一种内部立体光投影固化成型3D打印设备及其成型方法技术

一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，主要包括激光投影模块、光基准面模块、光基准面模块升降系统、树脂槽、成型平台、成型平台升降系统、控制系统、供电系统和主体框架，采用在液态树脂的内部进行固化成型。使用多束特定波长的光对光敏树脂进行照射，单独每束光的单位光强度低于光敏树脂固化所需要的光的单位光强度，但是几束光重合后的单位光照强度高于此光敏树脂固化所需的单位光照强度。当光照强度达到所使用光敏树脂进行固化反应时所需的光强度时，此部分的液态光敏树脂就会发生聚合反应从而固化成固体，将液态树脂根据所需成型物体的横截面由下到上持续固化便可获得此模型的实际物体。

A 3D Printing Equipment for Solidification of Internal Stereo Light Projection and Its Forming Method

【技术实现步骤摘要】
一种内部立体光投影固化成型3D打印设备及其成型方法
本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种内部立体光投影固化成型3D打印设备及其成型方法。
技术介绍
近几年来，3D打印机技术的研究与应用越来越受到学术界和商业界的重视，它被称为第三次工业革命的重要标志之一。现在传统3D打印技术根据材料和成型方式的不同大体分为：塑料的熔融堆积成型(FDM)、金属粉末与塑料粉末的激光烧结或粘结成型、光敏树脂的光固化成型几类，熔融堆积技术的成本低，但是速度很慢并且精度不高；粉末的激光烧结或粘结精度高但是速度很慢且成本高昂；树脂的光固化精度较高，速度介于前两者之间。另一方面尽管3D打印技术以可以成型高精度的物体，但成型速度远低于传统制造生产成型技术，致使3D打印技术的大量推广使用受限。传统树脂光固化3D打印技术成性原理基本相同，可根据光源主要分为激光扫描SLA、数字光投影DLP、液晶成像LCD几种；根据成型位置分为底部成型与顶部成型两种。以底部成型SLA技术为例，设备工作流程为：在打印后成型平台由上下降到离树脂槽底面很近的位置，此距离等于模型第一层的层厚，树脂槽底面为透明材质，此时由激光在底面扫描首层的截面图形完成首层的固化，固化完成后的固态树脂将会粘黏在成型平台和树脂槽的底面，树脂槽的底面材料由特殊的离型膜制成，可较容易脱离。此时成型平台和固化后的模型向上运动一定距离，使模型底面脱离树脂槽底面离型膜，然后成型平台与模型重新下降到离树脂槽底面一定位置，激光继续扫面成型下一个面。以此往复来最终形成实际3D物体模型。目前市面上所有光固化3D打印设备均为在树脂槽的上表面或者下表面进行分层成型，在打印过程中模型需要跟随成型平台做持续的运动，这个步骤即会浪费很多的时间，又会使打印的不稳定性增加。由此可见，成型速度慢是现阶段阻碍其发展的最大因素。现有的光固化3D打印技术的速度均受限于机械设备本身，无法发挥光敏树脂的最大性能而使设备成型速度很低，无法满足实际生产制造需求。如：传统的SLA与DLP(LCD)成型技术因为在底面或表面成型，受此结构所限需要成型平台和成型物体持续做上下的往返运动，所以成型速度大打折扣，一般最快不会超过50mm/h，而且由于成型物体在做持续的运动，所以成型过程中并不稳定，成型物体容易脱落，另外，分层概念的存在也使得成型物体的精度和表面光滑度不足。从成型速度来看，该领域中成型速度最快的技术为美国3DCarbon公司的CLIP(连续可变液面成型)技术，其成型速率约为每分钟8.3毫米Z轴高度(500mm/h)，但是相比传统技术有很大优势的CLIP一类技术虽然改进了在表面成型需要做往复运动的弊端，也取消了层的概念，使得成型物体表面光滑度很高，但是其成型面处的液态树脂需要持续的补充且液态树脂的流动性不佳，所以导致其无法快速的进行大面积实心物体的成型，并且速度虽然相比传统成型技术有很大的提升，达到了最快500mm/h的Z轴成型高度，但还远达不到实际工业生产中所需的大量高速的制造需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种内部立体光投影固化成型3D打印设备及其成型方法，区别于现有的光固化3D打印技术从液态树脂的上表面或者下表面固化的成型方式，采用在液态树脂的内部进行固化成型。