CN105196537A - 激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，包括数据处理系统、传感系统、控制系统、传动系统、激光线性扫描LSU系统和温控盛液系统。本发明通过控制系统控制传感系统移动激光线性扫描LSU系统，实现了连续辐射固化大面积光敏材料，实现成型大型件和超大型件，能够满足打印工业化大型模具模型需要并降低制造成本。传动系统、传感系统和温控盛液系统能更好的保证打印出来的效果，摆脱了传统SLA机器的振镜结构，大大提高了激光线性扫描的速度，达到了15-50m/s，从而提高了三维打印的效率。
Description
技术领域
本发明涉及三维打印领域，尤其涉及激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统。
背景技术
现有的三维打印使用SLA技术打印，SLA三维打印技术通过液槽中盛满液态光固化树脂，激光扫描振镜能在液态光固化树脂表面上扫描。扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度。聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。
目前SLA机器大多使用振镜打点的方式固化光敏树脂，激光扫描的速度受制于振镜结构与运动方式，即在固定区域内使用振镜打点的方式扫描，只能达到8-12m/s的扫描速度，大大阻碍了三维模型打印的速度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可以快速打印三维模型的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统。
实现本发明目的的技术方案是：激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，该系统包括数据处理系统、传感系统、控制系统、传动系统、激光线性扫描LSU系统和温控盛液系统；数据处理系统和传感系统分别连接控制系统，控制系统分别控制传动系统和激光线性扫描LSU系统，传动系统带动激光线性扫描LSU系统运动，激光线性扫描LSU系统通过激光扫描在温控盛液系统内打印三维模型，数据处理系统把三维立体图转换成二维图形；控制系统接收数据处理系统传输的二维图形，把二维图形传输给激光线性扫描LSU系统，传感系统使传动系统、激光线性扫描LSU系统和温控盛液系统精确的运作。
作为本发明的优化方案，传感系统包括触碰式传感器或温度传感器。
作为本发明的优化方案，传感系统还包括位移传感器或数字激光位移光感应器。
作为本发明的优化方案，传感系统还包括静压液位传感器或光电液位传感器或雷达液位变送器。
作为本发明的优化方案，传动系统包括伺服电机或步进电机或无刷电机。
作为本发明的优化方案，传动系统还包括皮带轮模组、丝杠模组或直线导轨。
作为本发明的优化方案，激光线性扫描LSU系统包括激光器、反射镜系统和场镜，激光器的波长为180nm-2000nm，反射镜系统包括多棱镜与棱镜电机组合或者是单片振镜与振镜电机组合或者是MEMS微机电与二维振镜组合，激光器发射激光，激光通过反射镜系统反射后照射到场镜上。
作为本发明的优化方案，温控盛液系统包括刮平补液重涂系统、制件成型平台、液体槽、溢流槽、液体槽内加温装置和升降平台，刮平补液重涂系统设置于液体槽的上方，溢流槽与液体槽并行放置于所述的升降平台上，液体槽内加温装置设置于液体槽的内部底部，制件成型平台设置于液体槽的内部液体槽内加温装置的上方；刮平补液重涂系统用于判断三维模型成型前表面树脂是否达到精准的层厚度并做出补液和刮平动作，制件成型平台用于支撑打印的三维模型，液体槽中盛装树脂，溢流槽用于盛装激光线性扫描时溢出的树脂，液体槽内加温装置用于调节树脂的温度。
作为本发明的优化方案，数据处理系统还包括液位监测系统，用于监测树脂液位。
本发明具有积极的效果：本发明的通过控制系统控制传感系统移动激光线性扫描LSU系统，实现了连续辐射固化大面积光敏材料，实现成型大型件和超大型件，能够满足打印工业化大型模具模型需要并降低制造成本。传动系统、传感系统和温控盛液系统能更好的保证打印出来的效果，摆脱了传统SLA机器的振镜结构，大大提高了激光线性扫描的速度，达到了15-50m/s，从而提高了三维打印的效率。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明的原理图；
