基于双路入射光的投影式光固化成形装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双路入射光的投影式光固化成形装置。两路不同波段的光源入射到可调式平面反光镜上，经可调式平面反光镜反射到DMD芯片，经DMD芯片调制输出带有光源波段信息和图案信息的光束后经成像透镜照射到光敏材料上；可调式平面反光镜绕垂直于光路所在平面的旋转轴在两个不同角度位置之间旋转切换，两个不同角度位置分别对应于两路光源。本发明专利技术可实现双路入射光源的输入，引发两种固化波段不重叠的光敏材料的成形，实现多材料打印，解决了投影固化成形技术多材料同步打印的问题，具有光路路径短、光路均匀度较高、可实现连续固化制造等特点。

Projection stereolithography device based on double incident light

The invention discloses a projection type stereolithography device based on double incident light. The light sources of two different bands are incident on the adjustable plane reflector. The adjustable plane reflector is reflected to the DMD chip. The light beam is modulated by the DMD chip and the light beam with the source band information and pattern information is irradiated to the photosensitive material by the imaging lens; the adjustable plane reflector is around the axis of rotation perpendicular to the plane of the light path. Rotate and switch between two different positions, and two different angles correspond to two light sources. The invention can realize the input of the dual path incident light source, trigger the forming of two kinds of light sensitive materials which do not overlap in the curing band, realize the printing of multi materials, and solve the problem of synchronous printing of multi materials in the projection curing forming technology, which has the characteristics of short path of light path, high uniformity of optical path, and continuous curing and manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
基于双路入射光的投影式光固化成形装置
本专利技术涉及了一种投影式光固化成形装置，尤其是涉及了一种基于双路入射光的投影式光固化成形装置。技术背景快速成形是基于材料累加方法的制造技术。它通过逐层扫描获得构件的分层数据，不管零件形状多么复杂，无需刀具和繁琐的工艺就可直接快速制造出三维实体。快速原型所具有的快速性、准确性及制造复杂实体的能力，使实现个体匹配制造成为可能，在建筑、珠宝、电子、医学等领域有着广泛的应用前景。目前，快速成形有以下几种制造技术：立体光固化(SLA)，叠层实体制造(LOM)，熔融沉积成形(FDM)、选择性激光烧结(SLS)。其中，光固化成形分两种，一种由激光光斑或紫外光逐点、逐线填充扫描光固化材料，形成固化层，并逐层叠加，制造出三维模型。