[發(fā)明專(zhuān)利]一種可調(diào)光源波長(zhǎng)的高精度大面積快速3D打印裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010131775.8
• 申請(qǐng)日: 2020-02-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111531875B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王兆龍;陳雷;張藝茹;段輝高
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B29C64/129
• 分類(lèi)號(hào): B29C64/129;B29C64/20;B29C64/264;B29C64/277;B29C64/286;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京睿博行遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11297
• 代理人: 董自亮

本發(fā)明公開(kāi)了一種可調(diào)光源波長(zhǎng)的高精度大面積快速3D打印裝置及方法，包括計(jì)算機(jī)、固定掩模版曝光裝置、成型裝置和控制系統(tǒng)；該3D打印裝置采用固定掩模版實(shí)現(xiàn)面投影曝光固化，一方面提高了打印精度和打印效率，另一方面可實(shí)現(xiàn)大面積打印，滿(mǎn)足大物件的打印要求，同時(shí)降低了打印成本；并且本發(fā)明3D打印裝置可根據(jù)光敏樹(shù)脂的光固化性質(zhì)的不同，采用不同波長(zhǎng)的光源進(jìn)行打印操作，在保證打印物件精度的情況下同時(shí)提高了光敏樹(shù)脂固化成型后的性能，克服了光敏樹(shù)脂因特定波長(zhǎng)固化的局限，提高樹(shù)脂種類(lèi)的選擇性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可調(diào)光源波長(zhǎng)的高精度大面積快速3D打印裝置及方法。

背景技術(shù)

3D打印是快速成型技術(shù)的一種，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。如今在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，并逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。3D打印由于其便捷性，逐漸被企業(yè)所重視，并在樣品制作、小規(guī)模生產(chǎn)與定制化產(chǎn)品中得到應(yīng)用。

光固化3D打印成型技術(shù)作為3D打印成型技術(shù)的一種，是通過(guò)光源選擇區(qū)域照射使液態(tài)光敏樹(shù)脂材料發(fā)生聚合反應(yīng)后固化，然后進(jìn)行逐層堆疊，形成打印物件。光源選擇區(qū)域照射主要以逐層點(diǎn)掃描為主，但仍存在打印效率低和打印精度低的問(wèn)題。有學(xué)者研究基于數(shù)字微鏡晶片(DMD)實(shí)現(xiàn)數(shù)字光處理的面曝光投影技術(shù)，在一定程度上提高了打印效率和打印精度，但是目前的基于DMD的面曝光投影技術(shù)普遍存在光源波長(zhǎng)固定，DMD價(jià)格高昂的缺點(diǎn)，在一定程度上增加了打印成本，并且難以實(shí)現(xiàn)大面積的打印操作，無(wú)法滿(mǎn)足較大物件打印要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種可調(diào)光源波長(zhǎng)的高精度大面積快速3D打印裝置及方法，該3D打印裝置采用固定掩模版實(shí)現(xiàn)面投影曝光固化，一方面提高了打印精度和打印效率，另一方面可實(shí)現(xiàn)大面積打印，滿(mǎn)足大物件的打印要求，同時(shí)降低了打印成本；并且本發(fā)明3D打印裝置可根據(jù)光敏樹(shù)脂的光固化性質(zhì)的不同，采用不同波長(zhǎng)的光源進(jìn)行打印操作，在保證打印物件精度的情況下同時(shí)提高了光敏樹(shù)脂固化成型后的性能，克服了光敏樹(shù)脂因特定波長(zhǎng)固化的局限，提高樹(shù)脂種類(lèi)的選擇性。

本發(fā)明的首要目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種可調(diào)光源波長(zhǎng)的高精度大面積快速3D打印裝置，包括計(jì)算機(jī)、固定掩模版曝光裝置、成型裝置和控制系統(tǒng)，其連接方式如圖1所示，由計(jì)算機(jī)通過(guò)控制系統(tǒng)控制掩模版曝光裝置的曝光時(shí)間，控制成型裝置的打印零件的切片厚度、三維圖形識(shí)別等參數(shù)；

所述計(jì)算機(jī)用于調(diào)整3D打印裝置的打印平臺(tái)位置、控制曝光時(shí)間及其他打印參數(shù)，以完成3D打印；

所述掩模版曝光裝置包括，第一光機(jī)(1)、第二光機(jī)(2)、固定掩模版(3)、第一滑塊(9)、直線(xiàn)模組(10)、連接桿(11)、滑塊(12)、第一伺服電機(jī)(13)、機(jī)箱(6)；所述第一光機(jī)(1)和第二光機(jī)(2)發(fā)出兩種不同紫外光(365nm～405nm之間)，第一光機(jī)(1)通過(guò)螺紋固定在第一滑塊(9)上，第二光機(jī)(2)通過(guò)螺紋固定在第二滑塊(12)上，滑塊(9)和滑塊(12)焊接于連接桿(11)的兩端，第一滑塊(9)和第二滑塊(12)通過(guò)螺栓固定在直線(xiàn)模組(10)的滑動(dòng)模塊上。計(jì)算機(jī)控制第一伺服電機(jī)(13)工作，使得第一光機(jī)(1)和第二光機(jī)(2)在直線(xiàn)模組(10)上前后滑動(dòng)，以切換不同光機(jī)對(duì)準(zhǔn)掩膜版固定掩模版(3)從而達(dá)到切換光源的目的。

所述成型裝置包括光敏樹(shù)脂槽(4)、打印零件成型平臺(tái)(5)，直線(xiàn)模組(7)、第三滑塊(8)和第二伺服電機(jī)(14)。光敏樹(shù)脂槽(4)固定于底面支架，內(nèi)部用于存放打印材料液態(tài)光敏樹(shù)脂。打印零件成型平臺(tái)(5)通過(guò)螺栓與滑塊(8)固定連接，滑塊(8)通過(guò)螺栓固定在直線(xiàn)模組(7)的滑動(dòng)模塊上，第二伺服電機(jī)(14)通過(guò)螺栓固定連接直線(xiàn)模組(10)。計(jì)算機(jī)控制第二伺服電機(jī)(14)處于工作狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)打印零件成型平臺(tái)(5)在液態(tài)樹(shù)脂中上下移動(dòng)。

所述掩膜版成型方法如圖4所示，各部分功能如下表所示：