[發明專利]一種基于點陣式顯示屏的光固化3D打印機

在審

• 申請號: 201710073029.6
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106799835A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 李銳;賀曉宇;楊波;蔡冰耀;朱祺樓
• 申請（專利權）人: 深圳摩方新材科技有限公司
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B29C64/264;B29C64/30;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙)44248
• 代理人: 孫偉

技術領域

本發明涉及增材制造技術，具體涉及使用光固化方式進行3D打印的技術領域，尤其涉及一種將LED顯示屏的點陣顯示直接用于數字光處理的快速成型3D打印機。

背景技術

3D打印又名增材制造，屬于快速成型技術，它以數字模型為基礎，利用金屬粉末、陶瓷粉末、塑料或液體光敏樹脂等材料，逐層地打印出整個三維物體。3D打印的過程首先是通過計算機3D建模軟件設計3D模型，再將該三維模型“切片”成逐層的截面，再根據分析截面信息得到加工路徑，從而指導3D打印機逐層打印，通過逐層疊加最終形成三維物件。3D打印技術按照工作原理的不同可分為SLA（立體光刻成型）、LOM（疊層實體成型）、SLS（選擇性激光燒結成型）、FDM（熔融沉積成型）、DLP（數字光處理成型）等。

目前，3D打印技術應用最多的是光固化3D打印，廣泛應用于模型制作、光學透鏡、牙科、醫療、珠寶等行業。光固化3D打印使用的材料一般都是“光敏樹脂”(Photopolymer)，通常為液態，配比一定的光引發劑，在光照射下發生聚合反應，完成固化。這種光固化3D打印成型技術包括SLA（立體光刻成型）和DLP（數字光處理成型）2種技術方向。

SLA（立體光刻成型）的原理是，通過分層軟件對3D模型進行分層切片，向液槽中注入液態光敏樹脂，激光束按3D模型的分層切片數據在液態光敏樹脂表面進行逐點掃描，并擴散成一個面，將樹脂固化形成與分層切片數據像匹配的一個薄層。一層固化完畢后，工作臺下移一個層厚的距離，進行下一層的制作，新固化的一層牢固地粘結在前一層上，如此反復成型出完整產品。

DLP（數字光處理成型，Digital Light Procession）的原理是，通過分層軟件對3D模型進行分層切片，液槽中盛滿液態光敏樹脂，每一層切片圖像數據通過DMD（數字微反射鏡，Digital Micromirror Device）進行數字處理，然后再把光投影出來，由DMD芯片實現曝光能量及曝光圖形的控制，每次曝光固化一個薄層，一層固化完畢后，工作臺移動一個層厚的距離，進行下一層的制作，新固化的一層牢固地粘結在前一層上，如此反復成型出完整產品。

但是這2種方式普遍存在如下問題及缺陷：

SLA（立體光刻成型）方式通常使用激光器做光源，設備成本高昂，因為是點成型，所以生產效率低下。

DLP（數字光處理成型）方式通常使用LED做光源，但需要配置DLP系列控制芯片及DMD（數字微反射鏡）組件等器件，實現數字光處理，因此，光學系統復雜，成本較高，并也難以實現大尺寸制品的打印。

由此，隨著3D打印技術應用的日益擴展，產業界迫切需要一種能夠以低成本方式快速成型大尺寸制品的3D打印技術。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于點陣式顯示屏的光固化3D打印機，包括：計算機控制組件、點陣式顯示屏組件、液槽成型組件、Z軸移動平臺組件、機架組件，其中：所述點陣式顯示屏組件、液槽成型組件、Z軸移動平臺組件均固定安裝在所述機架組件上；所述計算機控制組件包括控制設備，所述控制設備包括圖像切片部件及打印控制部件，所述圖像切片部件用于將待打印或待制作的3D模型分割成一系列具有一定厚度的分層切片圖像；所述打印控制部件用于控制所述Z軸移動平臺組件的升降，并將所述分層切片圖像數據傳輸給所述點陣式顯示屏組件，驅動所述點陣式顯示屏組件按照該分層切片圖像數據進行發光，產生相應的曝光圖案，從而使得所述液槽成型組件所盛放的光固化材料按照所述曝光圖案固化成型。

在上述技術方案中，所述液槽成型組件包括液槽和成型平臺，其中所述液槽用于盛放液態光固化材料，所述成型平臺固定在Z軸移動平臺組件的下端，由所述Z軸移動平臺組件控制所述成型平臺在所述液態光固化材料中的浸沒深度，所述成型平臺用于粘附并承載由所述液態光固化材料固化成形的制品，由所述成型平臺移動所述制品在所述液槽內實現多層疊加成型。

在上述技術方案中，所述機架組件包括底板、支架、點陣式顯示屏固定板和外殼；其中，所述底板是所述機架組件的基座，所述支架和所述點陣式顯示屏固定板固定安裝在所述底板上，所述點陣式顯示屏固定板用于固定安裝所述點陣式顯示屏組件和所述液槽成型組件，所述支架用于支撐固定Z軸移動平臺組件。

在上述技術方案中，所述點陣式顯示屏組件為LED顯示屏組件或者激光陣列或者主動發光單元陣列；所述點陣式顯示屏組件的外形相應設置為矩形、正方形、平行四邊形、六角形、環形、球臺形或者條帶形；所述點陣式顯示屏組件發出的光源波長為紫外、藍光、可見光和紅外中的一種或者多種的疊加組合。