光固化3d列印方法及光固化3d列印系統的製作方法
2023-06-03 07:38:41
光固化3d列印方法及光固化3d列印系統的製作方法
【專利摘要】一種光固化3D列印方法及光固化3D列印系統，該方法包括步驟：接收3D列印指令，根據預定照射順序以及對應的照射時間採用紫外光源依次對光敏液體槽成型面的各部分進行照射，所述照射順序自所述光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分延伸排列，且光敏液體槽的成型面的中心部分位於照射順序的首位，光敏液體槽成型面的整體表面位於照射順序的末位。本發明方案是先初始固化光敏液體槽成型面的中心部分，排除光敏液體槽成型面中心部分的水分，周圍的液體固化材料會再流向中間來補償，從而有效避免了光敏樹脂固化過程中的翹邊現象。
【專利說明】光固化3D列印方法及光固化3D列印系統
【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列印方法及光固化3D列印系統。
【背景技術】
[0002]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，而3D印表機是3D列印技術應用中的重要設備，相對於其他的添加劑製造技術而言，通過3D印表機進行列印具有速度快、價格便宜、高易用性等優點。
[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，軟體通過電腦輔助設計技術(CAD)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，3D印表機將連續的薄型層面堆疊起來，直到一個固態物體成型，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(Digital Micro-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。在這種DLP光固化3D列印技術中，當強紫外光在固化大面積的樹脂的時候，材料會有一定的縮水率，例如，液態固化材料的提及為500毫米*400毫米*10毫米的時候，採用強紫外光源來一次性固化該液體材料，會產生中間薄周圍厚的現象，而當材料體積為500毫米*400毫米*0.1毫米的時候，固化後就會產生四周翹邊、中間開裂的現象。
【發明內容】
[0005]基於此，針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種3D列印方法以及光固化3D列印系統，其可以修正光敏樹脂固化過程中的翹邊現象。
[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列印方法，包括步驟:
[0008]接收3D列印指令，根據預定照射順序以及對應的照射時間採用紫外光源依次對光敏液體槽成型面的各部分進行照射，所述照射順序自所述光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分延伸排列，且光敏液體槽的成型面的中心部分位於照射順序的首位,光敏液體槽成型面的整體表面位於照射順序的末位。
[0009]一種光固化3D列印系統，包括與光源發生器、控制單元連接的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，所述控制單元根據預定照射順序以及對應的照射時間控制各DMD投影單元處於開啟狀態或者關閉狀態，所述照射順序根據DMD投影單元與光敏液體槽成型面的對應關係，自所述光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分延伸排列設置，且與光敏液體槽成型面的中心部分對應的DMD投影單元位於照射順序的首位，與光敏液體槽成型面的整體表面對應的DMD投影單元陣列位於照射順序的末位。
[0010]根據上述本發明的方案，其在通過紫外光照射的方式進行3D列印時，是自光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分進行照射，且是先照射光明液體槽成型面的中心部分，最後照射光敏液體槽成型面的整體表面，由於是先初始固化光敏液體槽成型面的中心部分，排除光敏液體槽成型面中心部分的水分，周圍的液體固化材料會再流向中間來補償，從而有效避免了光敏樹脂固化過程中的翹邊現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是傳統的DLP光固化3D印表機的原理不意圖；
[0012]圖2是本發明的光固化3D列印方法實施例的流程示意圖；
[0013]圖3是具體示例一中的光固化過程中的一個光固化狀態的示意圖；
[0014]圖4是上述具體示例二中的光固化過程中的第二個光固化狀態的示意圖；
[0015]圖5是上述具體示例一中的光固化過程中的第三個光固化狀態的示意圖；
[0016]圖6是具體示例二中的光固化過程中的一個光固化狀態的示意圖；
[0017]圖7是上述具體示例二中的光固化過程中的第二個光固化狀態的示意圖；
[0018]圖8是上述具體示例二中的光固化過程中的第三個光固化狀態的示意圖；
[0019]圖9是具體示例三中的光固化過程中的一個光固化狀態的示意圖；
[0020]圖10是上述具體示例三中的光固化過程中的第二個光固化狀態的示意圖；
[0021]圖11是上述具體示例三中的光固化過程中的第三個光固化狀態的示意圖；
