2-8％，其產 生的收縮應力對周圍的光固化樹脂產生作用力。當大面積光固化樹脂一并固化 時，這種應力會十分顯著，從而導致固化后光固化樹脂出現翹曲，變形。

發明內容

本發明的目的是提供一種光固化型3D打印、方法設備及其圖像曝光系統， 可以改善光固化樹脂固化時翹曲的問題。

本發明所提出的一種光固化型3D打印方法，包括以下步驟：依序提供多 個第一光束子圖像，各第一光束子圖像包含多個像素點和多個非像素點，各個 相鄰像素點之間相隔m-1個非像素點，m為大于1的正整數；使各第一光束子 圖像依次透過一偏移機構，將各第一光束子圖像按照對應的水平偏移次數和垂 直偏移次數偏移一定距離后投向一光固化樹脂表面，其中該水平偏移次數和該 垂直偏移次數為0至n-1次，n為在對應方向上的曝光次數且n＝m，每一次偏 移的偏移量為該第一光束子圖像的像素點的尺寸。

在本發明的一實施例中，依序提供多個第一光束子圖像的步驟包括根據圖 像數據直接提供該多個第一光束子圖像。

在本發明的一實施例中，依序提供多個第一光束子圖像的步驟包括：經過 嚴格設計的光源發射的光束透過一聚焦陣列進行聚焦，以分別形成該第一光束 子圖像，光點被聚焦到原尺寸的1/m。

在本發明的一實施例中，依序提供多個第一光束子圖像的步驟包括：使用 一空間光調制器接收一光束，在該空間光調制器的各個像素元件上聚焦光束且 根據圖像數據選擇性地反射光束，從而在預定方向上提供各該第一光束子圖 像，其中各個像素元件將光束的光點聚焦到原尺寸的1/m。

在本發明的一實施例中，m,n分別為2-4之間的正整數。

在本發明的一實施例中，各次曝光的第一光束子圖像中，優先曝光相互間 像素互不相鄰的多個光束子圖像。

本發明還提出一種光固化型3D打印設備的圖像曝光系統，包括：圖像源， 依序提供多個第一光束子圖像，且各第一光束子圖像包含多個像素點和多個非 像素點，各個相鄰像素點之間相隔m-1個非像素點，m為大于1的正整數；偏 移機構，依次透過各第一光束子圖像，并將各第一光束子圖像按照對應的水平 偏移次數和垂直偏移次數投向一光固化樹脂表面，其中該水平偏移次數和垂直 偏移次數分別0至n-1次，n為在對應方向上的曝光次數且n＝m，每一次偏移 的偏移量為該第一光束圖像的像素點的尺寸；控制器，命令該圖像源按照預定 的時序提供該多個第一光束子圖像，且針對各第一光束子圖像，命令該偏移機 構按照對應的水平偏移值和垂直偏移值進行偏移后投影到該光固化樹脂表面， 組成完整的曝光圖像。