本發(fā)明屬于dlp光固化三維打印技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法以及打印設(shè)備。

背景技術(shù)：

快速成型技術(shù)是離散迭代的一個(gè)過(guò)程，三維模型通過(guò)一個(gè)方向進(jìn)行分層，從而獲取每層的輪廓信息或者圖像信息，然后通過(guò)打印頭或者光源來(lái)實(shí)現(xiàn)每層的數(shù)據(jù)信息，重復(fù)迭代，最后形成一個(gè)三維實(shí)體模型。

dlp是“digitallightprocession”的縮寫，即數(shù)字光處理技術(shù)，其是根據(jù)美國(guó)ti公司的數(shù)字微鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的顯示技術(shù)。目前dlp技術(shù)應(yīng)用在三維打印上越來(lái)越廣泛，主要是采用單個(gè)dlp投影儀固定放置在樹(shù)脂槽下部進(jìn)行光投影，其樹(shù)脂槽底部采用透光離型裝置。

中國(guó)專利zl201410027198.2公開(kāi)了一種基于dlp原理的3d打印機(jī)，其設(shè)有樹(shù)脂槽，所述樹(shù)脂槽的底板可透光；垂直升降機(jī)構(gòu)上固定連接成型平臺(tái)，通過(guò)垂直升降

機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整樹(shù)脂槽與成型平臺(tái)之間的距離；計(jì)算機(jī)用于處理三維模型并將三維模型順序分割成具有一定厚度的若干剖面圖形，計(jì)算機(jī)還連接控制電氣控制裝置，電氣控制裝置控制垂直升降機(jī)構(gòu)自動(dòng)升降成型平臺(tái)，并控制dlp投影機(jī)對(duì)樹(shù)脂槽中光固化樹(shù)脂液面照射；dlp投影機(jī)設(shè)于樹(shù)脂槽的下方并與計(jì)算機(jī)相連，dlp投影機(jī)將剖面圖形的圖形光路經(jīng)樹(shù)脂槽的底板透射以照射光固化液態(tài)樹(shù)脂。

但是打印尺寸小和打印速度慢是此類設(shè)備的普遍不足，對(duì)于打印尺寸小主要是因?yàn)閐lp投影儀目前最高分辨率1920x1080p，投影幅面越大，單個(gè)像素對(duì)應(yīng)的尺寸越大，因此精度就越差，因此往往在精度必須保證的前提下打印尺寸會(huì)非常??；對(duì)于速度慢主要是因?yàn)槊看蛴∫粚樱夹枰M(jìn)行離型動(dòng)作，離型后還需要靜置幾秒鐘使得液面能夠平穩(wěn)，打印一層往往需要十幾秒鐘，效率非常低。此外一個(gè)不足之處就是離型所使用的離型膜需要不定時(shí)更換，增加了打印失敗的幾率同時(shí)浪費(fèi)樹(shù)脂。

因此，需要一種能夠提高打印幅面且不失精度，同時(shí)能夠提高打印效率和成功率的投影式3d打印方法和設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有方案的種種不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法和設(shè)備，來(lái)解決現(xiàn)有方案設(shè)備的打印尺寸小，打印速度慢的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題本發(fā)明提供一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法，此方法為：采用四組dlp投影系統(tǒng)構(gòu)件一個(gè)大型幅面投影系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱大幅面投影系統(tǒng)），大幅面投影系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制下逐層連續(xù)播放365-405nmuv光圖像，紫外光圖像使得光敏樹(shù)脂逐層固化，z軸打印平臺(tái)逐層下降，如此往復(fù)迭代從而形成三維物體；為了提高打印速度，通過(guò)確定濃度的高壓氧氣來(lái)抑制氣泡的產(chǎn)生且形成非固化死區(qū)，在死區(qū)以及高壓氧氣的作用下液面能夠保持穩(wěn)定，同時(shí)在平衡箱以及液面激光測(cè)距儀的作用下，在uv光圖像連續(xù)曝光下進(jìn)行快速三維打印。