[0022]圖12是本發明的光固化3D列印系統實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]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。
[0024]圖2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。如圖2所示，本實施例中的光固化3D列印方法包括步驟:
[0025]步驟S201:接收3D列印指令；
[0026]步驟S202:根據預定照射順序以及對應的照射時間採用紫外光源依次對光敏液體槽成型面的各部分進行照射，所述照射順序自所述光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分延伸排列，且光敏液體槽的成型面的中心部分位於照射順序的首位，光敏液體槽成型面的整體表面位於照射順序的末位。
[0027]根據上述本發明實施例的方法，其在通過紫外光照射的方式進行3D列印時，是自光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分進行照射，且是先照射光明液體槽成型面的中心部分，最後照射光敏液體槽成型面的整體表面，由於是先初始固化光敏液體槽成型面的中心部分，排除光敏液體槽成型面中心部分的水分，周圍的液體固化材料會再流向中間來補償，從而有效避免了光敏樹脂固化過程中的翹邊現象。
[0028]在其中一個具體示例中，可以採用與所述預定照射順序對應波長的紫外光源分別對所述光敏液體槽成型面的各部分進行照射，對應於各照射順序的紫外光源的波長相同或者不相同。例如，在最開始照射光敏液體槽成型面的中心部分時，所採用的紫外光源的波長為一種波長，而後續的其他照射順序時，所採用的紫外光源的波長為另外一種波長。或者是，在最後照射光敏液體槽成型面的整體部分時，所採用的紫外光源的波長為一種波長，而在此之前的其他照射順序中，所採用的紫外光源的波長為另外一種波長。當然，本領域技術人員知曉的是，這種設置方式僅僅是一種示例性的設置，基於實際應用需要，還可以做其他的各種不同的設置，在此不予詳加贅述。
[0029]在其中一個具體示例中，上述照射光敏液體槽成型面的中心部分的紫外光源的波長可以設置為420納米，上述照射光敏液體槽成型面的整體表面的紫外光源的波長可以設置為400納米。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]在上述採用預定的照射順序依次對光敏液體槽成型面的各部分進行照射時，可以採用各種可能的方式進行照射。在其中一個具體示例中，可以採用光學陣列的方式進行照射。以下以光學陣列照射的方式，對其中幾個具體示例中的照射方式進行光固化3D列印的過程進行舉例說明。
[0033]圖3至圖5中示出了一個具體示例中的光固化順序的示意圖。圖3至圖5所示中，是以2*2的陣列組合方式為例進行說明。
[0034]如圖3所示，其是一個2*2的陣列組合，先採用420納米的紫外光源照射圖3中所示的I號部分，照射時間為2秒。2秒的照射過程結束後，關閉與圖3中的I號部分對應的投影光源。然後進行圖4中所示的照射。
[0035]如圖4所示，在圖3中所示的I號部分照射2秒關閉、停止照射後，對圖4中所示的2、3、4、5號部分同時進行照射，採用的照射光源的波長為420納米，照射時間為2秒。2秒的照射過程結束後，關閉與圖4中的2、3、4、5號部分對應的投影光源，然後進行圖5中所示的照射。
[0036]如圖5所示，在圖4中的2、3、4、5號部分照射3秒關閉、停止照射後，對圖5中所示的6、7、8、9號部分同時進行照射，所採用的照射光源的波長為400納米，照射時間為5秒。5秒的照射過程結束後，關閉與圖5中的6、7、8、9號部分對應的投影光源。完成對當前切片的光固化3D列印過程。
[0037]圖6至圖8中示出了第二個具體示例中的光固化順序的示意圖。圖6至圖8所示中，是以3*3的陣列組合方式為例進行說明。[0038]如圖6所示，其是一個3*3的陣列組合，先採用420納米的紫外光源照射圖6中所示的I號部分。I號部分的照射過程結束後，關閉與圖6中的I號部分對應的投影光源。然後進行圖7中所示的照射。
[0039]如圖7所示，在圖6中的I號部分停止照射後，對圖7中所示的2、3、4、5號部分同時進行照射，採用的照射光源的波長為420納米，照射時間比I號部分的照射時間長2秒。
2、3、4、5號部分的照射過程結束後，關閉與圖7中的2、3、4、5號部分對應的投影光源，然後進行圖8中所示的照射。
[0040]如圖8所示，在圖7中的2、3、4、5號部分停止照射後，對圖8中所示的6至14號部分同時進行照射，所採用的照射光源的波長為400納米，照射時間根據液體光敏材料的固化時間來設定。在6至14號部分的照射過程結束後，關閉與圖8中的6至14號部分對應的投影光源。完成對當前切片的光固化3D列印過程。
[0041]圖9至圖11中示出了第三個具體示例中的光固化順序的示意圖。圖9至圖11所示中，是以4*4的陣列組合方式為例進行說明。
[0042]如圖9所示，其是一個4*4的陣列組合，先採用420納米的紫外光源照射圖9中所示的I號部分。I號部分的照射過程結束後，關閉與圖9中的I號部分對應的投影光源。然後進行圖10中所示的照射。
[0043]如圖10所示，在圖9中的I號部分停止照射後，對圖10中所示的2至9號部分同時進行照射，採用的照射光源的波長為420納米，照射時間與I號部分的照射時間相同。2至9號部分的照射過程結束後，關閉與圖10中的2至9號部分對應的投影光源，然後進行圖11中所示的照射。
