一種光固化3d打印系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D打印系統(tǒng)，特別是一種光固化3D打印系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)，即增材制造技術(shù)的別稱。通常的實現(xiàn)方式有熔融擠出、光固化、粉末燒結(jié)等類型。其中光固化3D打印技術(shù)，是結(jié)構(gòu)較為簡易而精度較高的一種方案?，F(xiàn)有的光固化3D打印設(shè)備，通常以光敏樹脂為耗材，通過DLP投影、激光掃描或液晶透射屏幕遮罩等方式，將包含特定圖形信息的光投射至一個成型面，從而將位于此成型面的光敏樹脂依據(jù)需要，有選擇地固化，從而構(gòu)成打印件的一個截面。隨后，通過升降打印件，在其端面不斷增加新的固化界面，從而最終實現(xiàn)具有較大體積的打印件。但是，無論是采用DLP投影方式、激光振鏡掃描方式，還是液晶透射屏幕遮罩方式實現(xiàn)光固化成型，其最大成型尺寸都受到器件規(guī)格的局限。例如，DLP投影方式下，當(dāng)DLP成像元件(即DMD器件)的分辨率(像素點陣)不變時，投影獲得的圖形范圍尺寸越大，則每個像素所對應(yīng)的固化成型尺寸也就越大，相應(yīng)地，獲得的打印成品將更粗糙；在激光振鏡掃描方式下，由于聚焦場鏡只能在特定尺寸范圍內(nèi)保證聚焦光斑大小理想，一旦超過此尺寸范圍，將會造成光斑的尺寸差異增大，影響打印成品的精度；在液晶透射屏幕遮罩方式下，液晶屏自身的分辨率及其尺寸，也同樣會制約著打印成品的效果?？傊?，在已知的主要光固化3D打印設(shè)備中，尺寸與精細程度，是一對互相制約、限制的元素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問題，本發(fā)明旨在提供一種光固化3D打印系統(tǒng)，能夠在不影響打印成品精細程度的前提下，獲得更大的成型尺寸，或者在不減少成型尺寸的前提下，獲得更加精細的打印效果。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:一種光固化3D打印系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光敏液體材料槽，用于承載光敏液體材料，其大致形狀為具備一定深度的有壁容器，并有具備一定面積的平坦底部，且所述光敏液體材料與所述平坦底部的接觸面構(gòu)成成型面；照射單元，能夠在計算機控制下將包含特定圖形信息的光照射向所述光敏液體材料槽并在所述成型面上清晰成像，從而將從所述成型面起的一定厚度內(nèi)的光敏液體材料以所述特定圖形信息限定的形狀固化；工作臺，能夠伸入所述光敏液體材料槽并接觸到所述光敏液體材料，且能夠粘附被固化的所述光敏液體材料；升降機構(gòu)，能夠在與所述成型面相垂直的方向上移動所述工作臺，使之接近或遠離所述成型面；以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。
[0005]進一步地，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，能夠以垂直于所述成型面的一根直線為旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)。
[0006]進一步地，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線與成型面的交點，位于所述照射單元在所述成型面上清晰成像的范圍之內(nèi)或恰好位于其邊界上。
[0007]進一步地，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)能夠在計算機控制下，以特定的速度、角度，在所述照射單元對所述成型面發(fā)光的間隙進行旋轉(zhuǎn)。
[0008]進一步地，所述照射單元安裝在所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，能夠跟隨所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)動。
[0009]進一步地，所述工作臺安裝在所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，能夠跟隨所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)動。
[0010]進一步地，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)裝有分度頭。
[0011]進一步地，所述照射單元包括DMD器件、透鏡組、光源，且所述光源為氙燈或發(fā)光波段包含350nm到455nm之間的至少I個特定波長的LED光源。
[0012]所述照射單元也可以包括半導(dǎo)體激光器、振鏡與聚焦鏡，且所述半導(dǎo)體激光器的發(fā)光波長在350nm到455nm之間。
[0013]所述照射單元還可以包括液晶透射屏幕、LED光源，且所述LED光源的發(fā)光波段包含350nm到455nm之間的至少I個特定波長。
[0014]進一步地，所述光敏液體為能夠在350nm至455nm之間至少I個特定波段光線照射下固化的光敏樹脂。
[0015]進一步地，所述工作臺與所述升降機構(gòu)的固定連接方式為由電路控制的電磁鐵吸附，且當(dāng)電路執(zhí)行特定操作時，連接能夠被解除，所述工作臺能夠脫離所述升降機構(gòu)。
