利用全像投影的积层打印系统及其方法技术方案

本发明专利技术揭露一种利用全像投影的积层打印系统，包括容置光固化液态材料的容槽，位于固定平台上，而光固化液态材料的表面与固定平台具有水位差；液压帮浦连结容槽以控制水位差；全像投影模块投射立体影像于固定平台上任意位置成像，立体影像包括多个平面影像。当液压帮浦控制水位差来调整光固化液态材料的表面位置，全像投影模块对应投影每一层平面影像于其表面上，并将其表面进行光固化，依序调整来逐层形成所有对应的平面对象层，以形成对应立体影像的一立体对象。本发明专利技术通过全像投影技术在空间中任意位置成像的特性，以解决三维积层打印技术中需要靠移动升降机台调整光固化液态材料的曝光面所遇到的问题。

A layer printing system with full image projection and its method

【技术实现步骤摘要】
利用全像投影的积层打印系统及其方法
本专利技术涉及一种积层打印系统及其方法，特别是关于一种利用全像投影的积层打印系统及其方法。
技术介绍
随着科技及工业设计的多元需求发展，三维打印(3Dprinting)技术已经成为最主要发展的技术之一。通过简易快速成型技术，可以直接将用户提供的数字立体模型信息，直接制造出成品，且成品可以是任意形状的三维实体。现有的三维打印根据各式的机型及材料有多种不同的成型机制，举凡是液态树脂、浆料、金属(例如金属粉体)或非金属(例如陶瓷粉体)等材料，皆可通过逐层堆栈累积的方式来构造出使用者所需的三维实体。过去的三维打印技术多仅应用于模具制造、工业设计等领域，现在则逐渐被发展应用于珠宝、鞋类、建筑、工程、汽车、航空、牙科和医疗产业、教育、土木工程以及其他领域中。三维打印技术其实是积层制造(AdditiveManufacturing；AM，也常被译为增材制造)技术的统称，积层制造技术是一种自下而上材料累加的制造技术，依据三维空间设计数据，利用各种离散材料如树脂液体、粉末、丝等材质，逐层累加原理制造实体对象。积层制造技术可分为两个过程，一是数据处理过程，利用计算机辅助设计数字立体模型信息，将立体模型图形分切成薄层，以将三维立体数据分解为二维平面数据。二是制造过程，依据分层的二维平面数据，采用所选定的制造方法，将厚度相同的薄层按序重叠起来，就组成三维实体。上述制造过程包括各种技术，其一是光固化(StereoLithography，SL)成型技术，其原理是利用紫外光固化液态树脂材料予以成型。利用移动升降机台将载板浸入装满光固化液态材料的树脂槽中，在计算机控制下，依照各分层的二维平面数据，利用紫外光照射在光固化液态材料上，使光固化液态材料产生光聚合反应瞬间固化在载板上，形成薄层的平面实体，至于，未被照射的光固化液态材料将会维持液态；之后，再移动升降机台的高度，重复上述模式不断制作多层实体，堆栈出三维实体，将此三维实体置于紫外光下照射进行最后加强固化。然而，此类光固化材料所制作三维实体的结构强度及硬度较低，因此如何降低制作过程中三维实体的结构及支撑性被移动升降机台作动时的影响，亦为重要课题。
技术实现思路
鉴于上述专利技术背景，本专利技术实施例提供一种利用全像投影技术的三维积层打印系统，通过全像投影技术在空间中任意位置成像的特性，以解决需要靠移动升降机台调整光固化液态材料的曝光面的三维积层打印技术所遇到的问题。除了节省移动升降机台之外，这种非吸收能量的全像投影技术也大大的提升光的利用效率(Highlightusagerate)。为了达到上述的一或部份或全部目的或是其他目的，本专利技术实施例提供一种利用全像投影的积层打印系统。系统包括一固定平台、一用以容置一光固化液态材料的容槽、一液压帮浦及一全像投影模块。容槽位于固定平台上，而光固化液态材料具有一表面，且表面与固定平台具有一水位差。液压帮浦连结容槽，用以控制水位差。全像投影模块用以投射一立体影像于该固定平台上任意位置成像，且立体影像包括多个平面影像。当液压帮浦控制水位差来调整光固化液态材料的表面位置，全像投影模块对应投影每一层平面影像于表面上，并将光固化液态材料的表面进行光固化形成一对应的平面对象层，依序调整表面的位置及每一层平面影像来逐层形成所有对应的平面对象层，以形成对应立体影像的一立体对象。在一实施例中，全像投影模块包括提供入射光的一光源模块及一反射式空间光调变模块。反射式空间光调变模块用来调制入射光的波前形成一立体影像。其中，光源模块包括一平行透镜，平行透镜配置于入射光的光径上，使入射光转换为一平行光。反射式空间光调变模块包括一偏光单元、一反射式硅基液晶面板及一分光单元，偏光单元及分光单元配置于平行光的光径上，用以将平行光沿不同于平行光光径的一第一方向离开分光单元而垂直入射反射式硅基液晶面板，平行光的波前经由反射式硅基液晶面板调制而形成立体影像，分光单元使得立体影像沿不同于平行光的光径及第一方向离开反射式空间光调变模块。在一实施例中，全像投影模块更包括一透镜单元，透镜单元位于立体影像的影像路径上，通过透镜单元的焦距来调整立体影像的一成像范围及其分辨率，使适当的成像范围及其分辨率落在光固化液态材料的表面上为了达到上述的一或部份或全部目的或是其他目的，本专利技术实施例提供另一种利用全像投影的积层打印方法。方法包括：提供一容槽来容置一光固化液态材料，其中该光固化液态材料的一表面与该容槽的底部具有一水位差；通过一液压帮浦，来控制水位差；通过一全像投影模块投影一立体影像于光固化液态材料的表面上，其中立体影像由多个平面影像信息依层堆栈；当该液压帮浦控制该水位差来调整该表面的位置，该全像投影模块对应地投影每一层该平面影像于该表面上，并将该光固化液态材料的该表面进行光固化形成一对应的平面对象层；以及，依序调整该表面的位置及每一层该平面影像来逐一形成所有对应的平面对象层，以形成对应立体影像的一立体对象。本专利技术通过全像投影技术可调制物波波前(wavefront)，使得成像平面可任意调整位置，因此不需任何机械结构来协助移动光固化液态材料的表面来符合成像平面的位置，省去了移动升降机台的架设。通过可程序作动的成像平面及光固化液态材料的液面灌注调节，来堆栈平面对象层，更可于平面对象层叠加形成立体对象时，具有较高的精准度。此外，叠加形成的立体对象位于固定平台上，会使得堆栈过程更加稳定。附图说明图1绘示本专利技术实施例中一种利用全像投影的积层打印系统的架构图。图2绘示本专利技术实施例中一种利用全像投影的积层打印系统的架构图，其中光固化液态材料的表面与固定平台之间的水位差上升。图3绘示本专利技术实施例中一种利用全像投影的积层打印方法的流程方块图。主要组件符号说明：100积层打印系统110固定平台120容槽130液压帮浦140光源模块141发光源143平行透镜150反射式空间光调变模块151偏光单元153反射式硅基液晶面板155分光单元160透镜单元A(光固化液态材料)表面H、H’水位差L入射光L’平行光S立体影像具体实施方式有关本专利技术前述及其他
技术实现思路
、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是用于参照随附图式的方向。因此，前述的方向用语仅是用于说明并非是用于限制本专利技术。请参照图1及图2，本专利技术实施例提供一种利用全像投影的积层打印系统100的架构。积层打印系统100包括一固定平台110、一容槽120、一液压帮浦130及一全像投影模块。容槽120位于固定平台110上，固定平台110可以是容槽120的底部而与其一体成型，也可以与容槽120分开加工后而组装成一体。容槽120用以容置一光固化液态材料，而光固化液态材料具有一表面A，使得光固化液态材料的表面A与固定平台110具有一水位差H。液压帮浦130连接容槽120，用以调控光固化液态材料进入容槽120的液量(如箭头方向所示)，也就是说，液压帮浦130通过调控进入容槽120的液量，而可以控制光固化液态材料的表面A与固定平台110之间的水位差H。上述光固化液态材料包括一光固化树脂溶液，光固化树脂溶液更可进一步掺杂一粉体，粉体可以是金属粉体或陶瓷粉体。掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用全像投影的积层打印系统，其特征在于，包括：一固定平台；一容槽，位于该固定平台上，用以容置一光固化液态材料，该光固化液态材料具有一表面，且该表面与该固定平台具有一水位差；一液压帮浦，连接该容槽，用以控制该水位差；一全像投影模块，用以投射一立体影像于该固定平台上任意位置成像，且该立体影像包括多个平面影像；以及，一透镜单元，位于该立体影像的影像路径上，通过该透镜单元的焦距来调整该立体影像的一成像范围及其分辨率，使适当的该成像范围及其分辨率落在该光固化液态材料的该表面上；其中，当该液压帮浦控制该水位差来调整该光固化液态材料的该表面位置，该全像投影模块对应投影每一层该平面影像于该表面上，并将该光固化液态材料的该表面进行光固化形成一对应的平面对象层，依序调整该表面的位置及每一层该平面影像来逐层形成所有该对应的平面对象层，以形成对应该立体影像的一立体对象。

