CN111331842A - 一种光固化3d打印装置及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光固化3D打印装置及打印方法，其特征在于：包括机架、曝光机构、X向输送带、Y向输送带、X向驱动电机、Y向驱动电机，机架上方设有两组X向机构和Y向机构，一组X向机构、Y向机构的数量为两个，Y向机构包括前后对应安装于机架上的Y向轴承座，两个Y向轴承座之间转动设置有Y向转轴，Y向转轴上固定设置有两个Y向带轮，Y向转轴上滑动设置有Y向活动块。本发明可打印大型3D物品，且具有打印精度高、速度快、操作简单等特点。

Description

一种光固化3D打印装置及打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印设备技术领域，具体涉及一种光固化3D打印装置及打印方法。

背景技术

3D打印装置又称三维打印机，是一种采用累积制造技术的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层层造出来。

目前，3D打印装置较为常见的是采用SLA立体印刷，根据工作方式不同主要可以分为两种：1、工作平台在液面下，曝光机构位于工作平台上方；2、工作平台在液面上，曝光机构位于工作平台下方。其中，前者的具体工作过程为：液槽中盛满液态光固化树脂，在一定剂量的光波照射下会在设定区域内固化，成型开始时，工作平台在液面下，聚焦后的激光在液面上按计算机的指令照射。当一层照射完成后被照射的地方就同时固化，未被照射的地方仍然是液态树脂。然后升降架带动平台再下降一层高度，上面又布满一层树脂，以便进行第二层照射，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到3D物品制作完成。

在打印切片面积大的模型时，需要在打印过程中调整曝光机构的位置，在打印平台的不同位置使树脂固化以完成该层的整体打印。因此，需要能快速曝光机构的装置，以确保不同位置固化时间间隔短，加快整体的打印速度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光固化3D打印装置及打印方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案来实现的：

一种光固化3D打印装置，其特征在于：包括机架、曝光机构、X向输送带、Y向输送带、X向驱动电机、Y向驱动电机；机架上方设有两组X向机构和Y向机构，一组X向机构、Y向机构的数量为两个，Y向机构包括前后对应安装于机架上的Y向轴承座，两个Y向轴承座之间转动设置有Y向转轴，Y向转轴上固定设置有两个Y向带轮，Y向转轴上滑动设置有Y向活动块，X向输送带设置在两组Y向机构相对应的两个Y向带轮之间，X向输送带由Y向带轮驱动转动，X向机构包括左右对应安装于机架上的X向轴承座，两个X向轴承座之间转动设置有X向转轴，X向转轴上固定设置有两个X向带轮，X向转轴上滑动设置有X向活动块，Y向输送带设置在两组X向机构相对应的两个X向带轮之间，Y向活动块的下部与Y向输送带固定相连，X向活动块的上部与X向输送带固定相连，Y向活动块内侧连接有Y向活动杆，X向活动块内侧连接有X向活动杆，曝光机构设置于机架上方，Y向活动杆和X向活动杆的另一端均与曝光机构相连，X向驱动电机和Y向驱动电机固定安装与机架上；其中一个X向转轴上固定设置有X向驱动轮，X向驱动电机的输出端与X向驱动轮之间连接有X向驱动带，其中一个Y向转轴上固定设置有Y向驱动轮，Y向驱动电机的输出端与Y向驱动轮之间连接有Y向驱动带；机架后侧设有安装板，安装板上部设有丝杆电机，丝杆电机的输出端驱动连接有丝杆，丝杆上设有升降块，升降块前侧连接有固定架，固定架上固定安装有打印平台，打印平台上开设有若干通孔，安装板上设有两个竖直的导向杆，导向杆贯穿升降块设置，机架中间位置设有液槽，还包括透明的窗口组件，窗口组件水平固定设置在液槽上部。

作为优选，窗口组件底部贴附透明隔离膜。

作为优选，窗口组件呈上端开口的矩形体结构，并采用挂钩挂在液槽的边缘上。

作为优选，还包括控制机构，控制机构分别与X向驱动电机、Y向驱动电机、丝杆电机和曝光机构电连接，用于控制各器件运行。

作为优选，曝光机构包括多个曝光口和调整相邻曝光口间距的微调机构，微调机构与控制机构相连。

作为优选，曝光口投射的影像透过窗口组件和透明隔离膜打在打印平台上，且每两个曝光口投影的边缘均为错开锯齿状。

作为优选，曝光口数量为四个，相邻两个曝光口中心点之间的距离L＝384mm，H＝216mm；单个曝光口的投影幅面为L＝384mm，H＝216mm。

一种光固化3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：

步骤1：在液槽内注入树脂，打印平台降至液面下方，窗口组件安装于液槽上并排除底部气泡；

步骤2：通过控制机构使打印平台在液槽内下降，打印平台上表面与窗口组件的下表面间保持固定的间隙，该间隙等于模型的层厚；

步骤3：通过控制机构使曝光机构开始工作，根据待打印D物品的曝光要求，曝光机构通过X向机构、Y向机构移动到设定位置，然后曝光机构开始曝光，光透过窗口组件将树脂固化在打印平台上，接着再移动到下一个位置，继续曝光，直至一层完全曝光，整层固化完毕，曝光机构回到初始位置；

