3d列印系統的製作方法

2023-12-01 00:31:41

3d列印系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種3D列印系統，所述系統包括：數字微鏡器件DMD行動裝置；光源，固定在DMD行動裝置上，用於發出紫外光；多個DMD，裝載在DMD行動裝置上，用於接收光源發出的紫外光，生成3D物體截面光；透鏡，用於接收DMD反射的3D物體截面光，並將3D物體截面光折射放大；料盒，用於盛裝和提供列印材料；工作檯，透鏡折射來的3D物體截面光，照射在料盒提供的列印材料上，將列印材料固化為3D物體，承載在工作檯上；提升設備，用於提升工作檯。本發明3D列印系統，通過改變3系統結構，移動原有DMD或拼接多個DMD，靈活實現列印截面積更大、DPI不變的3D列印物體。
【專利說明】3D列印系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及3D列印系統，尤其涉及一種利用特別涉及數字光處理（Digital Light Procession, DLP)的 3D 列印系統。

【背景技術】
[0002] 數字光處理技術是一項使用在投影儀和背投電視中的顯像技術，先把影像信號 經過數字處理，然後再把光投影出來。在數字光處理投影儀中，圖像是由數字微鏡器件 (Digital Micromirror Device, DMD)產生的，DMD是在半導體晶片上布置一個由微鏡片 (精密、微型的反射鏡）所組成的矩陣，每一個微鏡片控制投影畫面中的一個像素，即數字 光處理投影技術應用了數字微鏡晶片作為主要關鍵處理元件以實現數字光學處理過程。
[0003] 3D列印屬於快速成形技術的一種，通過軟體將3D模型進行分層離散化處理，由數 控成型系統利用雷射束、紫外線、熱熔等方式將樹脂、陶瓷粉末、塑料等特殊材料在X-Y平 面進行逐層成型掃描，並在Z軸進行堆積黏結，最終疊加成實體產品。
[0004] 將數字光處理技術與3D列印技術相結合，便形成了數字光處理3D列印技術，它是 3D列印技術的一種，利用高解析度的DLP器件和紫外光源，將3D物體的截面投影在工作檯 上，使液態光聚合物（光敏樹脂）逐層進行光固化。當第i層的固化完成之後，3D印表機控 制Z軸將工作檯提升一層的厚度，進行第i+Ι層的固化。該流程重複，直至徹底將模型構建 完成。
[0005] 當前數字光處理印表機內部的DMD有且僅有一個且只能固定，這會造成多方面的 限制，如：列印物體的底面積固定等。目前還沒有一個針對當前DMD由於固定所造成的限 制的解決方案，因此，如何改變數字光處理印表機DMD固定的現狀，成為一個亟待解決的問 題。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供一種3D列印系統，可以有效的增大打 印物體的截面積。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供了一種3D列印系統，所述系統包括：
[0008] 數字微鏡器件DMD行動裝置；
[0009] 光源，固定在所述DMD行動裝置上，用於發出紫外光；
[0010] 多個DMD，裝載在所述DMD行動裝置上，用於接收所述光源發出的紫外光，生成3D 物體截面光；
[0011] 透鏡，用於接收所述DMD反射的所述3D物體截面光，並將所述3D物體截面光折射 放大；
[0012] 料盒，用於盛裝和提供列印材料；
[0013] 工作檯，所述透鏡折射來的所述3D物體截面光，照射在所述料盒提供的列印材料 上，將所述列印材料固化為3D物體，承載在所述工作檯上；
[0014] 提升設備，用於提升所述工作檯。
[0015] 進一步的，所述DMD是由微鏡片組成的矩陣，每個所述微鏡片對應控制投影畫面 中的一個像素。
[0016] 進一步的，所述微鏡片在DLP控制板產生的數字驅動信號的控制下改變角度。
[0017] 進一步的，所述DMD行動裝置具體為拼接式DMD行動裝置，每個所述DMD對應一個 所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起。
[0018] 進一步的，所述DMD行動裝置具體為條狀移動式DMD行動裝置，每個所述DMD對應 一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起，所述DMD和所述光源同步按條移動。
[0019] 進一步的，所述DMD沿第一方向平行移動，從而列印所述3D物體的第一層，所述 DMD沿第一方向的反方向平行移動，從而列印所述3D物體的第二層。
[0020] 進一步的，所述DMD行動裝置具體為塊狀移動式DMD行動裝置，每個所述DMD對應 一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起，所述DMD和所述光源同步按塊移動。 [0021 ] 進一步的，每個所述DMD對應一個列印區域，每個所述DMD逐層列印所對應的所述 列印區域，從而完成所述3D物體的列印。
[0022] 進一步的，所述列印材料為光敏樹脂。
[0023] 進一步的，所述提升設備具體用於，在所述工作檯上的所述3D物體列印第一層結 束後，提升所述工作檯，從而進行所述3D物體第二層的列印。
[0024] 本發明3D列印系統，通過改變3系統結構，移動原有DMD或拼接多個DMD，靈活實 現列印截面積更大、DPI不變的3D列印物體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明3D列印系統的三個示意圖之一；
[0026] 圖2為本發明3D列印系統的三個示意圖之二；
[0027] 圖3為本發明3D列印系統的三個示意圖之三。

【具體實施方式】
