光固化3d印表機、光固化3d列印方法及裝置製造方法
2023-06-03 07:41:26
光固化3d印表機、光固化3d列印方法及裝置製造方法
【專利摘要】一種光固化3D印表機、光固化3D列印方法以及光固化3D列印裝置，該光固化3D印表機包括：與光源發生器連接的DMD投影單元陣列，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元，各DMD投影單元根據上位機的控制指令處於開啟狀態或者關閉狀態。本發明方案通過DMD投影單元陣列來進行照射完成3D列印，各DMD投影單元投射到光敏樹脂的距離幾乎是平行的，避免了採用單個DMD晶片列印時紫外光源發散傳播時的距離過長而導致的在空氣中產生衰減的現象，紫外光在光路中傳播的距離短，紫外光源的衰減低，無需大功率的光源發生器就可以完成光固化3D列印。
【專利說明】光固化3D印表機、光固化3D列印方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及3D列印【技術領域】，特別是涉及一種光固化3D印表機、一種光固化3D列印方法以及一種光固化3D列印裝置。
【背景技術】
[0002]快速成型技術(又稱快速原型製造技術，Rapid Prototyping Manufacturing,簡稱RPM)，又稱3D列印，是基於材料堆積法的一種高新製造技術，其根據零件或者物體的三維模型數據，通過成型設備以材料累加的方式就可以製造出實物或者實物模型。由於具有大幅降低生產成本、提高原材料和能量的利用率、可根據需求進行定製、大大節省產品製作時間等優點，3D列印技術近年來逐漸進入公眾視野並得到快速發展。
[0003]3D列印的基本原理是分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實體，在進行3D列印時，首先由計算機通過設計、掃描等方式得到待列印物體的三維模型，再通過電腦輔助設計技術(例如CAD)沿某個方向完成一系列數字切片，並將這些切片的信息傳送到3D印表機上，由計算機根據切片生成機器指令，3D印表機根據該機器指令列印出薄型層面，並將連續的薄型層面堆疊起來，直到一個固態物體成型，形成三維立體實物，完成3D列印。
[0004]在3D列印技術中，採用德州儀器(TI)的數字微鏡(DigitalMicro-mirrorDevice)快速成型技術(俗稱:DLP光固化3D印表機)，通過採用單顆UV LED光源或者用紫外雷射光源照射到DMD晶片後，再通過單個鏡頭照射到光敏樹脂槽表面或底部以使得被照射到的樹脂固化，從而完成3D列印過程，其原理圖如圖1所示。在這種DLP光固化3D列印技術中，由於光在空氣傳播過程中產生衰減，導致輸出功率受限。為了避免這種問題，傳統的DLP光固化3D印表機，是通過提高紫外光的輸出功率或者是通過延長焦距的方式來解決光照面積，然而，距離越遠，光在空氣中的衰減就越嚴重，導致從鏡頭輸出的紫外光到樹脂表面的有效紫外光的功率也成一定比例衰減。另一方面，為了得到非常強的紫外光源，需要龐大的冷卻系統，從而導致設備體積過大，而且，由於這種DLP光固化3D印表機採用的是單DMD晶片，而紫外光的強度是經過嚴格的計算的，不可以無限制地放大紫外光的強度，從而嚴重製約了 DLP光固化3D印表機的性能和3D列印效果。
【發明內容】
[0005]基於此，針對上述現有技術中存在的問題，本發明的其中一個目的在於提供一種光固化3D印表機，本發明的另一目的在於提供一種光固化3D列印方法，本發明的再一目的在於提供一種光固化3D列印裝置，其可以有效減少從鏡頭到樹脂之間的光的衰減，且可以延長DMD晶片的壽命，提高光固化3D印表機的列印性能。
[0006]為達到上述目的，本發明實施例採用以下技術方案:
[0007]一種光固化3D印表機，包括:與光源發生器連接的DMD投影單元陣列，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元，各DMD投影單元根據上位機的控制指令處於開啟狀態或者關閉狀態。
[0008]一種光固化3D列印方法，包括步驟:
[0009]讀取分割後的切片信息；
[0010]獲取DMD投影單元陣列中的DMD投影單元的數量以及各投影單元的解析度，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元；
[0011]根據所述切片信息、所述DMD投影單元的數量以及解析度發出控制指令，所述控制指令中包括各DMD投影單元的開啟順序以及各DMD投影單元的開啟時間，根據該控制指令控制各所述DMD投影單元處於開啟狀態或者關閉狀態。
[0012]一種光固化3D列印裝置，包括:
[0013]切片信息讀取單元，用於讀取分割後的切片信息；