图2为温控盛液系统的结构图；
图3为本发明的结构图。
其中，1、数据处理系统，2、传感系统，3、控制系统，4、传动系统，5、激光线性扫描LSU系统，6、温控盛液系统，61、刮平补液重涂系统，62、制件成型平台，63、液体槽，64、溢流槽，65、液体槽内加温装置，66、升降平台。
具体实施方式
如图1所示为激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统的原理图，该系统包括数据处理系统1、传感系统2、控制系统3、传动系统4、激光线性扫描LSU系统5和温控盛液系统6；数据处理系统1和传感系统2分别连接控制系统3，控制系统3分别控制传动系统4和激光线性扫描LSU系统5，传动系统4带动激光线性扫描LSU系统5运动，激光线性扫描LSU系统5通过激光扫描在温控盛液系统6内打印三维模型，数据处理系统1把三维立体图转换成二维图形；传感系统2使传动系统4、激光线性扫描LSU系统5和温控盛液系统6精确的运作。
数据处理系统为1内置的操作系统或者是内置系统与外部PC相结合的操作系统，具备运算处理功能，该系统把输入的三维图形文件转换成二维图形，然后通过数据线或者是移动式存储设备(SD卡、miniSD卡、TF卡等)或者是无线设备(蓝牙或WIFI)将数据传输给控制系统3，数据处理系统1还包括液位监测系统11，用于监测树脂初始液位。
传感系统2使传动系统4、激光线性扫描LSU系统5和温控盛液系统6精确的运作。传感系统2包括触碰式传感器或温度传感器，触碰式传感器用于确认激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统打印过程中各功能键开关是否准确开启和关闭，温度传感器用于确认打印过程中打印材料的温度，即树脂的温度。传感系统2还包括位移传感器或数字激光位移光感应器，用于确认激光线性扫描LSU系统5沿Y轴和Z轴移动的位移。传感系统2还包括静压液位传感器或光电液位传感器或雷达液位变送器，用于确认打印材料的液位高度，即树脂的液面高度。
控制系统3分别连接传动系统4和激光线性扫描LSU系统5，控制系统3接收数据处理系统1传输的二维图形，把二维图形传输给激光线性扫描LSU系统5，控制系统3控制传动系统4，传动系统4带动激光线性扫描LSU系统5运动。
传动系统4为伺服电机或者步进电机或者无刷电机等电机，用于提供动力源。传动系统4包括皮带轮模组、丝杠模组或直线导轨，电机带动丝杠模组或直线导轨通过皮带轮模组使激光线性扫描LSU系统5移动。
激光线性扫描LSU系统5包括激光器、反射镜系统和场镜，激光器的波长为180nm-2000nm，反射镜系统可以是棱镜与棱镜电机组合、或者是单片振镜与振镜电机组合、或者是MEMS微机电与二维振镜组合，激光器发射激光，激光通过反射镜系统反射后照射到场镜上。
如图2所示，温控盛液系统6包括刮平补液重涂系统61、制件成型平台62、液体槽63、溢流槽64、液体槽内加温装置65和升降平台66，刮平补液重涂系统61设置于液体槽63的上方，溢流槽64与液体槽63并行放置于所述的升降平台66上，液体槽内加温装置65设置于液体槽63的内部底部，所述的制件成型平台62设置于液体槽63的内部液体槽内加温装置65的上方；刮平补液重涂系统61用于判断三维模型成型前表面树脂是否达到精准的层厚度并做出重涂补液和刮平动作，制件成型平台62用于支撑打印的三维模型，液体槽63中盛装树脂，溢流槽64用于盛装激光线性扫描时溢出的树脂，液体槽内加温装置65用于调节树脂的温度。传感系统2中的温度传感器会感知液体槽中的树脂温度，然后把树脂温度传输给控制系统3，控制系统3分析处理后会控制液体槽内加温装置65，液体槽内加温装置65通过布置液体或气体循环装置为树脂加热，由于树脂在化学物理固化反应中温度影响固化变形翘曲度会加大，需保持液体槽内部温度恒定以适应不同液体材料的最宜打印温度。刮平补液重涂系统6主要用于升降平台66运动一次之后，通过位移传感器测量数据给控制系统3判断三维模型成型前表面树脂是否达到精准的层厚度并做出补液和刮平动作。
实施例
如图3所示为本发明的结构图，使用激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统进行打印的过程如下：
(1)首先由数据处理系统为1对需要成型的三维图形模型进行分层处理，得到一系列模型的二维图片；
(2)制件成型平台62在液体槽中63升降再由刮平补液重涂系统61校正固化，在三维模型表面形成一层一定精确厚度的树脂；