[0028] 下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0029] 本發明的3D列印系統是一種移動式/拼接式DMD的DLP3D列印系統，平行移動打 印系統內部原固定DMD或拼接多個DMD的方法，主要為了在DMD微鏡片數量一定的前提下， 增加3D列印物體的截面積，即在原有每英寸點數（Dots Per Inch，DPI)不變的前提下，解 決了原3D列印系統列印物體的截面積無法超越單個固定DMD光投影範圍的瓶頸問題。
[0030] 本發明的3D列印系統，將列印系統的固定DMD進行移動或拼接，突破原DMD列印 3D物體的底面固定等的限制，最大化利用現有的3D列印系統資源。
[0031] 圖1、圖2和圖3為本發明3D列印系統的三個示意圖，如圖所示：本發明的3D打 印系統包括：DMD行動裝置1、光源3、DMD2、透鏡4、料盒5、工作檯6和提升設備7。
[0032] 本實施例中將上述拼接DMD的個數及待列印區域平分的部分N取為4,即拼接4個 DMD，或將待列印區域平均分成4部分。
[0033] 光源3固定在DMD行動裝置2上，用於發出紫外光；DMD2裝載在DMD行動裝置上 1，用於接收光源3發出的紫外光，生成3D物體截面光；透鏡4用於接收DMD2反射的3D物 體截面光，並將3D物體截面光折射放大；料盒2用於盛裝和提供列印材料，具體的，列印材 料可以是光敏樹脂；透鏡4折射來的3D物體截面光，照射在料盒5提供的列印材料上，將打 印材料固化為3D物體，承載在工作檯上7 ;提升設備7用於提升工作檯6。
[0034] 具體的，DMD2是由微鏡片組成的矩陣，每一個微鏡片控制投影畫面中的一個像素， 微鏡片的數量與投影畫面的解析度相符，微鏡片在數字驅動信號的控制下能夠迅速改變角 度，由DLP控制板控制數字驅動信號。因此，通過DLP控制板控制數字驅動信號，再由數字 驅動信號控制微鏡片角度，DMD即可生成3D物體截面。
[0035] 進一步的，通過DMD行動裝置1移動DMD2或裝載多個DMD2,實現移動式或拼接式 數字微鏡器件。為了實現拼接式DMD，需按照需求，拼接2個至N個DMD2,拼接規則以用戶需 求為主，一般是採取對稱平分方式。將待列印區域，平均分成N部分，每部分放置一個DMD， 每個DMD配備一個光源，列印時，由N個DMD協同工作，共同列印，列印的關鍵點是每兩個相 鄰DMD對邊緣的處理，要保證列印物體的完整性和平滑過渡性。
[0036] 如圖1所示的拼接式DMD行動裝置，DMD行動裝置1可以是拼接式DMD行動裝置， DMD行動裝置1可以用於裝載DMD和光源，每個DMD配備一個光源，每組光源與DMD固定在 一起，拼接式數字微鏡器件方法不需要移動DMD和光源。
[0037] 而為了實現移動式DMD,採取兩種移動方式：條狀移動和塊狀移動。
[0038] 如圖2所示的條狀移動式DMD行動裝置，其中，條狀移動是DMD沿第一方向平行移 動，從而列印所述3D物體的第一層，所述DMD沿第一方向的反方向平行移動，從而列印所述 3D物體的第二層。具體的，按照一個方向平行移動，從左方移動至右方列印第i層，再從右 方移動至左方列印第i+Ι層，如此往復，直至列印完成整個物體，條狀移動適用於列印截面 積較大且長寬比例較大的3D物體。
[0039] 再如圖2所示，DMD行動裝置1是條狀移動DMD行動裝置，DMD2隻能在這個設備 上以條狀來回移動，光源3與DMD2固定在一起，兩者一起移動：從左至右移動一次完成第i 層3D物體的橫截面列印，從右至左移動一次完成第i+1層3D物體的橫截面列印，該流程重 復，直至徹底將3D物體列印完成。
[0040] 此外，DMD行動裝置1可以是條狀移動式DMD行動裝置，用於移動DMD，這裡DMD與 光源同拼接式，兩者固定在一起同步移動，移動方式是按條移動。
[0041] 如圖3所示的塊狀移動式DMD行動裝置，塊狀移動類似於拼接式DMD，每個所述 DMD對應一個列印區域，每個所述DMD逐層列印所對應的所述列印區域，從而完成所述3D物 體的列印。
[0042] 具體的，將待列印區域平均分成N部分，DMD由部分1依次移動至部分N，當列印過 所有部分之後，完成第i層的列印，提升設備提升一層高度，開始列印第i+Ι層，列印的關鍵 點是部分1到部分N的列印間隔不能太長，以免開始列印的部分先於稍後列印的部分固化， 同樣需要保證列印物體的完整性和平滑過渡性，塊狀移動適用於列印截面積較大且長寬比 例相近的3D物體。
[0043] 此時，DMD行動裝置1可以是塊狀移動式DMD行動裝置，用於移動DMD，這裡DMD與 光源同條狀移動式DMD行動裝置，兩者固定在一起同步移動，移動方式是按塊移動。
[0044] 再如圖3所示，DMD行動裝置1是塊狀移動DMD行動裝置，DMD2可以依次移動到相 鄰的塊狀區域進行列印，光源3與DMD2固定在一起，兩者一起移動。圖3中3D列印系統中 將待列印區域平均分成了 4部分，DMD2依次從第一部分移動到第四部分算作一次3D物體 的橫截面列印完成，DMD在依次移動到每一部分的過程中要配合DMD上待列印圖像的切換， 在列印過程中要保持DMD在相鄰兩個列印區域的移動速度與DMD的列印圖像切換速度以及 光敏樹脂的固化速度相適應，以免先列印的部分早於後列印的部分固化，影響列印物體的 完整性和平滑性。第i層3D物體橫截面列印完成後，重複流程，進行第i+Ι層3D物體橫截 面的列印，直至徹底將3D物體列印完成。
[0045] 光源3發射的是紫外光，紫外光照射到光敏樹脂可以使其固化，光源發射紫外光 照射到DMD，DMD將生成的3D物體截面光反射到透鏡，透鏡再將其折射到光敏樹脂，光敏樹 脂固化出一個3D物體截面。
[0046] 透鏡4用來折射DMD反射過來的紫外光，作用是放大紫外光的照射域。DMD2生成 待列印3D物體的橫截面。DMD由軟體系統控制微鏡片的角度，顯示出待列印3D物體的橫截 面，DMD的作用是將光源3投射過來的紫外光通過DMD反射到透鏡4並投影出3D物體橫截 面形狀的紫外光。透鏡4放大從DMD反射過來的3D物體橫截面形狀的紫外光，並將其折射 到3D列印材料光敏樹脂上，進行3D物體的截面固化。