【技术特征摘要】
2016.07.28 TW 1051238791.一种利用全像投影的积层打印系统，其特征在于，包括：一固定平台；一容槽，位于该固定平台上，用以容置一光固化液态材料，该光固化液态材料具有一表面，且该表面与该固定平台具有一水位差；一液压帮浦，连接该容槽，用以控制该水位差；一全像投影模块，用以投射一立体影像于该固定平台上任意位置成像，且该立体影像包括多个平面影像；以及，一透镜单元，位于该立体影像的影像路径上，通过该透镜单元的焦距来调整该立体影像的一成像范围及其分辨率，使适当的该成像范围及其分辨率落在该光固化液态材料的该表面上；其中，当该液压帮浦控制该水位差来调整该光固化液态材料的该表面位置，该全像投影模块对应投影每一层该平面影像于该表面上，并将该光固化液态材料的该表面进行光固化形成一对应的平面对象层，依序调整该表面的位置及每一层该平面影像来逐层形成所有该对应的平面对象层，以形成对应该立体影像的一立体对象。2.根据权利要求1所述的积层打印系统，其特征在于，其中该全像投影模块包括：一光源模块，提供一入射光；以及，一反射式空间光调变模块，调制该入射光的波前形成一立体影像。3.根据权利要求2所述的积层打印系统，其特征在于，其中该光源模块包括一平行透镜，该平行透镜配置于该入射光的光径上，使该入射光转换为一平行光。4.根据权利要求3所述的积层打印系统，其特征在于，其中该反射式空间光调变模块包括一偏光单元、一反射式硅基液晶面板及一分光单元，该偏光单元及该分光单元配置于该平行光的光径上，该分光单元用以将该平行光沿不同于该平行光的光径的一第一方向离开该...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桢，洪钲杰，
申请(专利权)人：禾鈶股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71