另一种基于面曝光的固化方式，将需要固化的片层数据图形，采用可见光或紫外光，将片层数据图形投影在光敏液体材料上形成区域固化，一次曝光固化一个层面的实体。固化过程中,采取各种工艺措施控制层面实体的变形,逐层累加形成整个实体。其中，DLP型面曝光打印机利用光学投影的实现光固化平台，其工作原理可描述为，首先采用计算机软件将三维数字模型进行分层处理，然后将分层后的二维位图导入DLP的控制器中，DMD上会呈现出与二维位图各个像素点对应的棱镜排布，此时将一束光照射到DMD上，其反射光的区域与二维位图图像信息对应。当入射光经由DMD芯片的微棱镜阵列反射后，反射光束投影到光敏预聚物上，对应图案区域发生固化。因此通过输入三维模型分层后的各切片面的图案信息，可促使DMD中微棱镜阵列的翻转并呈现与切片面相对应的图案信息，实现不同形状的面区域性固化，在垂直面与入射光方向同向轴线性运动的协同下，可以实现多层叠加，从而完成面曝光式的三维打印。不同于传统三维成形喷墨式和挤出式的逐点式、逐线式的打印方法，DLP型打印方法可以通过投影将在同一平面上光投影部分的同时固化，加快了制造的进度。目前，基于面曝光的DLP型光固化成形装置为实现多材料成形需通过装有光敏材料的液槽中原有的光敏材料完全清理后增添新的光敏材料的方式，或更换液槽的方式来实现。材料浪费较大且操作不便，无法实现多种材料同时且连续的打印。
技术实现思路
为了解决投影固化设备无法实现多种光敏材料连续打印的问题，本专利技术的目的在于提供一种双路入射光投影固化成形装置及其制造方法。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术包括第一入射光源、第一光路准直汇聚模块、第二入射光源、第二光路准直汇聚模块、可调式平面反光镜、可调式平面反光镜固定环、DMD芯片(数字微棱镜DigitalMicromirrorDevice)和成像透镜；成像透镜布置在可调式平面反光镜的一侧方且位于同一水平面，DMD芯片布置在成像透镜上方，由第一光路准直汇聚模块和第二光路准直汇聚模块组成的第二入射光组件以及由第一入射光源和第一光路准直汇聚模块组成的第一入射光组件布置在可调式平面反光镜的另一侧方及其上方。所述的第一入射光源和第二入射光源各发出一路光源，分别经第一光路准直汇聚模块、第二光路准直汇聚模块后入射到可调式平面反光镜上，经可调式平面反光镜反射到DMD芯片，经DMD芯片调制输出带有光源波段信息和图案信息的光束后经成像透镜照射到光敏材料上；第一入射光源和第二入射光源的光源经可调式平面反光镜反射后均沿着相同的光路投射到DMD芯片上。所述的可调式平面反光镜安装在可调式平面反光镜固定环中，可调式平面反光镜绕垂直于光路所在平面的旋转轴在两个不同角度位置之间旋转切换，两个不同角度位置分别对应于第一入射光组件和第二入射光组件的入射光路。所述的DMD芯片内部的微棱镜加载有用于投影的含有预设图案的动态掩模图案信息，经由DMD芯片反射后产生含有光源波段信息和动态掩模图案信息相结合的光束，接着光束通过成像透镜后将含有光源波段信息和动态掩模图案信息相结合的光束投影照射到液态光敏材料上，使光敏材料按动态掩模图案信息中预设图案固化。所述的第一光路准直汇聚模块和第二光路准直汇聚模块结构相同，均包含沿光轴前进方向依次布置的一个匀光棒以及由两个透镜构成的一组透镜组。本专利技术工作中由光源发出的光依次通过光路准直汇聚模块后，经过平面反光镜反射到DMD芯片上，DMD芯片产生的动态掩模图案反射后，通过聚焦透镜可将图案的光信息投影到装有固化材料的液槽中，实现投影固化。本专利技术通过可调式反光镜的角度调节，实现两路不同入射角光源的非同步输入。由于引发剂材料在裂解为自由基和游基时吸收的光波段不同，引发光敏材料固化的波段特定且有差异，因此不同波段的光源可引发不同材料的固化。不同引发剂吸收的光谱波段不同，因此引发剂裂解后产生的自由基与光敏材料聚合交联的波段不同。因此不同波段的光源可使不同引发剂裂解，从而使不同光敏材料聚合成形。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术可实现双路不同波段光源的入射，引发不同的光敏材料的固化，实现多材料打印。本专利技术解决了投影固化成形技术多材料同步打印的问题，具有光路路径短、光路均匀度较高、可实现连续固化制造等特点。附图说明图1是本专利技术的光学系统图。图2是本专利技术的平面反光镜角度可调装置示意图。图3是本专利技术的具体实施例双材料太极图案固化成形示意图。