優(yōu)選的，所述四組投影系統(tǒng)構(gòu)成的大型幅面投影系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)控制下能夠根據(jù)一副圖像進(jìn)行自動(dòng)拆分，每個(gè)投影系統(tǒng)獨(dú)自完成一副圖像的1/4的曝光，且曝光時(shí)間需要協(xié)調(diào)一致，從而提高打印的尺寸。

優(yōu)選的，所述365-405nmuv光圖像的播放是連續(xù)的，從而能夠減少階梯效應(yīng)。

優(yōu)選的，所述確定濃度的高壓氧氣的控制是由計(jì)算機(jī)根據(jù)樹(shù)脂來(lái)確定不同的氧氣濃度以及壓力通過(guò)數(shù)據(jù)線發(fā)送指令給氧氣增壓發(fā)生裝置，由氧氣增壓發(fā)生裝置產(chǎn)生高壓氧氣，氧氣濃度的檢測(cè)通過(guò)氧氣濃度檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，在高壓氧氣的作用下，液面形成了5-100μm的不固化死區(qū)，從而為快速打印液面補(bǔ)充平穩(wěn)提供了主要條件，成型速度提高了5-20倍。

優(yōu)選的，所述液面位置的穩(wěn)定通過(guò)液位激光測(cè)距儀測(cè)量后反饋給計(jì)算機(jī)由計(jì)算機(jī)來(lái)控制補(bǔ)液裝置來(lái)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)液。

本發(fā)明也提供了一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印設(shè)備，包括：采用四組dlp投影系統(tǒng)構(gòu)件一個(gè)大型幅面投影系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱大幅面投影系統(tǒng)），下部具有透光玻璃，下部設(shè)置有密封構(gòu)件腔室，密封構(gòu)件腔室上部設(shè)置有液位激光測(cè)距儀；z軸移動(dòng)打印平臺(tái)裝置以及平衡箱裝置，密封構(gòu)件腔室上部右側(cè)安裝有氧氣增壓發(fā)生裝置；左側(cè)安裝有氧氣濃度檢測(cè)裝置；下部設(shè)置有樹(shù)脂槽，樹(shù)脂槽兩側(cè)設(shè)置有ptc加熱器；機(jī)架的左側(cè)設(shè)置有樹(shù)脂增壓補(bǔ)液裝置。

優(yōu)選的，所述的一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印設(shè)備，其特征在于，所述大幅面投影系統(tǒng)設(shè)置在整個(gè)設(shè)備的正上方，由四個(gè)dlp投影系統(tǒng)組成。

優(yōu)選的，所述的一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印設(shè)備，其特征在于，所述透光玻璃為uv玻璃，對(duì)uv光的透過(guò)率≥97%；所述的z軸移動(dòng)打印平臺(tái)是一具有密集網(wǎng)孔的不銹鋼板，其通過(guò)伺服電機(jī)以及絲桿傳動(dòng)進(jìn)行z向上下移動(dòng)；所述的平衡箱通過(guò)伺服電機(jī)以及絲桿傳動(dòng)進(jìn)行z向上下移動(dòng)。

優(yōu)選的，所述的一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印設(shè)備，其特征在于，所述樹(shù)脂槽為不銹鋼槽，其左右兩側(cè)設(shè)置有ptc加熱器，同時(shí)與自動(dòng)補(bǔ)液裝置聯(lián)通。

優(yōu)選的，所述的一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印設(shè)備，其特征在于，所述大幅面投影系統(tǒng)、氧氣增壓發(fā)生裝置、氧氣濃度檢測(cè)器、液位激光測(cè)距儀、自動(dòng)補(bǔ)液裝置、ptc加熱系統(tǒng)、所有伺服電機(jī)都由一臺(tái)計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制。

綜上，本發(fā)明一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法和設(shè)備利用了四組dlp光投影的組合成了一種大幅面投影系統(tǒng)，采用高壓氧氣來(lái)形成固化死區(qū)，穩(wěn)定液面，能夠?qū)崿F(xiàn)大幅面的快速光固化三維打印。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法三維模型分層數(shù)據(jù)分配示意圖；

圖2是本發(fā)明基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法的死區(qū)分解示意圖；

圖3是本發(fā)明基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法的快速打印過(guò)程中液面流動(dòng)示意圖示意圖。