步骤4：打印平台下降一个层厚的高度，周边的树脂自动填充到窗口组件下面，在已固化表面重新填充一个层厚的树脂；

步骤5：D打印装置重复步骤三、四的工作，直至打印结束；

步骤6：从液槽上取下窗口组件，打印平台上升至液面以上，从打印平台上取下固化模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、X向机构和Y向机构带动曝光机构在打印平台上方自由移动，实现大面积曝光，进而完成大体积物品的打印，而且移动曝光机构的速度快，实现快速曝光，进而提高打印效率；2、设置多个曝光口，能够联合运行，使打印的面积增加，也能够单独运行，从而同时打印多个幅面较小的模型；3、在液槽上方设置窗口组件，树脂固化于窗口组件与打印平台之间，固化过程中固化面的平稳，不会产生凸起或凹陷，无需使用刮刀刮除或涂覆，避免了刮坏模型的现象产生。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的X向机构、Y向机构的仰视图；

图4为本发明中安装板处的结构示意图；

图5为图1中A处的放大示意图；

图6为本发明曝光口投影图；

图7为本发明曝光口位置示意图。

附图标记：1、机架；2、Y向轴承座；3、Y向转轴；4、Y向活动块；5、Y向活动杆；6、Y向带轮；7、X向输送带；8、X向轴承座；9、X向转轴；10、X向活动块；11、X向带轮；12、Y向输送带；13、X向活动杆；14、曝光机构；15、X向驱动电机；16、X向驱动轮；17、X向驱动带；18、Y向驱动电机；19、Y向驱动轮；20、Y向驱动带；21、安装板；22、丝杆电机；23、打印平台；24、液槽；25、丝杆；26、导向杆；27、升降块；28、固定架；29、窗口组件；30、挂钩；31、透明隔离膜；32、微调机构；33、曝光口。

具体实施方式

如图1-7所示，本发明公开了一种光固化3D打印装置，包括机架1、曝光机构14、X向输送带7、Y向输送带12、X向驱动电机15、Y向驱动电机18，机架1中间位置设有液槽24，机架1上方设有两组X向机构和Y向机构，一组X向机构、Y向机构的数量为两个，X向机构包括前后对应安装于机架1上的Y向轴承座2，两个Y向轴承座2之间转动设置有Y向转轴3，Y向转轴3上固定设置有两个Y向带轮6，Y向转轴3上滑动设置有Y向活动块4，X向输送带7设置在两组X向机构相对应的两个Y向带轮6之间，X向输送带7由Y向带轮6驱动转动，Y向机构包括左右对应安装于机架1上的X向轴承座8，两个X向轴承座8之间转动设置有X向转轴9，X向转轴9上固定设置有两个X向带轮11，X向转轴9上滑动设置有X向活动块10，Y向输送带12设置在两组Y向机构相对应的两个X向带轮11之间，Y向活动块4的下部与Y向输送带12固定相连，X向活动块10的上部与X向输送带7固定相连，Y向活动块4内侧连接有Y向活动杆5，X向活动块10内侧连接有X向活动杆13，曝光机构14设置于机架1上方，Y向活动杆5和X向活动杆13的另一端均与曝光机构14相连，X向驱动电机15和Y向驱动电机18固定安装与机架1上，其中一个X向转轴9上固定设置有X向驱动轮16，X向驱动电机15的输出端与X向驱动轮16之间连接有X向驱动带17，其中一个Y向转轴3上固定设置有Y向驱动轮19，Y向驱动电机18的输出端与Y向驱动轮19之间连接有Y向驱动带20。

X向驱动电机15通过X向驱动带17、X向驱动轮16的配合带动其中一个X向转轴9转动，再通过Y向输送带12带动另一个X向转轴9同步转动，Y向输送带12转动的过程中带动Y向活动块4在Y向转轴3上移动，Y向活动块4再通过Y向活动杆5带动曝光机构14作Y向的移动。Y向驱动电机18通过Y向驱动带20和Y向驱动轮19的配合带动其中一个Y向转轴3转动，再通过X向输送带7带动另一个Y向转轴3同步转动，X向输送带7转动的过程中带动X向活动块10在X向转轴9上移动，X向活动块10再通过X向活动杆13带动曝光机构14作X向的移动。X向机构、Y向机构配合运作，带动曝光机构14在打印平台23上方快速移动。