[0014]投影信息獲取單元，用於獲取DMD投影單元陣列中的DMD投影單元的數量以及各投影單元的解析度，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元；
[0015]控制單元，用於根據所述切片信息、所述DMD投影單元的數量以及解析度發出控制指令，所述控制指令中包括各DMD投影單元的開啟順序以及各DMD投影單元的開啟時間，根據該控制指令控制各所述DMD投影單元處於開啟狀態或者關閉狀態。
[0016]根據如上實施例所述的本發明的方案，其通過設置DMD投影單元陣列，並基於上位機的控制指令控制各DMD投影單元的開啟和關閉，據此實現光固化3D列印。通過採用DMD投影單元陣列來進行照射完成3D列印，各DMD投影單元投射到光敏樹脂的距離幾乎是平行的，避免了採用單個DMD晶片列印時紫外光源發散傳播時的距離過長而導致的在空氣中產生衰減的現象，紫外光在光路中傳播的距離短，紫外光源的衰減低，無需大功率的光源發生器就可以完成光固化3D列印，提高了光固化3D印表機的3D列印性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是傳統的DLP光固化3D印表機的原理不意圖；
[0018]圖2是本發明的光固化3D印表機實施例一的結構示意圖；
[0019]圖3是本發明的光固化3D印表機實施例二的結構示意圖；
[0020]圖4是本發明的光固化3D列印方法實施例的流程示意圖；
[0021]圖5是本發明的光固化3D列印裝置實施例的模塊結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發明，並不限定本發明的保護範圍。
[0023]圖2中示出了本發明的光固化3D印表機實施例結構示意圖，包括:與光源發生器連接的DMD投影單元陣列，該DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元，各DMD投影單元根據上位機的控制指令處於開啟狀態或者關閉狀態。
[0024]根據如上實施例所述的本發明的方案，其通過設置DMD投影單元陣列，並基於上位機的控制指令控制各DMD投影單元的開啟和關閉，據此實現光固化3D列印。通過採用DMD投影單元陣列進行照射來完成3D列印，各DMD投影單元投射到光敏樹脂的距離幾乎是平行的，避免了採用單個DMD晶片列印時紫外光源發散傳播時的距離過長而導致的在空氣中產生衰減的現象，紫外光在光路中傳播的距離短，紫外光源的衰減低，無需大功率的光源發生器就可以完成光固化3D列印。
[0025]需要說明的是，圖2所示中，是以DMD投影單元陣列包括有5個投影單元為例進行說明，本領域技術人員可以知曉的是，這僅僅是本發明實施例的一種示例性說明，並不用以對本發明方案構成限定。
[0026]其中，上述上位機，可以是對DMD投影單元進行控制的任何設備，例如可以在進行3D列印時對待列印三維模型進行切片的設備。在本發明方案中，不對上位機的形式做具體限定。
[0027]如圖2所示，在一個具體實施例中，本發明的光固化3D印表機還可以包括有星型光纖耦合器，該星型光纖耦合器連接在所述光源發生器與所述DMD投影單元陣列之間，且通過光纖導光管與各DMD投影單元連接。
[0028]這是考慮到，如果採用單個的發光源來提供給單個的DMD投影單元，考慮到單個光源的老化、質量問題、以及電路設計中的電源設計，各DMD投影單元輸出的光可能並不一致。而且，如果其中的一個光源提前衰減或者老化、損壞，將沒有辦法來對光的衰減進行檢測，從而需要定期來維護和衰減，檢查和維護比較繁雜。
[0029]因此，通過星型光纖耦合器來集中、統一發光光源，再平均分配給每個單獨的DMD投影單元，而光在光纖內部多次折射和反射後最終出來的都是均勻的平行光，因此，各DMD投影單元投影出的光的強度是相同的而且是相互平行的，不僅可以保證每個獨立的DMD投影單元輸出的光的一致性與均勻性，而且可以使得檢查和維護更簡潔、方便和快速。
[0030]考慮到紫外光通過DMD投影單元陣列輸出後，雖然已經分布很均勻，然而由於DMD投影單元陣列的陣列形式的存在，最後的投影畫面是各投影單元投射出來的光拼接而生成的，在DMD投影單元陣列的投影畫面的中心部分可能存在盲區，因此，圖3中示出了本發明的光固化3D印表機的另一實施例的結構不意圖。
[0031]如圖3所示，在該示例中，本發明的光固化3D印表機包括有:兩個光源發生器，與該兩個光源發生器連接的DMD投影單元陣列，該DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元，各DMD投影單元根據上位機的控制指令處於開啟狀態或者關閉狀態。其中，兩個光源發生器發出的紫外光的波長互不相同，在本發明實施例中，可記為波長為第一預設波長的光源發生器和波長為第二預設波長的光源發生器