图4是本专利技术的具体实施例双材料太极图案固化成形动态掩模图案示意图。图5是本专利技术的具体实施例双材料三维多层网络结构固化成形示意图。图6是本专利技术的具体实施例双材料三维多层网络结构固化成形动态掩模图案示意图。图中：1.第一入射光源，2.第一光路准直汇聚模块，3.第二入射光源，4.第二光路准直汇聚模块，5.可调式平面反光镜，6.DMD芯片，7.成像透镜，8.可调式平面反光镜固定环，9.第一光敏材料，10第二光敏材料，11.第三光敏材料，12.第四光敏材料，①入射光路，②入射光路，③出射光路。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术具体实施沿着光路路径依次为双路入射光源1和3、光路准直汇聚模块2和4、可调式平面反光镜5、DMD芯片6和成像透镜7，包括第一入射光源1、第一光路准直汇聚模块2、第二入射光源3、第二光路准直汇聚模块4、可调式平面反光镜5、DMD芯片6和成像透镜7；成像透镜7布置在可调式平面反光镜5的一侧方且位于同一水平面，DMD芯片6布置在成像透镜7上方，由第一光路准直汇聚模块2和第二光路准直汇聚模块4组成的第二入射光组件以及由第一入射光源1和第一光路准直汇聚模块2组成的第一入射光组件布置在可调式平面反光镜5的另一侧方及其上方。第一入射光源1和第二入射光源3各发出一路光源，分别经第一光路准直汇聚模块2、第二光路准直汇聚模块4后入射到可调式平面反光镜5上，经可调式平面反光镜5反射到DMD芯片6，经DMD芯片6调制输出带有光源波段信息和图案信息的光束后经成像透镜7照射到光敏材料上；第一入射光源1和第二入射光源3的光源经可调式平面反光镜5反射后均沿着相同的光路投射到DMD芯片6上。第一入射光源1和第二入射光源3发出的光源光波段不同，具体实施中，第一入射光源1可出射峰值约365nm的紫外光，第二入射光源3可出射峰值约405nm的紫外光。第一光路准直汇聚模块2和第二光路准直汇聚模块4结构相同，均包含沿光轴前进方向依次布置的一个匀光棒以及由两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双路入射光的投影式光固化成形装置，其特征在于：包括第一入射光源(1)、第一光路准直汇聚模块(2)、第二入射光源(3)、第二光路准直汇聚模块(4)、可调式平面反光镜(5)、DMD芯片(6)和成像透镜(7)；成像透镜(7)布置在可调式平面反光镜(5)的一侧方且位于同一水平面，DMD芯片(6)布置在成像透镜(7)上方，由第一光路准直汇聚模块(2)和第二光路准直汇聚模块(4)组成的第二入射光组件以及由第一入射光源(1)和第一光路准直汇聚模块(2)组成的第一入射光组件布置在可调式平面反光镜(5)的另一侧方及其上方。

【技术特征摘要】
1.一种基于双路入射光的投影式光固化成形装置，其特征在于：包括第一入射光源(1)、第一光路准直汇聚模块(2)、第二入射光源(3)、第二光路准直汇聚模块(4)、可调式平面反光镜(5)、DMD芯片(6)和成像透镜(7)；成像透镜(7)布置在可调式平面反光镜(5)的一侧方且位于同一水平面，DMD芯片(6)布置在成像透镜(7)上方，由第一光路准直汇聚模块(2)和第二光路准直汇聚模块(4)组成的第二入射光组件以及由第一入射光源(1)和第一光路准直汇聚模块(2)组成的第一入射光组件布置在可调式平面反光镜(5)的另一侧方及其上方。2.根据权利要求1所述的一种基于双路入射光的投影式光固化成形装置，其特征在于：所述的第一入射光源(1)和第二入射光源(3)各发出一路光源，分别经第一光路准直汇聚模块(2)、第二光路准直汇聚模块(4)后入射到可调式平面反光镜(5)上，经可调式平面反光镜(5)反射到DMD芯片(6)，经DMD芯片(6)调制输出带有光源波段信息和图案信息的光束后经成像透镜(7)照射到光敏材料上；第一入射光源(1)和第二入射光源(3)的光源经可调式平面反光镜(5)反射后均沿着相同的光路投射到DMD芯片(6)上。3.根据权利要求1所述的一种基于双路入射光的投影式光固化成形装置，其特征在于：所述的可调式平面反光镜(5)安装在可调...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪延成，王越，梅德庆，薛岱，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33