3d立体复印机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种3D立体复印机设备，可以对三维物体进行复印，得到一个3D立体复印件。
【背景技术】
[0002]目前，平面复印技术已经很成熟了，无论是平面的图形、图像还是文字，都可以用复印机复印，而且还能进行彩色复印。然而，如何能够进行立体复印，还是一个尚未解决的技术问题。
[0003]—方面，现在已有立体扫描技术，通过立体扫描可以获得三维物体的计算机数据，对这些在计算机内的三维模型进行处理，获得三维立体SLT文件。另一方面，随着3D打印技术的出现，有很多种方式实现三维立体打印，比如光固化技术(Stereo LithographyAppearance，简称SLA)，是最早出现的快速原型制造工艺或者说是最早的3D打印技术。SLA技术所用光源为激光，具有波长单一、光斑尺寸小和功率密度大的特点，通过精确控制扫描头，可以实现零件度、高精度成形。但现有的SLA系统设计复杂，激光从上向下照射，在成型过程中，为了保证树脂液体加工表面的平整度，需要复杂的装置去调节液面平整度，使得整体系统体积过大并且造价昂贵;为此，人们开发了小型的桌面型SLA，激光从底部向上照射，近年来出现了数字光处理DLP的投影技术，是从底部向上投影。可以通过面投影的方式将树脂固化在成型过程中，这种面曝光的固化方式，比SLA由点到线，再由线到面，然后层层固化速度大大提高。它是需要一个树脂槽，事先将树脂倒入树脂槽中，光照射树脂使树脂层层固化成形。然而由于目前这些3D打印技术均采用层层打印的方式实现，随着分层厚度的减少，打印层数增多，打印时间很长，通常打印过程都要耗时数小时。其他3D打印技术还有比如3DP(三维立体印刷)、SLS(选区激光烧结)以及SLM(选区激光熔化)等等。
[0004]基于以上考虑，我们利用三维扫描和3D打印技术相结合，发明出本立体复印机。本实用新型是对现有平面复印机的一次本质上的创新，将极大促进复印技术的发展。
【发明内容】
[0005]本实用新型将3D立体扫描技术与3D打印技术相结合，使用3D立体扫描仪，将三维物体扫描，获得三维物体的计算机数据，然后通过计算机对三维计算机数据进行分层，然后利用3D打印技术，将三维模型打印出来，实现3D复印的目的。为了缩短复印时间，使用扫描进行三维扫描，使用3D打印技术，进行3D打印成型。整个复印过程可以在数十分钟内完成。
[0006]3D立体复印机，其特征在于:包括和计算机连接的3D立体扫描仪器以及3D立体打印机;3D打印机为桌面型的3D打印机。
[0007]进一步，3D立体打印机打印材料为非金属材料。
[0008]所述的3D立体复印机的应用方法，其特征在于:开始复印时，对三维物体进行3D立体扫描。计算机获得3D立体数据后，对3D数据进行分层处理，然后将分层数据传输到3D立体打印室，在3D立体打印室进行3D打印，得到与待复印的三维物体外形一致的三维物体。
[0009]进一步，3D立体打印机不选用桌面型的3D打印机而是选用另一方案。包括3D立体投影系统、树脂盒、和计算机控制的激光器;3D立体投影系统由x、y扫描振镜加上Z轴方向的振镜组成;树脂盒为四周透明的材料制成，光敏树脂预先倒入树脂盒中；所述光敏树脂常温下为透明液态，只有在光照射且光强超过其固化的阈值才能固化凝固。
[0010]打印开始时，首先在树脂盒内装满光敏树脂，然后打开3D立体投影系统，激光透过树脂盒，照射在光敏树脂上，在树脂中形成3D像，通过计算机控制曝光固化时间，光敏树脂受到激光照射且光强超过其固化的阈值的部分发生光化学反应后凝固，未照射到的部分仍为液体树脂;固化而“打印”出3D树脂模型。
[0011 ]进一步，照射时间越长，树脂固化强度越高。
[0012]进一步，激光为可见激光。
[0013]进一步，激光为波长在530nm的绿激光，或者是波长为800nm的红激光。
[0014]本实用新型的工作原理:该3D立体复印件有两个核心部分，一个是3D立体扫描系统，一个是3D打印系统，3D立体扫描系统采用目前通用的3D扫描技术，即将结构光投射到物体上，进行拍摄，得到物体的三维计算机数据。3D打印系统则采用光固化成型3D打印机，快速完成3D数据的快速打印。这两个系统均是通过计算机控制系统控制完成。复印开始前，可以设置复印尺寸，比如按照1:1或M:N进行复制。可以设置复印质量，比如精细、一般、粗糙。通过该系统由x，y扫描振镜和Z轴聚焦振镜组成。光线经过x，y扫描振镜，可以形成一个平面图像，平面图像在Z轴方向的聚焦振镜作用下形成一个3维立体图像。开始打印之前，在光敏树脂槽中装满透明的光敏树脂液体，并对计算机中的3D模型沿着Z轴方向进行切片处理获得3D模型沿着Z轴方向一系列的x，y平面数据;打印开始后，激光在计算机控制下，沿着xy方向的扫描振镜和Z轴方向聚焦振镜在空间形成一个3D立体图像。将这个3D立体图像投射到透明的光敏树脂槽中，由于使用的是透明的液态光敏树脂，激光光线可以透过光敏树脂，聚焦照射到树脂的内部。激光束不在焦点处穿过光敏树脂由于光强没有达到固化所需的阈值，因此不会发生任何反应，只有在激光的焦点处能量密度高于固化阈值的地方，树脂才被固化凝固。随着照射时间的增加，树脂固化处的强度也不断增大。激光焦点处的树脂固化凝固，不在焦点处的树脂仍然保持液态。固化完成后，从树脂中，取出固化成型的3D模型，完成打印。