机架1后侧设有安装板21，安装板21上部设有丝杆电机22，丝杆电机22的输出端驱动连接有丝杆25，丝杆25上设有升降块27，升降块27前侧连接有固定架28，固定架28上固定安装有打印平台23，安装板21上设有两个竖直的导向杆26，导向杆26贯穿升降块27设置，打印平台23上开设有若干通孔，通孔的设置可以使树脂快速流过通孔，溢到打印平台23上方。

丝杆电机22驱动丝杆25转动，带动升降块27上下移动，升降块27再通过固定架28带动打印平台23在液槽24内升降，使打印平台23在液槽24内每次下降一个层厚的距离。

还包括透明的窗口组件29，窗口组件29水平固定设置在液槽24上部，窗口组件29下端面浸没在液槽24内的树脂中，上部边缘位于树脂液面上方，窗口组件29底部贴附透明隔离膜31。

窗口组件29为高透明度的玻璃材质。

窗口组件29呈上端开口的矩形体结构，并采用挂钩30挂在液槽24的边缘上。

还包括控制机构，控制机构分别与X向驱动电机15、Y向驱动电机18、曝光机构14电连接，用于控制各器件运行。控制机构为PLC。控制机构可安装在机架1的多个地方。

曝光机构14包括多个曝光口33和调整相邻曝光口33间距的微调机构32，微调机构32与控制机构相连，且每两个曝光口33投影的边缘均为错开锯齿状。

微调机构32控制每个曝光口33与相邻的曝光口33的距离，根据曝光口33的精度和焦距，来确定每个曝光口33与相邻的曝光口33的距离，确保每个曝光口33与相邻的曝光口33投射出的紫外线边缘连接在一起，组成更大更高精度的投影轮廓。

曝光口33数量为四个，相邻两个曝光口33中心点之间的距离L＝384mm，H＝2X向驱动轮16mm；单个曝光口33的投影幅面为L＝384mm，H＝2X向驱动轮16mm。

曝光口33投射的影像透过窗口组件29和透明隔离膜31打在打印平台23上，使树脂固化于打印平台23和窗口组件29之间。透明隔离膜31的设置能够阻止树脂固化到打印平台23的底部。完成一层固化后，液槽24和窗口组件29不动，打印平台23下降一个层厚的距离，下降过程中树脂液面高于固化面，周边的树脂会自动的填充到窗口组件29下面，使得在已固化表面重新填充一个层厚的液态树脂。整个固化过程中固化面是不动的，所以不需要涂覆过程和液位调平过程。

上述光固化3D打印装置的打印方法，包括如下步骤：

步骤1：在液槽内注入树脂，打印平台降至液面下方，窗口组件安装于液槽上并排除底部气泡；

步骤2：通过控制机构使打印平台在液槽内下降，打印平台上表面与窗口组件的下表面间保持固定的间隙，该间隙等于模型的层厚；

步骤3：通过控制机构使曝光机构开始工作，根据待打印D物品的曝光要求，曝光机构通过X向机构、Y向机构移动到设定位置，然后曝光机构开始曝光，光透过窗口组件将树脂固化在打印平台上，接着再移动到下一个位置，继续曝光，直至一层完全曝光，整层固化完毕，曝光机构回到初始位置；