[0016]進一步地，所述工作臺與所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的固定連接方式為由電路控制的電磁鐵吸附，且當(dāng)電路執(zhí)行特定操作時，連接能夠被解除，所述工作臺能夠脫離所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。
[0017]本發(fā)明所涉及的光固化3D打印系統(tǒng)，通過加入旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，在單次照射尺寸與精度固定的前提下，能夠使工作臺與照射機構(gòu)產(chǎn)生相對運動，從而實現(xiàn)依次照射以擴大成型尺寸的目的。
【附圖說明】
[0018]附圖1為本發(fā)明的一種實施例中利用旋轉(zhuǎn)運動增加成型面積范圍的示意圖。
[0019]附圖2為本發(fā)明的一種實施例中工作臺與升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖3為本發(fā)明的一種實施例中工作臺、升降機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的描述。
[0022]本發(fā)明所涉及的光固化3D打印系統(tǒng)是一種包含旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的光固化3D打印系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的功能在于使工作臺或照射單元能夠以一條垂直于成型面的直線為軸進行旋轉(zhuǎn)。
[0023]打印開始時，工作臺將處于特定的起始位置，即工作臺的底面與光敏液體材料槽內(nèi)的成型面極其貼近，僅留有一個薄層的間隙。當(dāng)照射單元開始照射時，這一薄層間隙內(nèi)的光敏液體即能在較短時間內(nèi)被固化。
[0024]當(dāng)一個薄層的光敏液體被固化后，傳統(tǒng)的光固化3D打印方案通常直接提升工作臺，使得這一層光敏液體固化物粘附在工作臺上，與之共同提升一段極小的距離，從而在固化物的底面與成型面之間再次形成一個薄層間隙，從而能夠重復(fù)照射一一提升一一照射的過程，進而形成具有一定高度的固化打印件。
[0025]然而在本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的存在，照射單元進行一次照射之后，打印系統(tǒng)能夠不立即提升工作臺，而是通過旋轉(zhuǎn)工作臺(以及附著在上的光敏液體固化物)或者旋轉(zhuǎn)照射單元，并且隨即進行一次新的照射。
[0026]在照射單元單次成像范圍不變的前提下，在照射單元向成型面照射的間隙加入一次或多次旋轉(zhuǎn)運動，從整體效果看，將會顯著地擴大照射單元成像的范圍。如圖1所示，通過若干次旋轉(zhuǎn)，照射單元的成像范圍可以輕易地增加一倍乃至數(shù)十倍。
[0027]在本發(fā)明的一個實施例中，光固化3D打印系統(tǒng)包括一個光敏樹脂材料槽、一個照射單元、一個工作臺、一個升降機構(gòu)與一個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。
[0028]其中光敏樹脂材料槽為一個帶壁的平底容器，且底部透明，能夠使紫外光、藍紫光或純藍光通過。照射單元能夠在所連接的計算機控制下，將特定形狀的圖形投射向光敏樹脂材料槽底部與光敏樹脂所接觸處形成的成型面且在此面上清晰成像。
[0029]其中照射單元安裝在裝有分度頭的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，能夠以一根垂直于成型面的直線為軸心進行精確的旋轉(zhuǎn)。
[0030]工作臺安裝在升降機構(gòu)上，因而升降機構(gòu)能夠帶動工作臺共同沿著與成型面垂直的方向進行上下運動。
[0031]照射單元的旋轉(zhuǎn)軸與成型面的交點，始終位于照射單元進行單次照射在成型面上清晰成像的范圍內(nèi)部或其邊界上。
[0032]如附圖1所示，照射單元(I)能夠在成型面上的某個特定區(qū)域(3)進行清晰成像，且照射單元的旋轉(zhuǎn)軸(2)位于該區(qū)域的邊界線上，在照射單元對該區(qū)域進行照射之后，照射單元沿旋轉(zhuǎn)軸(2 )旋轉(zhuǎn)特定角度，例如180度，則此時照射單元能夠在成型面上一個新的特定區(qū)域(4)進行清晰成像。當(dāng)照射單元旋轉(zhuǎn)角度不恰好為180度或360度時，則前一成像區(qū)域和后一成像區(qū)域的非重疊面積將會減小，但仍然可以通過特定的算法，在有限的轉(zhuǎn)動次數(shù)內(nèi)，實現(xiàn)顯著的總成型面積增長。
[0033]在本發(fā)明的另一個實施例中，光固化3D打印系統(tǒng)具有與前一實施例近似的結(jié)構(gòu)，所區(qū)別之處在于工作臺，而非照射單元，安裝在裝有分度頭的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，且旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在升降機構(gòu)上。因此，工作臺既能夠進行升降運動，又能夠進行旋轉(zhuǎn)運動。同樣地，工作臺的旋轉(zhuǎn)軸與成型面的交點，始終位于照射單元進行單次照射在成型面上清晰成像的范圍內(nèi)部或其邊界上。
[0034]仍如附圖1所示，照射單元(I)能夠在成型面上的某個特定區(qū)域進行清晰成像，從而將此范圍內(nèi)的特定部分光敏樹脂固化，進而粘附在工