圖4是本發(fā)明基于dlp光固化的大幅面快速3d打印設(shè)備的整體示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1、計(jì)算機(jī)，2、大幅面投影系統(tǒng)，3、氧氣增壓發(fā)生裝置，4、氧氣濃度檢測(cè)器，5、機(jī)架，6、樹(shù)脂槽，7、ptc加熱器，8、z軸移動(dòng)打印平臺(tái)裝置，9、uv光路，10、液位激光測(cè)距儀，11、透光玻璃，12、自動(dòng)樹(shù)脂補(bǔ)液裝置，13、平衡箱裝置，14、伺服第一電機(jī)，15、伺服第二電機(jī)，16、密封構(gòu)件腔室。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提出的一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法和設(shè)備，進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“左側(cè)”、“右側(cè)”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外對(duì)于本發(fā)明圖示的結(jié)構(gòu)大小、比例等僅僅用來(lái)對(duì)說(shuō)明實(shí)施的內(nèi)容和方法，不具備技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義。任何的修飾、改動(dòng)在功效相同的情況下均落在本技術(shù)所涵蓋的范圍內(nèi)。

本發(fā)明提出的一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法，主要包括如下步驟：

1）通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)所要打印的三維模型沿任一方向進(jìn)行切片處理，獲取每層的投影圖案；

2）計(jì)算機(jī)根據(jù)四個(gè)dlp投影系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)圖像分配，使得每個(gè)dlp投影系統(tǒng)分配獨(dú)自打印每層圖像1/4幅面的圖像。每個(gè)dlp投影系統(tǒng)分配的圖像獨(dú)立存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；

3）打印時(shí)設(shè)備根據(jù)樹(shù)脂進(jìn)行選擇氧氣的濃度以及氧氣的壓力，濃度一般控制在50-100%。在富氧氣的環(huán)境中，樹(shù)脂會(huì)形成一段不固化的死區(qū)。在這部分死區(qū)以及氧氣壓力的作用下使得樹(shù)脂能夠一直穩(wěn)定，打印完好的固化層下降的過(guò)程中液面不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，因此不需要刮板進(jìn)行刮平補(bǔ)液的動(dòng)作；

4）大幅面dlp投影系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行投影，是的打印平臺(tái)上的樹(shù)脂固化，從而形成了一個(gè)大幅面的固化模型片層，然后z軸移動(dòng)打印平臺(tái)按照設(shè)置好的層高下降后，大幅面dlp投影系統(tǒng)再次曝光，往復(fù)迭代，最終打印出整個(gè)三維模型。

如圖1所示，上述四個(gè)dlp投影系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)圖像分配情況，其中a、b、c、d四個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)即表示計(jì)算機(jī)自動(dòng)分配的對(duì)應(yīng)的每個(gè)dlp投影系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)，其原理是根據(jù)模型的幾何中心沿x、y兩個(gè)方向進(jìn)行切分，切分后再沿z方向?qū)?shù)據(jù)模型進(jìn)行切分，這樣就獲取了每個(gè)dlp投影系統(tǒng)的每層圖像數(shù)據(jù)。

如圖2所示，上述不固化的死區(qū)，是通過(guò)具有50-100%濃度的高壓氧氣來(lái)產(chǎn)生的，因?yàn)檠鯕饩哂幸种乒饷魳?shù)脂固化的作用，因此在液面以下形成了5-100μm的這樣一種uv光照射的情況下不會(huì)產(chǎn)生光敏樹(shù)脂固化的區(qū)域，此區(qū)域即稱為死區(qū)。

如圖3所示，當(dāng)z向移動(dòng)打印底板上的樹(shù)脂固化后，z軸向下移動(dòng)一個(gè)層厚，樹(shù)脂需要補(bǔ)充過(guò)來(lái)，樹(shù)脂的流動(dòng)情況就會(huì)由于四周向中間補(bǔ)充流動(dòng)，正是由于死區(qū)的存在以及氧氣高壓的作用，樹(shù)脂隨時(shí)都在流動(dòng)補(bǔ)充，以至于在打印的過(guò)程中液面能夠保持一種穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣一來(lái)便可以大大提高打印速度。