步骤4：打印平台下降一个层厚的高度，周边的树脂自动填充到窗口组件下面，在已固化表面重新填充一个层厚的树脂；

步骤5：D打印装置重复步骤三、四的工作，直至打印结束；

步骤6：从液槽上取下窗口组件，打印平台上升至液面以上，从打印平台上取下固化模型。

上述光固化3D打印装置的切片控制方法，包括如下步骤：

a)导入模型；

b)选择精度参数，准备开始切片；

步骤b之前执行以下步骤：

1)选择是否需要加支撑；

2)于选择需要加支撑时，在最终生成打印产品处加支撑；

3)于选择不需要加支撑时或加支撑后执行步骤b。

c)选择是否需要抗锯齿处理和是否需要灰度处理；

d)于选择不需要抗锯齿处理时，生成普通切片文件；

e)于选择需要抗锯齿处理时或不需要灰度处理时，生成抗锯齿切片文件；

f)于选择需要灰度处理时，生成抗锯齿且灰度齿切片文件；

g)将步骤d、e、f中的各个切片文件均连接至光固化3D打印装置；

h)选择预设的材料，并设置曝光参数；

步骤h之前执行以下步骤：

1)选择是否需要新增材料；

2)于选择需要新增材料时，新增材料；

3)于选择不需要新增材料时或新增材料后执行步骤h。

i)导入切片文件后打印。

上述光固化3D打印装置的曝光控制方法，包括如下步骤：

a)导入光机数Num，生成与运算图片；

b)导入切片文件；

c)获取第N层切片图；

d)平均分割成Num等分；

e)将每等分边缘与预先设置的锯齿状图片进行与运算；

f)将每等分图片曝光；

g)第N层曝光结束，N＝N+1；

h)判断整体曝光是否结束，若步骤g中计算后的N为目标层，则曝光结束，若步骤g中计算后的N还未到达目标层，则重复步骤c。

优选的，所述步骤h中的目标层数值比步骤b中切片文件的总层数刚好大于1。

优选的，所述步骤c的第一次执行从获取第1层切片图开始。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光固化3D打印装置，其特征在于：包括机架、曝光机构、X向输送带、Y向输送带、X向驱动电机、Y向驱动电机；所述机架上方设有两组X向机构和Y向机构，一组所述X向机构、Y向机构的数量为两个，所述Y向机构包括前后对应安装于机架上的Y向轴承座，两个所述Y向轴承座之间转动设置有Y向转轴，所述Y向转轴上固定设置有两个Y向带轮，所述Y向转轴上滑动设置有Y向活动块，所述X向输送带设置在两组Y向机构相对应的两个Y向带轮之间，所述X向输送带由Y向带轮驱动转动，所述X向机构包括左右对应安装于机架上的X向轴承座，两个所述X向轴承座之间转动设置有X向转轴，所述X向转轴上固定设置有两个X向带轮，所述X向转轴上滑动设置有X向活动块，所述Y向输送带设置在两组X向机构相对应的两个X向带轮之间，所述Y向活动块的下部与Y向输送带固定相连，所述X向活动块的上部与X向输送带固定相连，所述Y向活动块内侧连接有Y向活动杆，所述X向活动块内侧连接有X向活动杆，所述曝光机构设置于机架上方，所述Y向活动杆和X向活动杆的另一端均与曝光机构相连，所述X向驱动电机和Y向驱动电机固定安装与机架上；其中一个所述X向转轴上固定设置有X向驱动轮，所述X向驱动电机的输出端与X向驱动轮之间连接有X向驱动带，其中一个所述Y向转轴上固定设置有Y向驱动轮，所述Y向驱动电机的输出端与Y向驱动轮之间连接有Y向驱动带；所述机架后侧设有安装板，所述安装板上部设有丝杆电机，所述丝杆电机的输出端驱动连接有丝杆，所述丝杆上设有升降块，所述升降块前侧连接有固定架，所述固定架上固定安装有打印平台，所述打印平台上开设有若干通孔，所述安装板上设有两个竖直的导向杆，所述导向杆贯穿升降块设置，所述机架中间位置设有液槽，还包括透明的窗口组件，所述窗口组件水平固定设置在液槽上部。

2.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述窗口组件底部贴附透明隔离膜。

3.根据权利要求1或2所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述窗口组件呈上端开口的矩形体结构，并采用挂钩挂在液槽的边缘上。

4.根据权利要求2所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：还包括控制机构，所述控制机构分别与X向驱动电机、Y向驱动电机、丝杆电机和曝光机构电连接，用于控制各器件运行。

5.根据权利要求4所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述曝光机构包括多个曝光口和调整相邻曝光口间距的微调机构，所述微调机构与控制机构相连。

6.根据权利要求5所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述曝光口投射的影像透过窗口组件和透明隔离膜打在打印平台上，且每两个所述曝光口投影的边缘均为错开锯齿状。

7.根据权利要求6所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述曝光口数量为四个，相邻两个所述曝光口中心点之间的距离L＝384mm，H＝216mm；单个所述曝光口的投影幅面为L＝384mm，H＝216mm。

8.一种光固化3D打印装置的打印方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在液槽内注入树脂，打印平台降至液面下方，窗口组件安装于液槽上并排除底部气泡；

步骤2：通过控制机构使打印平台在液槽内下降，打印平台上表面与窗口组件的下表面间保持固定的间隙，该间隙等于模型的层厚；

步骤3：通过控制机构使曝光机构开始工作，根据待打印D物品的曝光要求，曝光机构通过X向机构、Y向机构移动到设定位置，然后曝光机构开始曝光，光透过窗口组件将树脂固化在打印平台上，接着再移动到下一个位置，继续曝光，直至一层完全曝光，整层固化完毕，曝光机构回到初始位置；

步骤4：打印平台下降一个层厚的高度，周边的树脂自动填充到窗口组件下面，在已固化表面重新填充一个层厚的树脂；

步骤5：D打印装置重复步骤三、四的工作，直至打印结束；

步骤6：从液槽上取下窗口组件，打印平台上升至液面以上，从打印平台上取下固化模型。

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