[0015]本实用新型的技术特征:
[0016]1.打印前，将待“复印”的物体放置在3D扫描腔内的转台上，进行360度旋转。
[0017]2.3D扫描采用波长为532nm的绿激光为结构光，用两个照相机拍摄。
[0018]3.物体旋转时，照相机拍摄物体的各个面，获得3D数据；
[0019]4.计算机对3D数据沿着Z轴方向进行切片处理，获得一系列沿Z轴方向的二维切片图像；
[0020]5.将这一系列二维切片图像按照一定的比例，输入到3D打印机中。
[0021 ] 6.3D打印机接收数据进行3D打印获得一定比例的“复印品”。
[0022]本实用新型中，立体复印设备所涵盖的装置有:计算机控制系统，3D扫描室，3D打印室。
【附图说明】
[0023]图1为立体复印机示意图。
[0024]图中:11、待复印的三维物体，12、3D立体扫描室，13、计算机系统，14、3D立体打印室15、3D立体复印件。
[0025]图2本实用新型实施例中3D立体打印机一个特例。
【具体实施方式】
[0026]首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
[0027]整体装置如图1所示，在进行复印前，可以对复印的质量进行设置，有三种复印质量:快速复制获得较差质量的复印件，标准复制获得普通质量复印件，慢速复制获得较高质量的复印件。计算机系统13分别将设置参数发送到立体扫描室12和3D立体打印室14中，分别用于控制的立体扫描仪精度和打印精度。高质量设置扫描精度高，扫描速度慢;打印分层数量大，打印慢;差质量设置扫描精度低，扫描速度快。打印分层数量少，打印速度快。将待复印的三维立体物体11放置在3D立体扫描室12中，扫描室内有一个可以旋转的玻璃托盘。开始复印时，三维立体物体进行360度旋转，由于托盘为透明的玻璃，因此扫描仪可以全方位地对三维物体进行扫描，扫描完毕后，计算机系统对扫描数据进行重构，再进行分层处理，输入3D立体打印室，启动3D立体打印程序在3D立体打印室内进行打印。本实施例中考虑到成本，使用的是普通桌面型3D打印机，分层厚度为0.5mm，打印完成后，获得与原始三维立体外形一致的复印件。如果需要对复印件进行表面处理，可以对复印件表面打光、电镀、喷漆或着色处理。
[0028]3D立体打印更为优异的整体装置如图2所示，装配时Z轴聚焦振镜6采用音圈电机，往返运动振动频率大于20Hz;树脂槽I中装满透明的光敏树脂2。本实施例采用发射532nm的绿激光的激光器7，光敏树脂材料选用SOMOS材料，阈值为50mw/cm22轴聚焦振镜6和XY扫描振镜5均经镀膜处理。打印开始前，在计算机上利用三维软件对STL三维模型(直径为100毫米，高度为200毫米)沿着Z轴方向进行分层处理，分层厚度为0.1mm，获得一系列沿着Z轴方向的x，y扫描二维分层图形。调整Z轴聚焦振镜的焦距，使焦点的位置位于液槽的底部。第一步，为便于取出模型，首先在液槽底板放置一块铁板，第二步，打开激光器7，利用计算机控制系统8，激光束4经过振镜将三维模型投影到树脂槽I的树脂2上。照射2分钟使光照射树脂固化。固化完成后，关闭激光器7，从树脂槽中取出铁板，树脂模型3固化在铁板上，用酒精清洗模型，获得三维实体模型，完成打印过程。如果需要进行表面处理，可以将取出的模型，在能量更高的紫外光下进行烘烤进行二次固化。或对模型表面打光、电镀、喷漆或着色处理。
【主权项】
1.3D立体复印机，其特征在于:包括和计算机连接的3D立体扫描仪器以及3D立体打印机;3D打印机为桌面型的3D打印机;3D立体打印机打印材料为非金属材料。2.根据权利要求1所述的3D立体复印机，其特征在于:3D立体打印机包括3D立体投影系统、树脂盒、和计算机控制的激光器;3D立体投影系统由x、y扫描振镜加上Z轴方向的振镜组成;树脂盒为四周透明的材料制成，光敏树脂预先倒入树脂盒中；所述光敏树脂常温下为透明液态，只有在光照射且光强超过其固化的阈值才能固化凝固。
【专利摘要】本实用新型公开了一种3D立体复印机，可以对三维物体进行复印。3D立体复印机，其特征在于：包括和计算机连接的3D立体扫描仪器以及3D立体打印机。通过对三维物体进行立体扫描，获得物体的3D计算机模型数据，然后根据成型精度对3D计算机模型沿着Z轴切片；利用3D打印机，将3D计算机模型打印出来。整个扫描、打印过程集成在一个系统中。本实用新型针对三维物体进行复印，因此称为3D立体复印机。
【IPC分类】B29C67/00, B33Y30/00
【公开号】CN205185315
【申请号】CN201520797195
【发明人】陈继民
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年10月14日