[0032]從而，通過採用不同波長的紫外光對光敏樹脂進行照射，而光敏樹脂對不同波長的光的吸收效果並不相同，從而有效地對投影邊緣部分的盲區進行了修正，使得固化更均勻。
[0033]其中，在上述圖3所示的示例中，各光源發生器發出的光源，經過光纖耦合器後，可以根據控制指令，傳輸給不同的DMD投影單元。
[0034]基於上述多波段疊加的思想，在一個實際應用中，當用3W(瓦)的UV LED發光光源照射體積為20mm(毫米)*20mm*3mm的光敏樹脂的時候，需要15秒來完成固化過程,而當改用IW的UV LED發光光源照射同樣體積的光敏樹脂時，通過每照射5秒關閉三秒再照射5秒的方式進行照射，共分三次照射，累加的照射時間為15秒來完成固化過程，所得到的固化效果是一樣的。也就是說，在採用正面紫外光照射光敏樹脂時，其能量是可以累積的。因此，通過本發明方案的多波段疊加的分段照射方式，可以很好地完成對光敏樹脂的固化，且不影響固化效果。
[0035]為便於說明，圖3所示中是以兩個光源發生器發出的光源的波長分別為400nm(納米)和420nm(納米)為例進行說明。這種說明僅僅是一種示例性說明，並不用以對本發明方案構成限定。本領域技術人員可以知曉的是，基於本發明的多波段疊加的思想，根據光敏樹脂對不同波長的光的吸收效果的不同，還可以設置有多個發出不同波長的光的光源發生器，各光源發生器所發出的紫外光的波長也可以進行相應的設置，在此不予詳加贅述。
[0036]如圖3所示，在該示例中，設置有星型光纖耦合器，該星型光纖耦合器連接在所述光源發生器與所述DMD投影單元陣列之間，且通過光纖導光管與各DMD投影單元連接
[0037]在另外一種方式中，對於不同波長的光源發生器，可以分別與不同的DMD投影單元對應連接，從而可以直接基於各光源發生器與各DMD投影單元之間的對應關係，就可以實現各DMD投影單元輸出的紫外光源的波長的控制。在其中一個具體示例中，上述420納米波長的光源發生器可以與一個以上的DMD投影單元對應連接。
[0038]根據上述本發明的光固化3D印表機，本發明還提供一種光固化3D列印方法。圖4中示出了本發明的光固化3D列印方法實施例的流程示意圖。
[0039]如圖4所示，本實施例中的光固化3D列印方法包括步驟:
[0040]步驟S401:讀取分割後的切片信息；
[0041]步驟S402:獲取DMD投影單元陣列中的DMD投影單元的數量以及各投影單元的解析度，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元；
[0042]步驟S403:根據所述切片信息、所述DMD投影單元的數量以及解析度發出控制指令，所述控制指令中包括各DMD投影單元的開啟順序以及各DMD投影單元的開啟時間；
[0043]步驟S404:根據該控制指令控制各所述DMD投影單元處於開啟狀態或者關閉狀態。
[0044]根據如上實施例所述的本發明的方案，其通過對設置的DMD投影單元陣列中的各DMD投影單元的開啟和關閉進行控制，據此實現光固化3D列印。通過採用DMD投影單元陣列來進行照射完成3D列印，各DMD投影單元投射到光敏樹脂的距離幾乎是平行的，避免了採用單個DMD晶片列印時紫外光源發散傳播時的距離過長而導致的在空氣中產生衰減的現象，紫外光在光路中傳播的距離短，紫外光源的衰減低，無需大功率的光源發生器就可以完成光固化3D列印。
[0045]在其中一個具體示例中，還可以採用兩種以上波長的紫外光源對光敏樹脂進行照射，以完成列印過程。此時，上述控制指令還可以包括光源信息，該光源信息中，可以包括有紫外光源的波長信息、以及對應的DMD投影單元，根據該光源信息將對應波長的光源傳輸到對應的DMD投影單元。在該光源信息中包括兩個以上紫外光源的波長信息時，這兩個紫外光源的波長可以分別為400納米和420納米。
[0046]從而，通過採用不同波長的紫外光對光敏樹脂進行照射，而光敏樹脂對不同波長的光的吸收效果並不相同，從而有效地對投影邊緣部分的盲區進行了修正，使得固化更均勻。
[0047]在其中一個具體示例中，可以採用兩種波長的紫外光源來對光敏樹脂進行照射以進行3D固化列印，且這兩種波長可以選用400納米和420納米。本領域技術人員可以知曉的是，基於本發明的多波段疊加的思想，根據光敏樹脂對不同波長的光的吸收效果的不同，還可以設置其他個數的不同波長的紫外光源，其各紫外光源的波長也可以進行相應的設置，在此不予詳加贅述。
[0048]基於上述本發明的光固化3D列印方法，本發明還提供一種光固化3D列印裝置。圖5中示出了本發明的光固化3D列印裝置實施例的模塊結構示意圖。
[0049]如圖5所示,本實施例中的光固化3D列印裝置包括有:
[0050]切片信息讀取單元501，用於讀取分割後的切片信息；
