一种数字投影3D成型装置的制作方法

本实用新型属于3D打印技术领域，具体涉及一种数字投影3D成型装置。

背景技术：

数字光处理(Digital Light Processing,DLP)技术是近几年来发展起来的新型光固化技术，通过面曝光投影方式，主要用于制作小尺寸零件。与其他光固化快速成型方式相比，面曝光直接投影图像的方式具有制作时间短、系统成本低、工艺简单等优点，成为3D打印领域的重要发展方向。

现有的DLP技术普遍采用直接投影图像的方式，该方式具有简单方便直接的技术特点，但是成型精度受限于DMD(数字微反射镜)或者液晶阵列的空间分辨率，并且不可避免的会在工件表面产生由DMD或者液晶阵列本征分布造成的锯齿状条纹和台阶。

为了提高3D工件的成型精度和成型表面质量，有人提出采用X-Y方向移位的多次曝光成型方法，其技术方案如下：LED投影光机由于DMD或者液晶阵列的空间分辨率固定，因此会形成恒定数量的像素所形成的掩膜图形，掩膜图形是离散的进行空间排列，通过多次照明和路径规划来提高外部和内部的子像素范围的分辨率。但是上述方法只能把打印精度精细化，条纹和台阶进行细化，并未完全实现工件表面的匀化，对于一些对表面质量要求较高的工件快速成型应用，在成型完成后还需要进行表面抛光打磨等工序，不仅费时费力，还容易损失工件本身的成型精度。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种数字投影3D成型装置。

一种数字投影3D成型装置，包括：投影装置、旋转装置和出光组件；

其中，旋转装置能够带动出光组件转动；

出光组件包括镜筒和光学平板，镜筒为圆筒形，镜筒的出光面为斜面，光学平板固定设置在镜筒的该斜面上；

投影装置发出的光经镜筒或者经旋转装置和镜筒后从光学平板出射。

进一步地，所述投影装置为LED投影光机，投影装置发出的光为紫外光。

进一步地，数字投影3D成型装置还包括透明石英玻璃，透明石英玻璃窗设置在光学平板远离投影装置的一方。

进一步地，数字投影3D成型装置还包括透明硅胶盘和工作面，透明硅胶盘设置在透明石英玻璃窗远离投影装置的一方，工作面放置在透明硅胶盘上；LED投影光机输出的紫外光依次通过光学平板、透明石英玻璃窗和透明硅胶盘，照射在工作面上。

进一步地，旋转装置为电控旋转台，通过电控旋转台的转动来带动并控制镜筒和光学平板的转动。

进一步地，投影装置设置在旋转装置的下方，投影装置发出的光分别从下往上投影。

进一步地，投影装置设置在旋转装置的上方，投影装置发出的光从上往下投影。

进一步地，投影装置设置在旋转装置的左侧，投影装置发出的光从左往右投影。

进一步地，投影装置设置在旋转装置的右侧，投影装置发出的光从右往左投影。

本实用新型的有益效果：本实用新型提出的数字投影3D成型装置基于光线在光学平板中的折射原理，利用倾斜的光学平板对图像的偏移，再加上高速旋转的LED投影光机结构设计，产生图像空间上对曝光时间积分的平滑效果，用于快速3D成型的表面匀化处理。

本实用新型提出的数字投影3D成型装置中LED投影光机固定不动，电控旋转台带动光学平板高速旋转，从而实现紫外光线的偏移，像素在给定方向上的光亮度在角度上实现积分，根据角度与光学平板旋转的角速度和曝光时间的关系，通过改变曝光时间来实现对像素的模糊化处理，在3D打印成型中体现为对台阶纹和锯齿纹的匀化处理，提高成型精度。

附图说明

图1是本实用新型提出的数字投影3D成型装置的结构示意图；

图2是本实用新型提出的数字投影3D成型装置中光学平板所示的折射效应示意图；

图3a是本实用新型提出的数字投影3D成型装置中像素亮度的示意图；

图3b是本实用新型提出的数字投影3D成型装置中像素亮度积分的示意图；

图4a是本实用新型提出的数字投影3D成型装置中积分前像素的效果图；

图4b是本实用新型提出的数字投影3D成型装置中积分后像素的匀化效果图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员都知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。

本实用新型提出的数字投影3D成型装置如图1所示，包括：LED投影光机1、电控旋转台2、镜筒3和光学平板4。

为了描述方便，下面以LED投影光机1的光从下往上投影为例，说明数字投影3D成型装置包括的各个部件的位置和结构关系，但本领域技术人员知晓，LED投影光机1的光还可以从上往下投影，也可以从左往右或从右往左投影，投影的光路可以为水平方向或与水平方向呈一定的角度，投影的光路也可以为垂直方向或与垂直方向呈一定的角度，具体设置方式可以根据使用时的应用环境或应用场合来确定。

