一种lcd选择性区域透光原理的树脂快速成型方法
【专利摘要】一种LCD选择性区域透光原理的树脂快速成型方法属于快速成型【技术领域】。其特征在于，包括如下步骤：将树脂储液槽放置于LCD液晶屏上方，采用接触式下曝光方法逐层曝光，液晶屏与与光源之间放置一菲涅尔透镜，固化时每层厚度200μm～400μm，即每层曝光固化后，Z轴运动系统控制成型件托板相应上移200μm～400μm，每层固化时间为1s～8s，模型固化完全后，用有机溶剂冲洗；光源为大功率LED光源；树脂储液槽底部采用涂有硅胶的玻璃底板，便于固化树脂与底板脱离。本发明成型精度高、成本低廉、固化时间快。并且LED光源更换简单，功率可调，可以固化成型不同种类树脂。
【专利说明】一种LCD选择性区域透光原理的树脂快速成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光固化成型的方法。利用LCD选择性区域透光原理与大功率光源驱动设计了一种光固化快速成型系统。
【背景技术】
[0002]快速成型技术是一种先进制造理念及制造技术，它突破了传统的加工模式，不需机械加工设备即可快速地制造形状极为复杂的工件，以累加方法实现模型的快速成型，被认为是制造【技术领域】的一次重大突破。目前，快速成型技术向两个方向发展:一是工业化大型系统，用于制造高精度、高性能零件，二是自动化的桌面小型系统，此类系统称为概念模型机或台式机，主要用于制造概念原型。光固化快速成型系统一般体积过大、投资巨大、零件制造成本及系统运行费用昂贵，这严重阻碍了该种先进技术及系统的推广与应用。
[0003]光固化成型技术(SL)是最早商品化、应用做广泛的快速成型技术，其理论、工艺的完善及价格的降低等，对快速成型制造技术的普及应用具有重要的影响。
【发明内容】
[0004]针对以上内容，有必要提出一种低成本、高速度的光固化快速成型制造方法。
[0005]本发明可以实现光源更换，即可以根据不同树脂材料来选用不同光源。不同树脂的峰值感光波长也不同，所以就要求系统的光源可更换。光源驱动系统的输出电压为30?50V，并且可调，也就是光源功率可调，最高可驱动200WLED光源。因为当光源功率过大时，可能会出现光透过液晶屏对树脂都可以固化，所以应根据树脂材料和所需成型时间灵活选择光源及其功率。
[0006]一种IXD选择性区域透光原理的树脂快速成型方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0007]将树脂储液槽放置于IXD液晶屏上方，采用接触式下曝光方法逐层曝光，液晶屏与与光源之间放置一菲涅尔透镜，固化时每层厚度200 μ m?400 μ m,即每层曝光固化后，Z轴运动系统控制成型件托板相应上移200 μ m?400 μ m,每层固化时间为Is?8s，模型固化完全后，用有机溶剂冲洗；
[0008]光源为大功率LED光源；根据待固化树脂类型、模型种类，选择对应于树脂峰值吸收波长的光源，功率为50W?200W，波长300nm?700nm ；
[0009]树脂储液槽底部采用涂有硅胶的玻璃底板，便于固化树脂与底板脱离。
[0010]本发明的工作原理是:一般光敏树脂由聚合物单体与预聚体组成，还加有光(紫外光)引发剂，在对应波长的光照射下发生聚合反应，完成固化。在光源的照射下，液晶屏幕的图像透明区域对光线阻隔减小，在没有图像显示的区域，光线被阻挡，透过液晶屏的光线构成图像区域。利用与所需固化树脂峰值感光波长相对应的光源，在计算机及驱动电路控制下，由计算机程序提供图像信号，液晶屏显示图案，即液晶屏出现选择性区域透明。这样，被光线照射到的树脂就会发生反应固化，而不透光区域则不会反应。在液晶屏与树脂储液槽之间放置菲涅尔透镜，可以使光垂直并均匀照射到储液槽。通过计算机控制曝光时间和Z轴运动系统移动成型件托板，实现逐层曝光固化。当把三维模型切片而成的面模型逐层曝光固化完全后，用溶剂把未固化部分冲洗掉，则整个三维模型的实体加工完成。
[0011]本发明的特点是:
[0012]1.与传统的激光扫描固化方式相比，本发明成型时间短，成本低。每层固化时间根据树脂材料和所调节光源功率可达到I?8S。
[0013]2.本发明光源更换简单方便，LED光源可以根据树脂材料灵活选取，从300nm?700nm波长均可实现，要求是和光源驱动输出电压相匹配。此外选定光源功率亦可根据需要调节。