使用多束特定波长的光对光敏树脂进行照射，单独每束光的单位光强度低于光敏树脂固化所需要的光的单位光强度，但是几束光重合后的单位光照强度高于此光敏树脂固化所需的单位光照强度。当光照强度达到所使用光敏树脂进行固化反应时所需的光强度时，相交部分的液态光敏树脂就会发生聚合反应从而固化成固体，将液态树脂根据所需成型物体的横截面由下到上持续固化便可获得此模型的实际物体。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，主要包括激光投影模块、光基准面模块、光基准面模块升降系统、树脂槽、成型平台、成型平台升降系统、控制系统、供电系统和主体框架，所述主体框架为整个设备的基座，其他部件都安装在主体框架上；所述激光投影模块固定在主体框架的顶部，为整个设备提供成型投影光束，并将光束投射到树脂槽内；所述光基准面模块升降系统安装在主体框架内部，中间设有光基准面模块安装板，所述光基准面模块安装在其上，光基准面模块安装板中间开方形通孔，树脂槽穿过孔安装在主体框架的底板上；所述成型平台升降系统安装在主体框架的上下两端面上，通过支撑杆将成型平台悬挂在树脂槽内；所述供电系统为足功率的电源，为所有模块提供准确的电压输出；所述控制系统与各个模块连接，控制各个模块协同运作。进一步说，所述激光投影模块主要由能发出特定波长的激光的发光半导体作为光源，经过前级镜片折射后照射到DMD芯片上，通过DMD芯片的处理折射后的光线照射到后级的折射镜片上，后级镜片内有自动对焦系统，可根据机器运行对图像进行实时的对焦，折射后的光线即为成型投影光束，成型投影光束经过反光镜反射垂直进入树脂槽中，所述DMD芯片为美国德州仪器DLP技术的一部分。进一步说，所述光基准面模块包括激光光源、激光折射透镜组、激光滤缝板和安装板，所述激光光源是四个能发出特定波长的光的发光半导体激光器，两两对向放置，两组之间的激光器成90度，并且四个激光器在同一平面，固定在安装板上；所述激光折射透镜组安装在激光光源的前侧，激光滤缝板后侧；所述激光滤缝板上设有激光滤缝，激光光源发出光线之后先经过激光折射透镜组透镜的折射后照射到呈锯齿状的折射镜片上，将入射光线折射成一字状的光线照射出来，经过激光滤缝的过滤将多余的光线阻挡掉，最终形成一条宽度为0.5～0.1mm的一字细线激光，四束激光在同一平面上完全重合，形成一个激光照射的平面即为光基准面。进一步说，所述光基准面模块升降系统包括光轴导轨、直线轴承、滚珠丝杆、滚珠轴承、步进电机、同步带、同步轮和光基准面模块安装板，所述直线轴承和滚珠轴承分别通过安装座固定在光基准面模块安装板的四周，所述光轴导轨穿过直线轴承固定在主体框架的上下两端面上，所述滚珠丝杆穿过滚珠轴承，下端通过同步带、同步轮与步进电机连接，光基准面模块整体安装在光基准面模块升降系统上，整个模块通过步进电机的旋转由滚珠丝杆带动做上下方向的运动。进一步说，所述树脂槽是由高透明材质制成，为上方敞开的长方体结构，树脂槽的底面为正方形，树脂槽的尺寸由设备的实际成型尺寸所决定，所述树脂槽为活动部件，可从主体框架的底板取下进行清洗或更换。进一步说，所述成型平台是树脂固化成型的平台，由金属铝制成的厚度为3毫米的纯平的板状结构，上面均匀的分布着直径为4.5毫米的圆孔，平台上表面为全平，下表面的孔的边和平台的边均有圆角处理，防止平台升降过程中气泡的产生。进一步说，所述成型平台升降系统包括上结构件、光轴、直线轴承Ⅰ、丝杆、丝杆螺母、支撑杆、步进电机、同步带和同步轮，所述成型平台由四根等长的支撑杆与上结构件连接，上结构件为正方形环状结构，中间的正方形尺寸比树脂槽底面尺寸稍大；所述直线轴承Ⅰ与丝杆螺母呈对称安装在上结构件的四角，所述光轴穿过直线轴承Ⅰ固定在主体框架的上下两端面上，所述丝杆穿过丝杆螺母，下端通过同步带、同步轮与步进电机连接，整个升降系统通过步进电机的旋转由丝杆带动做上下方向的运动。进一步说，所述控制系统包括主控板、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，其特征在于：主要包括激光投影模块、光基准面模块、光基准面模块升降系统、树脂槽、成型平台、成型平台升降系统、控制系统、供电系统和主体框架，所述主体框架为整个设备的基座，其他部件都安装在主体框架上；所述激光投影模块固定在主体框架的顶部，为整个设备提供成型投影光束，并将光束投射到树脂槽内；所述光基准面模块升降系统安装在主体框架内部，中间设有光基准面模块安装板，所述光基准面模块安装在其上，光基准面模块安装板中间开方形通孔，树脂槽穿过孔安装在主体框架的底板上；所述成型平台升降系统安装在主体框架的上下两端面上，通过支撑杆将成型平台悬挂在树脂槽内；所述供电系统为足功率的电源，为所有模块提供准确的电压输出；所述控制系统与各个模块连接，控制各个模块协同运作。

