[發明專利]快速連續紫外光固化立體成型系統及方法

有效

• 申請號: 201810331598.0
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108527852B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 周祖德;胡建民;基倫·帕特爾;劉泉
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/20;B29C64/245;B29C64/264;B29C64/386;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發明公開了一種快速連續紫外光固化立體成型系統及方法，所述系統包含上位機控制軟件，嵌入式控制器模塊，紫外光學引擎模塊，成型升降平臺模塊，位置檢測模塊，樹脂容器模塊和輔助聚焦模塊。在快速成型時，本發明通過上位機控制軟件和嵌入式控制模塊相互配合，控制紫外光學引擎和步進電機同步工作，紫外光學引擎通過樹脂池底部氧氣半透膜將圖片投射到成型平臺底部，步進電機按照切片參數帶動成型平臺連續向上運動，從而降低模型每層固化所需時間，提高了固化成型的速度。

技術領域

本發明涉及快速成型領域，具體涉及一種快速連續紫外光固化立體成型系統及方法。

背景技術

快速成型(RP)技術是二十世紀九十年代發展起來的一項先進制造技術，是為制造企業新產品開發服務的一項關鍵共性技術，對促進企業產品創新、縮短新產品開發周期、提高產品競爭力有積極的推動作用。自美國3D Systems公司1986年推出第一臺商業快速成型機以來，已經有十幾種不同的成型方法，其中比較成熟的有熔融沉積成型(FDM)，粉末燒結成型(SLS)和光固化成型(SLA)等方法，同時快速成型技術已經在發達國家的制造業中得到了廣泛應用，并由此產生一個新興的技術領域。在現有的眾多快速成型方法中，SLA由于其相對成型精度高，表面效果好等優點，被廣泛應用于工業、飾品和生物醫療領域。該方法主要是利用特定強度的光源聚焦照射在光固化材料的表面(材料主要為樹脂)，一層材料固化后進行下一層，以此方式循環往復，直至最終成品的完成。依據所采用的光源不同，SLA進一步可以細分為點成型和面成型兩種光固化子方法。目前SLA快速成型機器由于光源和光照方式，都存在著成型速度慢，價格昂貴等問題。國內外現有的SLA快速成型機器大部分采用普通投影儀作為多分子樹脂材料的曝光光源，普通投影儀按照模型切片順序將圖片投射到樹脂液體表面，使表面特定區域內的一層樹脂在樹脂容器內的升降臺平面上固化生成模型的一個截面，然后升降臺下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態樹脂，再進行第二層投射，第二固化層牢固地粘結在前一固化層上，這樣一層層疊加而成立體模型原型。由于在每一層樹脂進行曝光時，升降臺需要停留足夠的時間保證該層樹脂固化完全，升降臺每次停頓和重啟需要3-5秒，所以此方法的成型速度受到很大影響。此外，普通投影儀投射到樹脂液面上的切片圖片的分辨率在50um左右，該方法也無法對精度要求高的物體進行快速成型。針對上述問題，國內外研究者和企業做出了改進方法，美國Formlabs在2014年起推出Form系列SLA桌面級3D打印機，該系列打印機通過點激光器和振鏡完成模型切片圖片的掃描投射，使得分辨率可以達到25um。但由于是點光源實現對樹脂材料的固化，同時升降臺也要在每層樹脂固化時停頓2-3秒，其在SLA成型速度方面并未做出太大的改進。美國Carbon3D公司2015年開發出一種SLA改進型技術CLIP，該技術采用氧氣半透膜作為樹脂容器底部透明材料，底部的紫外光切片圖片投影讓光敏樹脂固化在緩慢向上移動的平臺上，而容器底部的液態樹脂由于接觸氧氣而保持穩定的液態區域，這樣就保證了固化的連續性，從而成百倍的提高了樹脂固化成型速度。但該公司最新M2快速成型機器在XY平面的分辨率只有75um，由此可見，Carbon3D公司基于CLIP的快速成型機器難以完成高精度物體的成型工作。此外，該機器外形高度達到1734mm，結構不緊湊，無法放置于桌面，同時其昂貴的價格也使得該機器并未得到廣泛普及。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有SLA快速成型機存在的分辨率低，成型速度慢，價格昂貴等缺點，提供了一種快速連續紫外光固化立體成型系統及方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

提供一種快速連續紫外光固化立體成型系統，該系統包含上位機控制軟件、嵌入式控制器模塊、紫外光學引擎模塊、成型升降平臺模塊、位置檢測模塊和樹脂容器模塊；

所述成型升降平臺模塊包含直線導軌支架、步進電機、直線導軌、導軌滑塊和成型平臺；直線導軌固定在直線導軌支架上，導軌滑塊設置在直線導軌上；成型平臺隨導軌滑塊沿直線導軌上下運動；