[0014]3.本发明中，树脂储液槽底部采用涂有硅胶的玻璃底板，易于固化层与底板分离，区别于一般底部采用透明薄膜的方式，储液槽可以储存更多量树脂，同时有利于对有高度要求的模型成型。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1本发明中光固化快速成型系统原理图
[0016]图中:1，成型件托板，2，光敏树脂，3，树脂储液槽，4，涂有硅胶的玻璃底板，5，偏振膜，6，IXD液晶屏，7，偏振膜，8，菲涅尔透镜，9，镀铝LED反射灯罩，IO，LED光源。
[0017]图2固化成型实物图
【具体实施方式】
[0018]首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0019]本发明采用的快速成型装置包括计算机、LCD液晶屏及驱动、菲涅尔透镜、大功率光路驱动系统、成型件托板Z轴运动控制系统、计算机与电机驱动连接的数据线，材料为对不同波长光敏感的树脂。
[0020]具体的步骤包括:
[0021](I)在计算机中用3D建模软件建立制造模型。
[0022](2)利用专业软件将三维模型切片为面模型。
[0023](3)根据待固化树脂类型、模型种类，合理选择光源波长和调节功率。
[0024](4)利用IXD液晶屏配合LED光源曝光时间，按照生成的面模型逐层对树脂进行固化。每层固化时间为I?8s。
[0025](5)用溶剂冲洗掉未固化部分，将成型件从托板取下，完成模型固化制造。
[0026]所述的3D 建模软件可以是:3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD 等
[0027]所述的面模型是指将三维模型离散成各个面所获得的二位截面数据信息。
[0028]所述的固化树脂类型是指对感光峰值不同的光敏树脂。
[0029]所述的切片精度是指结合三维模型尺寸和加工系统的层精度来确定把三维模型离散成多少面，精度越高，离散面越多。
[0030]所述的加工平台是指一个能在竖直方向进行精确移动的平台，用来在竖直方向(Z轴)移动成型件托板。[0031]所述的光源是指大功率LED光源，可根据树脂材料及成型要求灵活选取。
[0032]所述的固化时间由树脂材料及光源调节功率决定。
[0033]所述的溶剂应用易得、无毒的有机溶剂，在树脂粘稠度较低时，应用水冲洗即可。
[0034]实例I
[0035]本发明采用IXD选择性区域透光原理，利用大功率405nm LED光源曝光成型；利用步进电机控制Z轴运动；选用峰值感光波长为405nm的光敏树脂作为待固化材料；选用五
角星模型。
[0036]本实例按以下方法进行:将树脂储液槽清洗干净，待干燥后加入树脂，置于加工平台上；利用3Dmax画出五角星闭合曲线，通过放样生成立体模型，高度为1.0cm，和保存为OBJ格式；将文件导入专业软件切片离散成面模型，切片精度调整为200 μ m左右，保存各面模型图像为jpg格式，；将这些图像文件导入控制软件；设定光源曝光时间为3s，Z轴运动系统每次曝光后上升200 μ m (针对粘桐度较闻的树脂，Z轴运动系统在每次曝光后应提起较高高度，然后再下降到与上次曝光时高度差为200 μ m的地方)，进行逐层曝光固化；固化完全后，取出成型件托板，用溶剂冲洗掉未固化部分，将成型件从托板上取下即可得到三维模型的成型件。实物图见图2。
【权利要求】
1.一种IXD选择性区域透光原理的树脂快速成型方法，其特征在于，包括如下步骤:将树脂储液槽放置于LCD液晶屏上方，采用接触式下曝光方法逐层曝光，液晶屏与与光源之间放置一菲涅尔透镜，固化时每层厚度200 μ m?400 μ m,即每层曝光固化后，Z轴运动系统控制成型件托板相应上移200 μ m?400 μ m,每层固化时间为Is?8s,模型固化完全后，用有机溶剂冲洗； 光源为大功率LED光源；根据待固化树脂类型、模型种类，选择对应于树脂峰值吸收波长的光源，功率为50W?200W，波长300nm?700nm ； 树脂储液槽底部采用涂有硅胶的玻璃底板，便于固化树脂与底板脱离。
【文档编号】B29C67/00GK103722745SQ201310743352
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月29日 优先权日:2013年12月29日
【发明者】陈继民, 黄宽, 方浩博 申请人:北京工业大学