[0047] 料盒5是盛裝列印材料的容器，這裡列印材料使用的是光敏樹脂。工作檯6固定 固化生成的光敏樹脂3D物體。提升設備7用於當第i層的光敏樹脂固化完成之後，將工作 臺提升一層的厚度，同時進行第i+Ι層的固化，直至徹底將模型構建完成，即整個物體列印 完成。
[0048] 本發明具有如下優點：在當前單個固定DMD面積無法增加微鏡片數量的現狀下， 突破3D列印固有思維，通過改變3D列印系統結構，移動原有DMD或拼接多個DMD，靈活實現 列印截面積更大、DPI不變的3D列印物體。
[0049] 專業人員應該還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的 單元及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬 件和軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。 這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。 專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現 不應認為超出本發明的範圍。
[0050] 結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以用硬體、處理器執行的 軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機存儲器（RAM)、內存、只讀存儲器 (ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM、或【技術領域】 內所公知的任意其它形式的存儲介質中。
[0051] 以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步 詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，並不用於限定本發明 的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含 在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種3D列印系統，其特徵在於，所述系統包括： 數字微鏡器件DMD行動裝置； 光源，固定在所述DMD行動裝置上，用於發出紫外光； 多個DMD，裝載在所述DMD行動裝置上，用於接收所述光源發出的紫外光，生成3D物體 截面光； 透鏡，用於接收所述DMD反射的所述3D物體截面光，並將所述3D物體截面光折射放 大； 料盒，用於盛裝和提供列印材料； 工作檯，所述透鏡折射來的所述3D物體截面光，照射在所述料盒提供的列印材料上， 將所述列印材料固化為3D物體，承載在所述工作檯上； 提升設備，用於提升所述工作檯。
2. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述DMD是由微鏡片組成的矩陣，每個所 述微鏡片對應控制投影畫面中的一個像素。
3. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述微鏡片在DLP控制板產生的數字驅動 信號的控制下改變角度。
4. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述DMD行動裝置具體為拼接式DMD移動 設備，每個所述DMD對應一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起。
5. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述DMD行動裝置具體為條狀移動式DMD 行動裝置，每個所述DMD對應一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起，所述DMD 和所述光源同步按條移動。
6. 根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述DMD沿第一方向平行移動，從而列印 所述3D物體的第一層，所述DMD沿第一方向的反方向平行移動，從而列印所述3D物體的第 二層。
7. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述DMD行動裝置具體為塊狀移動式DMD 行動裝置，每個所述DMD對應一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起，所述DMD 和所述光源同步按塊移動。
8. 根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，每個所述DMD對應一個列印區域，每個所 述DMD逐層列印所對應的所述列印區域，從而完成所述3D物體的列印。
9. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述列印材料為光敏樹脂。 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述提升設備具體用於，在所述工作檯上的 所述3D物體列印第一層結束後，提升所述工作檯，從而進行所述3D物體第二層的列印。
【文檔編號】B29C67/00GK104093547SQ201480000261
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月26日 優先權日:2014年5月26日
【發明者】沈震, 唐迪, 熊剛, 王飛躍 申請人:中國科學院自動化研究所