如圖4所示，本發(fā)明也提供了一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印設(shè)備，包括：采用四組dlp投影系統(tǒng)構(gòu)件一個(gè)大型幅面投影系統(tǒng)2（簡(jiǎn)稱大幅面投影系統(tǒng)），下部具有透光玻璃11，下部設(shè)置有密封構(gòu)件腔室16，密封構(gòu)件腔室16上部設(shè)置有液位激光測(cè)距儀10；z軸移動(dòng)打印平臺(tái)裝置8以及平衡箱裝置13，密封構(gòu)件腔室16上部右側(cè)安裝有氧氣增壓發(fā)生裝置3；左側(cè)安裝有氧氣濃度檢測(cè)裝置4；下部設(shè)置有樹(shù)脂槽6，樹(shù)脂槽6兩側(cè)設(shè)置有ptc加熱器7；機(jī)架5的左側(cè)設(shè)置有樹(shù)脂增壓補(bǔ)液裝置12。

圖4為本發(fā)明的一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印設(shè)備的具體實(shí)施例，具體的為機(jī)架5與樹(shù)脂槽6以及透光玻璃11共同形成了密封構(gòu)件腔室16，機(jī)架5的頂部安裝有大幅面投影系統(tǒng)2，大幅面投影系統(tǒng)的光需要通過(guò)透光玻璃11才能到達(dá)z軸移動(dòng)打印平臺(tái)裝置8，z軸打印平臺(tái)裝置8的上下移動(dòng)通過(guò)伺服第一電機(jī)14來(lái)驅(qū)動(dòng)絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)，密封構(gòu)件腔室6右側(cè)安裝的氧氣增壓發(fā)生裝置3向密封構(gòu)件腔室6中釋放高壓的確定濃度的氧氣，使得密封構(gòu)件腔室6中充滿高濃度和高壓的氧氣，密封構(gòu)件腔室6的左側(cè)安裝有氧氣濃度檢測(cè)器4，用來(lái)對(duì)密封構(gòu)件腔室6中的氧氣濃度進(jìn)行檢測(cè)并反饋給計(jì)算機(jī)1，有計(jì)算機(jī)1再對(duì)氧氣增壓發(fā)生裝置3進(jìn)行調(diào)整，在打印過(guò)程中液面高度可以通過(guò)液位激光測(cè)距儀10來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，其安裝在機(jī)架5上，檢測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)1后驅(qū)動(dòng)平衡箱裝置13進(jìn)行上下移動(dòng)來(lái)滿足液位的要求，平衡箱裝置13是由伺服第二電機(jī)15驅(qū)動(dòng)絲桿來(lái)進(jìn)行上下移動(dòng)。當(dāng)樹(shù)脂槽6中樹(shù)脂不足時(shí)，計(jì)算機(jī)1發(fā)送指令給樹(shù)脂增壓補(bǔ)液裝置12，樹(shù)脂增壓補(bǔ)液裝置12會(huì)向樹(shù)脂槽6中自動(dòng)補(bǔ)充樹(shù)脂，直到液位激光測(cè)距儀10反饋的數(shù)據(jù)達(dá)到指定液位。

本發(fā)明中的大幅面投影系統(tǒng)2不局限于由四個(gè)dlp投影系統(tǒng)組成，可以為6個(gè)或者8個(gè)或者多個(gè)，不限定于數(shù)量。

本發(fā)明中dlp投影系統(tǒng)也可以是由led(lightemittingdiode)投影儀，lcd(liquidcrystaldisplay)投影儀，uv(ultraviolet)投影儀進(jìn)行替代。

綜上，本發(fā)明一種基于dlp光固化的大幅面快速3d打印方法和設(shè)備，利用了四組dlp光投影的組合成了一種大幅面投影系統(tǒng)，采用高壓氧氣來(lái)形成固化死區(qū)，穩(wěn)定液面，能夠?qū)崿F(xiàn)大幅面的快速光固化三維打印。

基于對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的描述，應(yīng)該清楚，由所附的權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明并不僅僅局限于上面說(shuō)明書(shū)中所闡述的特定細(xì)節(jié)，未脫離本發(fā)明宗旨或范圍的對(duì)本發(fā)明的許多顯而易見(jiàn)的改變同樣可能達(dá)到本發(fā)明的目的。