[實用新型]3D立體投影式光固化3D打印機

有效

• 申請號: 201520797042.2
• 申請日: 2015-10-14
• 公開（公告）號: CN205310829U
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 陳繼民
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本實用新型涉及一種3D立體投影光照方式光固化進行三維實物模型制作的增材制造(即3D打印)設備，即3D立體曝光式光固化的3D打印設備。整個3D打印過程可以在數秒或數分鐘內完成。

背景技術

3D打印技術被譽為“第三次工業革命”，被廣泛的應用于工業設計、醫療、教學、航空航天等領域。目前3D打印技術的主流技術包括立體光固化技術(SLA)、熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光熔化技術(SLM)、數字光處理技術(DLP)、三維打印黏結成型(3DP)等。

立體光固化技術(StereoLithographyAppearance，簡稱SLA)，是最早出現的快速原型制造工藝，SLA技術所用光源為激光，具有波長單一、光斑尺寸小和功率密度大的特點，通過精確控制掃描頭，可以實現零件高速度、高精度成形。但現有的SLA系統設計復雜，激光從上向下照射，在成型過程中，為了保證樹脂液體加工表面的平整度，需要復雜的裝置去調節液面平整度，使得整體系統體積過大并且造價昂貴；為此，人們開發了小型的桌面型SLA，激光從底部向上照射，近年來出現了數字光處理DLP的投影技術，是從底部向上投影。可以通過面投影的方式將樹脂固化在成型過程中，這種面曝光的固化方式，比SLA由點到線，再由線到面，然后層層固化速度大大提高。它是需要一個樹脂槽，事先將樹脂倒入樹脂槽中，光照射樹脂使樹脂層層固化成形。然而由于目前這些3D打印技術均采用層層打印的方式實現，隨著分層厚度的減少，打印層數增多，打印時間很長，通常打印過程都要耗時數小時。

隨著立體顯示技術的發展，如能將立體顯示引入到3D打印領域中，將可以極大提高打印速度。本實用新型不同于傳統層層固化的方法成型，而是直接體曝光固化，將極大提高打印速度。

發明內容

本實用新型受到立體顯示技術的啟發，提出使用3D立體投影光照方式固化樹脂成型。打印前先將透明的光敏樹脂倒入一個透明的樹脂槽內。打印時，打開3D立體投影系統，將需要打印成型的三維計算機模型透過樹脂槽，投影到光敏樹脂中，在光敏樹脂中形成三維立體影像，光敏樹脂受到光照后，隨著照射時間的增加逐漸凝固。沒有被光照射的部分仍然保持液態。打印完成后，從液態樹脂中取出固化成型的樹脂模型。整個打印過程可以在數秒或數分鐘內完成。

3D立體投影式光固化3D打印機，其特征在于：包括3D立體投影系統、樹脂盒、和計算機控制的激光器；3D立體投影系統由x、y掃描振鏡加上Z軸方向的振鏡組成；樹脂盒為四周透明的材料制成，光敏樹脂預先倒入樹脂盒中；所述光敏樹脂常溫下為透明液態，只有在光照射且光強超過其固化的閾值才能固化凝固。

應用所述的3D立體投影式光固化3D打印機的方法，其特征在于：

打印開始時，首先在樹脂盒內裝滿光敏樹脂，然后打開3D立體投影系統，激光透過樹脂盒，照射在光敏樹脂上，在樹脂中形成3D像，通過計算機控制曝光固化時間，光敏樹脂受到激光照射且光強超過其固化的閾值的部分發生光化學反應后凝固，未照射到的部分仍為液體樹脂；固化而“打印”出3D樹脂模型。

進一步，照射時間越長，樹脂固化強度越高。

進一步，激光為可見激光。

進一步，激光為波長在530nm的綠激光，或者是波長為800nm的紅激光。

本實用新型的工作原理：該3D打印機的核心部分是3D立體投影系統，該系統由x,y掃描振鏡和Z軸聚焦振鏡組成。光線經過x,y掃描振鏡，可以形成一個平面圖像，平面圖像在Z軸方向的聚焦振鏡作用下形成一個3維立體圖像。開始打印之前，在光敏樹脂槽中裝滿透明的光敏樹脂液體，并對計算機中的3D模型沿著Z軸方向進行切片處理獲得3D模型沿著Z軸方向一系列的x,y平面數據；打印開始后，激光在計算機控制下，沿著xy方向的掃描振鏡和Z軸方向聚焦振鏡在空間形成一個3D立體圖像。將這個3D立體圖像投射到透明的光敏樹脂槽中，由于使用的是透明的液態光敏樹脂，激光光線透過光敏樹脂，聚焦照射到樹脂的內部。激光束不在焦點處穿過光敏樹脂由于光強沒有達到固化所需的閾值，因此不會發生任何反應，只有在激光的焦點處能量密度高于固化閾值的地方，樹脂才被固化凝固。隨著照射時間的增加，樹脂固化處的強度也不斷增大。激光焦點處的樹脂固化凝固，不在焦點處的樹脂仍然保持液態。固化完成后，從樹脂中，取出固化成型的3D模型，完成打印。

本實用新型的技術特征：

1.打印前，樹脂槽中先裝滿透明的光敏樹脂。