(3)控制系统3控制传动系统4，传动系统4带动激光线性扫描LSU系统5通过Y轴运动到打印区域上方进行激光扫描，将激光扫射到三维模型表面树脂层，形成固化层。
(4)制件成型平台62下降一个层厚度的距离，使已固化层表面上形成一层新的固化液体层，在刮平补液重涂系统6的作用下，保证新的固化液体层表面平整及厚度精确；直至模型完全成型；
(5)制件成型平台62升出液体槽，取出成型三维模型并清洗表面固化液体，即可得到通过激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统打印出的三维模型。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：该系统包括数据处理系统(1)、传感系统(2)、控制系统(3)、传动系统(4)、激光线性扫描LSU系统(5)和温控盛液系统(6)；所述的数据处理系统(1)和传感系统(2)分别连接控制系统(3)，所述的控制系统(3)分别控制传动系统(4)和激光线性扫描LSU系统(5)，所述的传动系统(4)带动激光线性扫描LSU系统(5)运动，所述的激光线性扫描LSU系统(5)通过激光扫描在温控盛液系统(6)内打印三维模型，所述数据处理系统(1)把三维立体图转换成二维图形；控制系统(3)接收数据处理系统(1)传输的二维图形，把二维图形传输给激光线性扫描LSU系统(5)，所述传感系统(2)使传动系统(4)、激光线性扫描LSU系统(5)和温控盛液系统(6)精确的运作。
2.根据权利要求1所述的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：所述的传感系统(2)包括触碰式传感器或温度传感器。
3.根据权利要求2所述的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：所述的传感系统(2)还包括位移传感器或数字激光位移光感应器。
4.根据权利要求3所述的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：所述的传感系统(2)还包括静压液位传感器或光电液位传感器或雷达液位变送器。
5.根据权利要求1所述的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：所述的传动系统(4)包括伺服电机或步进电机或无刷电机。
6.根据权利要求5所述的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：所述的传动系统(4)还包括皮带轮模组、丝杠模组或直线导轨。
7.根据权利要求1所述的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：所述的激光线性扫描LSU系统(5)包括激光器、反射镜系统和场镜，所述激光器的波长为180nm-2000nm，所述的反射镜系统包括多棱镜与棱镜电机组合或者是单片振镜与振镜电机组合或者是MEMS微机电与二维振镜组合，所述的激光器发射激光，所述的激光通过反射镜系统反射后照射到场镜上。
8.根据权利要求1所述的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：所述的温控盛液系统(6)包括刮平补液重涂系统(61)、制件成型平台(62)、液体槽(63)、溢流槽(64)、液体槽内加温装置(65)和升降平台(66)，所述的刮平补液重涂系统(61)设置于液体槽(63)的上方，所述的溢流槽(64)与液体槽(63)并行放置于所述的升降平台(66)上，所述的液体槽内加温装置(65)设置于液体槽(63)的内部底部，所述的制件成型平台(62)设置于液体槽(63)的内部液体槽内加温装置(65)的上方；所述的刮平补液重涂系统(61)用于判断三维模型成型前表面树脂是否达到精准的层厚度并做出重涂补液和刮平动作，所述的制件成型平台(62)用于支撑打印的三维模型，所述的液体槽(63)中盛装树脂，所述的溢流槽(64)用于盛装激光线性扫描时溢出的树脂，所述的液体槽内加温装置(65)用于调节树脂的温度。
9.根据权利要求8所述的激光线性扫描式光固化三维打印快速成型系统，其特征在于：所述的数据处理系统(1)还包括液位监测系统(11)，用于监测树脂液位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151230 |