一種利用光固化3d打印機(jī)的打印方法以及3d打印系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印領(lǐng)域，特別涉及一種以旋轉(zhuǎn)方式局部固化的3D打印方法以及利用該方法的3D打印系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，光固化成型裝置主要包括SLA光固化3D打印機(jī)以及DLP光固化打印機(jī)。
[0003]其中，SLA光固化3D打印機(jī)具有能夠容納液態(tài)光敏樹脂的光敏樹脂池以及用于承載打印薄層的承載平臺(tái)。其采用將特定波長(zhǎng)(405nm)的激光聚焦到液態(tài)光敏樹脂表面，使之由點(diǎn)到線、由線到面的固化，最終完成第一個(gè)薄層的固化。然后承載該薄層的承載平臺(tái)向上移動(dòng)一定距離并且停止數(shù)秒，之后承載平臺(tái)向下移動(dòng)，使第一薄層至液態(tài)光敏樹脂池底部的距離等于第二薄層厚度。以激光照射液態(tài)光敏樹脂，則第二薄層固化于第一薄層的下表面之上。以此類推，通過薄層的累積，最終形成打印物體。這樣操作是由于液態(tài)光敏樹脂具粘度，流動(dòng)性差，因此需要有足夠的時(shí)間等待液態(tài)光敏樹脂在承載平臺(tái)與光敏樹脂池的底部之間的空隙中均勻分布。由于承載平臺(tái)需要在薄層的固化間隔向上運(yùn)動(dòng)、停止、向下運(yùn)動(dòng)，因此，這樣的打印過程不連續(xù)，導(dǎo)致打印效率下降。
[0004]另一種DLP光固化3D打印機(jī)是采用DLP投影設(shè)備，將圖案直接照射到液態(tài)光敏樹脂的表面，使其固化成第一薄層。之后與SLA光固化3D打印機(jī)相同，承載平臺(tái)需要上升、停止、向下運(yùn)動(dòng)，開始固化疊加于第一薄層下表面的第二薄層。以此類推，最終形成打印物體。DLP光固化3D打印機(jī)具有與SLA光固化3D打印機(jī)相同的缺陷，打印過程被間斷，從而影響了打印效率。
[0005]因此，提供一種新的打印方式以提高打印效率的方法成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種利用光固化3D打印機(jī)的打印方法，包括單層打印步驟:
[0007]設(shè)定橫截面圖案:確定待打印物體的橫截面圖案以及橫截面厚度；
[0008]設(shè)定掃描區(qū)域:設(shè)定能夠覆蓋所述打印物體的橫截面圖案的圓，并以所述圓的一部分扇形區(qū)域?yàn)閽呙鑵^(qū)域；
[0009]旋轉(zhuǎn)顯示:使所述掃描區(qū)域沿所述圓的圓心順時(shí)針或逆時(shí)針地轉(zhuǎn)動(dòng)，直至其軌跡遍布整個(gè)所述橫截面圖案；以LCD顯示單元同步顯示處于所述掃描區(qū)域內(nèi)的圖案；
[0010]照射固化:執(zhí)行旋轉(zhuǎn)顯示步驟的同時(shí)，以光束透過所述IXD顯示單元照射液態(tài)光敏樹脂，使得所述液態(tài)光敏樹脂以與所述掃描區(qū)域內(nèi)的圖案相同的形狀且以所述橫截面厚度固化于承載單元上。
[0011]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述打印方法包括:重復(fù)所述單層打印步驟，以形成多個(gè)具有所述橫截面厚度的疊加的薄層，直至形成完整的打印物體；在此過程中，所述承載單元連續(xù)移動(dòng)。
[0012]在本實(shí)施方式中，承載單元連續(xù)移動(dòng)，以使下一薄層固化于上一薄層，最終形成完整的3D打印物體。在形成一個(gè)薄層的過程中，承載單元移動(dòng)一定的距離時(shí)，液態(tài)光敏樹脂按照掃描區(qū)域顯示的圖案固化于承載單元。因此，薄層的固化程度具有梯度，即先被固化的區(qū)域由于照射時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)間，因此固化程度高，而后被照射的區(qū)域由于照射時(shí)間暫未達(dá)預(yù)定時(shí)間，固化程度略低。液態(tài)光敏樹脂不斷的補(bǔ)充到承載單元或薄層與光敏樹脂池之中，完全不同于現(xiàn)有的每打印一層都要停滯一段時(shí)間的3D打印方法，打印效率得到顯著提升。
[0013]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，在所述旋轉(zhuǎn)顯示步驟和所述照射固化步驟中，所述承載單元移動(dòng)一個(gè)所述橫截面厚度時(shí)，所述掃描區(qū)域的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡至少一次遍布所述待打印物體的橫截面圖案。