[0051 ] 投影信息獲取單元502，用於獲取DMD投影單元陣列中的DMD投影單元的數量以及各投影單元的解析度，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元；
[0052]控制單元503，用於根據所述切片信息、所述DMD投影單元的數量以及解析度發出控制指令，所述控制指令中包括各DMD投影單元的開啟順序以及各DMD投影單元的開啟時間，根據該控制指令控制各所述DMD投影單元處於開啟狀態或者關閉狀態。
[0053]本領域技術人員可以知曉的是，基於本發明的多波段疊加的思想，根據光敏樹脂對不同波長的光的吸收效果的不同，還可以設置有多個發出不同波長的光的光源發生器，各光源發生器所發出的紫外光的波長也可以進行相應的設置，在此不予詳加贅述。
[0054]在其中一個具體示例中，還可以採用兩種以上波長的紫外光源對光敏樹脂進行照射，以完成列印過程。此時，上述控制指令還可以包括光源信息，該光源信息中，可以包括有紫外光源的波長信息、以及對應的DMD投影單元，此時，上述控制單元503根據該光源信息將對應波長的光源傳輸到對應的DMD投影單元。
[0055]從而，通過採用不同波長的紫外光對光敏樹脂進行照射，而光敏樹脂對不同波長的光的吸收效果並不相同，從而有效地對投影邊緣部分的盲區進行了修正，使得固化更均勻。
[0056]在其中一個具體示例中，可以採用兩種波長的紫外光源來對光敏樹脂進行照射以進行3D固化列印，且這兩種波長可以選用400納米和420納米。此時，上述光源信息包括兩個以上紫外光源的波長信息，且該波長信息分別為400納米和420納米。本領域技術人員可以知曉的是，基於本發明的多波段疊加的思想，根據光敏樹脂對不同波長的光的吸收效果的不同，還可以設置其他個數的不同波長的紫外光源，其各紫外光源的波長也可以進行相應的設置，在此不予詳加贅述。
[0057]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種光固化3D印表機，其特徵在於，包括:與光源發生器連接的DMD投影單元陣列，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元，各DMD投影單元根據上位機的控制指令處於開啟狀態或者關閉狀態。
2.根據權利要求1所述的光固化3D印表機，其特徵在於，還包括連接在所述光源發生器與所述DMD投影單元陣列之間的星型光纖耦合器，所述星型光纖耦合器通過光纖導光管與各DMD投影單元連接。
3.根據權利要求1或2所述的光固化3D印表機，其特徵在於，所述光源發生器包括波長為第一預設波長的光源發生器和波長為第二預設波長的光源發生器。
4.根據權利要求3所述的光固化3D印表機，其特徵在於，所述第一預設波長為400納米，所述第二預設波長為420納米。
5.一種光固化3D列印方法，其特徵在於，包括步驟: 讀取分割後的切片信息； 獲取DMD投影單元陣列中的DMD投影單元的數量以及各投影單元的解析度，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元； 根據所述切片信息、所述DMD投影單元的數量以及解析度發出控制指令，所述控制指令中包括各DMD投影單元的開啟順序以及各DMD投影單元的開啟時間，根據該控制指令控制各所述DMD投影單元處於開啟狀態或者關閉狀態。
6.根據權利要求5所述的光固化3D列印方法，其特徵在於，所述控制指令還包括光源信息，根據該光源信息將對應波長的光源傳輸到對應的DMD投影單元。
7.根據權利要求6所述的光固化3D列印方法，其特徵在於，所述光源信息包括兩個以上紫外光源的波長信息，且該波長信息分別為400納米和420納米。
8.一種光固化3D列印裝置，其特徵在於，包括: 切片信息讀取單元，用於讀取分割後的切片信息； 投影信息獲取單元，用於獲取DMD投影單元陣列中的DMD投影單元的數量以及各投影單元的解析度，所述DMD投影單元陣列包括兩個以上的DMD投影單元； 控制單元，用於根據所述切片信息、所述DMD投影單元的數量以及解析度發出控制指令，所述控制指令中包括各DMD投影單元的開啟順序以及各DMD投影單元的開啟時間，根據該控制指令控制各所述DMD投影單元處於開啟狀態或者關閉狀態。
9.根據權利要求8所述的光固化3D列印裝置，其特徵在於，所述控制指令還包括光源信息，所述控制單元根據該光源信息將對應波長的光源傳輸到對應的DMD投影單元。
10.根據權利要求9所述的光固化3D列印裝置，其特徵在於，所述光源信息包括兩個以上紫外光源的波長信息，且該波長信息分別為400納米和420納米。
【文檔編號】B29C67/00GK103921444SQ201410184684
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月4日 優先權日:2014年5月4日
【發明者】石武 申請人:中山市東方博達電子科技有限公司