【技术特征摘要】
1.一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，其特征在于：主要包括激光投影模块、光基准面模块、光基准面模块升降系统、树脂槽、成型平台、成型平台升降系统、控制系统、供电系统和主体框架，所述主体框架为整个设备的基座，其他部件都安装在主体框架上；所述激光投影模块固定在主体框架的顶部，为整个设备提供成型投影光束，并将光束投射到树脂槽内；所述光基准面模块升降系统安装在主体框架内部，中间设有光基准面模块安装板，所述光基准面模块安装在其上，光基准面模块安装板中间开方形通孔，树脂槽穿过孔安装在主体框架的底板上；所述成型平台升降系统安装在主体框架的上下两端面上，通过支撑杆将成型平台悬挂在树脂槽内；所述供电系统为足功率的电源，为所有模块提供准确的电压输出；所述控制系统与各个模块连接，控制各个模块协同运作。2.根据权利要求1所述的一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，其特征在于：所述激光投影模块主要由能发出特定波长的激光的发光半导体作为光源，经过前级镜片折射后照射到DMD芯片上，通过DMD芯片的处理折射后的光线照射到后级的折射镜片上，后级镜片内有自动对焦系统，可根据机器运行对图像进行实时的对焦，折射后的光线即为成型投影光束，成型投影光束经过反光镜反射垂直进入树脂槽中，所述DMD芯片为美国德州仪器DLP技术的一部分。3.根据权利要求1所述的一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，其特征在于：所述光基准面模块包括激光光源、激光折射透镜组、激光滤缝板和安装板，所述激光光源是四个能发出特定波长的光的发光半导体激光器，两两对向放置，两组之间的激光器成90度，并且四个激光器在同一平面，固定在安装板上；所述激光折射透镜组安装在激光光源的前侧，激光滤缝板后侧；所述激光滤缝板上设有激光滤缝，激光光源发出光线之后先经过激光折射透镜组透镜的折射后照射到呈锯齿状的折射镜片上，将入射光线折射成一字状的光线照射出来，经过激光滤缝的过滤将多余的光线阻挡掉，最终形成一条宽度为0.5～0.1mm的一字细线激光，四束激光在同一平面上完全重合，形成一个激光照射的平面即为光基准面。4.根据权利要求1所述的一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，其特征在于：所述光基准面模块升降系统包括光轴导轨、直线轴承、滚珠丝杆、滚珠轴承、步进电机、同步带、同步轮和光基准面模块安装板，所述直线轴承和滚珠轴承分别通过安装座固定在光基准面模块安装板的四周，所述光轴导轨穿过直线轴承固定在主体框架的上下两端面上，所述滚珠丝杆穿过滚珠轴承，下端通过同步带、同步轮与步进电机连接，光基准面模块整体安装在光基准面模块升降系统上，整个模块通过步进电机的旋转由滚珠丝杆带动做上下方向的运动。5.根据权利要求1所述的一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，其特征在于：所述树脂槽是由高透明材质制成，为上方敞开的长方体结构，树脂槽的底面为正方形，树脂槽的尺寸由设备的实际成型尺寸所决定，所述树脂槽为活动部件，可从主体框架的底板取下进行清洗或更换。6.根据权利要求1所述的一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，其特征在于：所述成型平台是树脂固化成型的平台，由金属铝制成的厚度为3毫米的纯平的板状结构，上面均匀的分布着直径为4.5毫米的圆孔，平台上表面为全平，下表面的孔的边和平台的边均有圆角处理，防止平台升降过程中气泡的产生。7.根据权利要求1所述的一种内部立体光投影固化成型3D打印设备，其特征在于：所述成型平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡津永，
申请(专利权)人：匡津永，
类型：发明
国别省市：山东,37