[0014]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述扇形的面積為1/4所述圓的面積。
[0015]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述IXD顯示單元以透光部分和遮光部分組成所述圖案。
[0016]本發(fā)明還提供了一種光固化3D打印系統(tǒng)，包括:用于根據(jù)待打印物體的橫截面圖案設(shè)定能夠覆蓋所述打印物體的橫截面圖案的圓，并以所述圓的一部分為扇形單位掃描區(qū)域的控制單元；用于根據(jù)所述控制單元設(shè)定的所述單位掃描區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡，同步顯示處于所述單位掃描區(qū)域內(nèi)的圖案的LCD顯示單元。
[0017]本發(fā)明提供的一種利用光固化3D打印機(jī)的打印方法，由于液態(tài)光敏樹脂具有一定粘度，因此局部固化部分會(huì)對(duì)液體形態(tài)的光敏樹脂存在較強(qiáng)的分子間作用力，使得液體形態(tài)的光敏樹脂被牽拽到形成的薄層和光敏樹脂池底部的間隙中，以利于隨后的光固化。因此，本發(fā)明具有很高的成型精度以及相對(duì)于現(xiàn)有打印方法20?100倍的成型速度。
【附圖說明】
[0018]圖1為所采用的3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為選定的待打印物體；
[0020]圖3為圖2所示的待打印物體的一個(gè)橫截面圖案；
[0021]圖4圖3所示橫截面圖案處于圓形區(qū)域內(nèi)的示意圖；
[0022]圖5為選定的扇形區(qū)域示意圖；
[0023]圖6a?6g為扇形區(qū)域旋轉(zhuǎn)一周，IXD顯示單元顯示的圖案；
[0024]圖7為本發(fā)明一實(shí)施方式的光固化3D打印方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參照?qǐng)D1，一種光固化3D打印機(jī)，其具有框架I以及設(shè)置在框架I內(nèi)的中層板2。中層板2將框架I的內(nèi)部分隔為上部空間1-1以及下部空間1-2。光敏樹脂池3設(shè)置在中層板2之上，其內(nèi)部容納液態(tài)光敏樹脂。在光敏樹脂池3底部的內(nèi)表面依次覆設(shè)用于均勻光線的菲涅爾透鏡4以及IXD液晶顯示單元5。
[0026]導(dǎo)軌立柱6設(shè)置于框架I內(nèi)部的一側(cè)，其貫穿中層板2，由下部空間1-2延伸至上部空間1-1。用于承載固化物體7的承載平臺(tái)8能夠沿著導(dǎo)軌立柱6豎直運(yùn)動(dòng)。具體而言，導(dǎo)軌立柱6可以為能夠旋轉(zhuǎn)的絲杠，而承載平臺(tái)8與導(dǎo)軌立柱6關(guān)聯(lián)的一端可以是絲杠的螺母座。當(dāng)絲杠在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，這一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為承載平臺(tái)8的豎直運(yùn)動(dòng)。
[0027]框架I的最底部固定設(shè)置控制單元9以及能夠發(fā)射光束的光源10。光源10處于光敏樹脂池3的下方，其發(fā)射的光束能夠依次經(jīng)由光敏樹脂池3、菲涅爾透鏡4和LCD液晶顯示單元5后照射容納于光敏樹脂池3內(nèi)的液態(tài)光敏樹脂，以使其固化成型于承載平臺(tái)8之上?？刂茊卧?能夠控制光源10的開啟或關(guān)閉、控制承載平臺(tái)8沿立柱導(dǎo)軌6運(yùn)動(dòng)，以及控制IXD液晶顯示單元5顯示圖案。
[0028]應(yīng)當(dāng)能夠理解，光敏樹脂池3的底部為允許光源10發(fā)出的光束透過的透明材質(zhì)，并且中層板2同樣為透明材質(zhì)或者具有能夠使光束通過的空心區(qū)域。IXD液晶顯示單元5能夠以透光區(qū)域顯示出待打印物品任意橫截面的圖案，而其它部分均為遮光區(qū)域。光源10發(fā)射的光束在透光區(qū)域可以透過LCD液晶顯示單元5，在遮光區(qū)域則不能。因此，液態(tài)光敏樹脂被照射之后所固化的薄層的形狀與LCD液晶顯示單元5透光區(qū)域的圖案相同。
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