本领域技术人员可以知晓LED投影光机还可以采用其他投影装置，电控旋转台还可以采用其他旋转装置。

LED投影光机1固定在电控旋转台2的下方，不与电控旋转台2接触。

镜筒3嵌设并固定在电控旋转台2中，电控旋转台2能够带动镜筒3沿垂直于光路的方向旋转；镜筒3的入光部对准LED投影光机1的出光部，LED投影光机1的出光部出射的光可以直接进入镜筒3，也可以经电控旋转台2再进入镜筒3；LED投影光机1输出的紫外光经镜筒3的入光部进入镜筒3内部；镜筒3的出光部为斜面，该斜面相对于水平面的倾斜角度等于紫外光入射到光学平板4时的入射角i₁，如图2所示。该紫外光入射到光学平板4时的入射角i₁可以根据LED投影光机1的像素大小来设置和调整。镜筒3的内部尺寸大小能够允许LED投影光机1发出的紫外光全部通过。优选地，镜筒为圆筒形。

光学平板4固定放置在镜筒3的该斜面上，因此可随镜筒3一同旋转，光学平板4相对于水平面的倾斜角度也为夹角i₁。通过电控旋转台2的转动来带动并控制镜筒3和光学平板4的转动。

所述数字投影3D成型装置还包括透明石英玻璃5，透明石英玻璃窗5设置在光学平板4的上方，对于光学平板4和LED投影光机1起到防尘的作用。

所述数字投影3D成型装置还包括透明硅胶盘6和工作面7，透明硅胶盘6设置在透明石英玻璃窗5上方，工作面7放置在透明硅胶盘6上。

LED投影光机1输出的紫外光依次通过镜筒3(或电控旋转台2与镜筒3)、光学平板4、透明石英玻璃窗5、透明硅胶盘6，照射在工作面7上；通过电控旋转台2的旋转，带动并控制镜筒3和光学平板4旋转，从而对投影空间的各个像素实现旋转曝光，进而实现图像空间上对角度的积分，产生平滑效果。

LED投影光机1发出的紫外光照射到光学平板4时，由于光学平板4具有折射率n，因此光线在光学平板4中会产生折射效应，光学平板4在不同的方位将光线偏折到一定的倾斜角度，根据LED投影光机1投影的像素大小来设定光学平板4的倾斜角度，入射到光学平板的入射角的角度与光学平板的倾斜角度相同，进而实现单个像素的旋转曝光。

本实用新型提出的数字投影3D成型装置基于光线在光学平板中的折射原理，利用倾斜的光学平板对图像的偏移，再加上高速旋转的LED投影光机结构设计，产生图像空间上对曝光时间积分的平滑效果，用于快速3D成型的表面匀化处理。

如图2所示，LED投影光机1发出的紫外光在光学平板4中由于折射效应会发生一定的偏移，偏移量其中，n是光学平板的折射率，i₁是光线入射到光学平板的入射角(单位是rad)，该入射角的大小等于光学平板的倾斜角度，h是光学平板的厚度，设LED投影光机的像素大小为d×d，其中d＝2Δx，即光线的偏移量是像素大小的一半。

光亮度用于表示发光表面不同位置和不同方向的发光特性，显示了在该方向上单位投影面积的发光强度，等于发光表面上某点周围的微面在给定方向上的发光强度除以该微面在垂直于给定方向的投影面积，即：其中，α为主光线偏移中心的角度,ω是光学平板4旋转的角速度，I为LED投影光机的投影发光强度，L为投影面积上的发光强度，s_n为垂直于给定方向的投影面积；即一个像素上总的光亮度为其中α＝0～2π，光亮度的单位为坎德拉/米²，如图3a所示。

如图3b所示，经积分后的光亮度宏观上体现为对像素的模糊化处理，可以通过改变曝光时间从而改善打印效果，在3D打印成型后体现为对台阶纹和锯齿状条纹的匀化处理，匀化处理前如图4a所示，匀化处理后如图4b所示，图4a中一个正方体代表一个像素。

本实用新型提出的数字投影3D成型装置的工作方法如下：LED投影光机发出的紫外光依次通过镜筒3(或电控旋转台2和镜筒3)、光学平板4、透明石英玻璃5和透明硅胶盘6，最终照射到工作面7上。工作过程中，LED投影光机1固定不动，电控旋转台2带动光学平板4高速旋转，从而实现紫外光线的偏移，像素在给定方向上的光亮度在角度上实现积分，根据角度与光学平板4旋转的角速度和曝光时间的关系，通过改变曝光时间来实现对像素的模糊化处理，在3D打印成型中体现为对台阶纹和锯齿纹的匀化处理，提高成型精度。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。