[0044]如圖11所示，在圖10中的2至9號部分停止照射後，對圖11中所示的10至25號部分同時進行照射，所採用的照射光源的波長為400納米，照射時間根據液體光敏材料的固化時間來設定。在10至25號部分的照射過程結束後，關閉與圖11中的10至25號部分對應的投影光源。完成對當前切片的光固化3D列印過程。
[0045]根據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列印系統。圖12中示出了本發明光固化3D列印系統實施例的結構示意圖。
[0046]如圖12所不,本發明實施例中的光固化3D列印系統包括有:
[0047]與光源發生器1200、控制單元1201連接的DMD投影單元陣列1210，所述DMD投影單元陣列1210包括兩個以上的DMD投影單元1211，所述控制單元1201根據預定照射順序以及對應的照射時間控制各DMD投影單元1211處於開啟狀態或者關閉狀態，所述照射順序根據DMD投影單元與光敏液體槽成型面的對應關係，自所述光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分延伸排列設置，且與光敏液體槽成型面的中心部分對應的DMD投影單元位於照射順序的首位，與光敏液體槽成型面的整體表面對應的DMD投影單元陣列位於照射順序的末位。
[0048]根據上述本發明實施例的方案，其在通過紫外光照射的方式進行3D列印時，是自光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分進行照射，且是先照射光明液體槽成型面的中心部分，最後照射光敏液體槽成型面的整體表面，由於是先初始固化光敏液體槽成型面的中心部分，排除光敏液體槽成型面中心部分的水分，周圍的液體固化材料會再流向中間來補償，從而有效避免了光敏樹脂固化過程中的翹邊現象。[0049]在其中一個具體示例中，所述光源發生器1200可以包括至少兩個，且各光源發生器發出的紫外光源的波長不相同，所述控制單元將與所述預定照射順序對應波長的紫外光源傳輸至相應的DMD投影單元。
[0050]從而，可以採用與所述預定照射順序對應波長的紫外光源分別對所述光敏液體槽成型面的各部分進行照射，對應於各照射順序的紫外光源的波長相同或者不相同。例如，在最開始照射光敏液體槽成型面的中心部分時，所採用的紫外光源的波長為一種波長，而後續的其他照射順序時，所採用的紫外光源的波長為另外一種波長。或者是，在最後照射光敏液體槽成型面的整體部分時，所採用的紫外光源的波長為一種波長，而在此之前的其他照射順序中，所採用的紫外光源的波長為另外一種波長。當然，本領域技術人員知曉的是，這種設置方式僅僅是一種示例性的設置，基於實際應用需要，還可以做其他的各種不同的設置，在此不予詳加贅述。
[0051]在其中一個具體示例中，上述照射光敏液體槽成型面的中心部分的紫外光源的波長可以設置為420納米，上述照射光敏液體槽成型面的整體表面的紫外光源的波長可以設置為400納米。
[0052]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。
[0053]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。
[0054]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列印方法，其特徵在於，包括步驟: 接收3D列印指令，根據預定照射順序以及對應的照射時間採用紫外光源依次對光敏液體槽成型面的各部分進行照射，所述照射順序自所述光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分延伸排列，且光敏液體槽的成型面的中心部分位於照射順序的首位，光敏液體槽成型面的整體表面位於照射順序的末位。
2.根據權利要求1所述的光固化3D列印方法，其特徵在於，採用與所述預定照射順序對應波長的紫外光源分別對所述光敏液體槽成型面的各部分進行照射，對應於各照射順序的紫外光源的波長相同或者不相同。
3.根據權利要求2所述的光固化3D列印方法，其特徵在於，照射光敏液體槽成型面的中心部分的紫外光源的波長為420納米。
4.根據權利要求2所述的光固化3D列印方法，其特徵在於，照射光敏液體槽成型面的整體表面的紫外光源的波長為400納米。
5.一種光固化3D列印系統，其特徵在於，包括與光源發生器、控制單元連接的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，所述控制單元根據預定照射順序以及對應的照射時間控制各DMD投影單元處於開啟狀態或者關閉狀態，所述照射順序根據DMD投影單元與光敏液體槽成型面的對應關係，自所述光敏液體槽成型面的中心部分向邊緣部分延伸排列設置，且與光敏液體槽成型面的中心部分對應的DMD投影單元位於照射順序的首位，與光敏液體槽成型面的整體表面對應的DMD投影單元陣列位於照射順序的末位。
6.根據權利要求5所述的光固化3D列印系統，其特徵在於，所述光源發生器包括至少兩個，且各光源發生器發出的紫外光源的波長不相同，所述控制單元將與所述預定照射順序對應波長的紫外光源傳輸至相應的DMD投影單元。
7.根據權利要求6所述的光固化3D列印系統，其特徵在於，與所述照射順序的首位對應的紫外光源的波長為420納米。
8.根據權利要求6所述的光固化3D列印系統，其特徵在於，與所述照射順序的末位對應的紫外光源的波長為400納米。
【文檔編號】B29C67/00GK103921445SQ201410185024
【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