光固化3d打印方法及光固化3d打印系统的制作方法
【专利摘要】一种光固化3D打印方法及光固化3D打印系统，该方法包括步骤：接收3D打印指令，根据预定照射顺序以及对应的照射时间采用紫外光源依次对光敏液体槽成型面的各部分进行照射，所述照射顺序自所述光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分延伸排列，且光敏液体槽的成型面的中心部分位于照射顺序的首位，光敏液体槽成型面的整体表面位于照射顺序的末位。本发明方案是先初始固化光敏液体槽成型面的中心部分，排除光敏液体槽成型面中心部分的水分，周围的液体固化材料会再流向中间来补偿，从而有效避免了光敏树脂固化过程中的翘边现象。
【专利说明】光固化3D打印方法及光固化3D打印系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及3D打印【技术领域】，特别是涉及一种光固化3D打印方法及光固化3D打印系统。
【背景技术】
[0002]由于具有大幅降低生产成本、提高原材料和能量的利用率、可根据需求进行定制、大大节省产品制作时间等优点，3D打印技术近年来逐渐进入公众视野并得到快速发展，而3D打印机是3D打印技术应用中的重要设备，相对于其他的添加剂制造技术而言，通过3D打印机进行打印具有速度快、价格便宜、高易用性等优点。
[0003]3D打印的基本原理是分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，在进行3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，3D打印机将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型，完成3D打印。
[0004]在3D打印技术中，采用德州仪器(TI)的数字微镜(Digital Micro-mirrorDevice)快速成型技术(俗称:DLP光固化3D打印机)，通过采用单颗UV LED光源或者用紫外激光光源照射到DMD芯片后，再通过单个镜头照射到树脂槽表面或底部以使得被照射到的树脂固化，从而完成3D打印过程。在这种DLP光固化3D打印技术中，当强紫外光在固化大面积的树脂的时候，材料会有一定的缩水率，例如，液态固化材料的提及为500毫米*400毫米*10毫米的时候，采用强紫外光源来一次性固化该液体材料，会产生中间薄周围厚的现象，而当材料体积为500毫米*400毫米*0.1毫米的时候，固化后就会产生四周翘边、中间开裂的现象。
【发明内容】
[0005]基于此，针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种3D打印方法以及光固化3D打印系统，其可以修正光敏树脂固化过程中的翘边现象。
[0006]为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案:
[0007]一种光固化3D打印方法，包括步骤:
[0008]接收3D打印指令，根据预定照射顺序以及对应的照射时间采用紫外光源依次对光敏液体槽成型面的各部分进行照射，所述照射顺序自所述光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分延伸排列，且光敏液体槽的成型面的中心部分位于照射顺序的首位,光敏液体槽成型面的整体表面位于照射顺序的末位。
[0009]一种光固化3D打印系统，包括与光源发生器、控制单元连接的DMD投影单元阵列，所述DMD投影单元阵列包括两个以上的DMD投影单元，所述控制单元根据预定照射顺序以及对应的照射时间控制各DMD投影单元处于开启状态或者关闭状态，所述照射顺序根据DMD投影单元与光敏液体槽成型面的对应关系，自所述光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分延伸排列设置，且与光敏液体槽成型面的中心部分对应的DMD投影单元位于照射顺序的首位，与光敏液体槽成型面的整体表面对应的DMD投影单元阵列位于照射顺序的末位。
[0010]根据上述本发明的方案，其在通过紫外光照射的方式进行3D打印时，是自光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分进行照射，且是先照射光明液体槽成型面的中心部分，最后照射光敏液体槽成型面的整体表面，由于是先初始固化光敏液体槽成型面的中心部分，排除光敏液体槽成型面中心部分的水分，周围的液体固化材料会再流向中间来补偿，从而有效避免了光敏树脂固化过程中的翘边现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是传统的DLP光固化3D打印机的原理不意图；
[0012]图2是本发明的光固化3D打印方法实施例的流程示意图；
[0013]图3是具体示例一中的光固化过程中的一个光固化状态的示意图；
[0014]图4是上述具体示例二中的光固化过程中的第二个光固化状态的示意图；
[0015]图5是上述具体示例一中的光固化过程中的第三个光固化状态的示意图；
[0016]图6是具体示例二中的光固化过程中的一个光固化状态的示意图；
[0017]图7是上述具体示例二中的光固化过程中的第二个光固化状态的示意图；
[0018]图8是上述具体示例二中的光固化过程中的第三个光固化状态的示意图；
[0019]图9是具体示例三中的光固化过程中的一个光固化状态的示意图；
[0020]图10是上述具体示例三中的光固化过程中的第二个光固化状态的示意图；
[0021]图11是上述具体示例三中的光固化过程中的第三个光固化状态的示意图；
[0022]图12是本发明的光固化3D打印系统实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
[0024]图2中示出了本发明的光固化3D打印方法实施例的流程示意图。如图2所示，本实施例中的光固化3D打印方法包括步骤:
[0025]步骤S201:接收3D打印指令；
[0026]步骤S202:根据预定照射顺序以及对应的照射时间采用紫外光源依次对光敏液体槽成型面的各部分进行照射，所述照射顺序自所述光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分延伸排列，且光敏液体槽的成型面的中心部分位于照射顺序的首位，光敏液体槽成型面的整体表面位于照射顺序的末位。
[0027]根据上述本发明实施例的方法，其在通过紫外光照射的方式进行3D打印时，是自光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分进行照射，且是先照射光明液体槽成型面的中心部分，最后照射光敏液体槽成型面的整体表面，由于是先初始固化光敏液体槽成型面的中心部分，排除光敏液体槽成型面中心部分的水分，周围的液体固化材料会再流向中间来补偿，从而有效避免了光敏树脂固化过程中的翘边现象。
[0028]在其中一个具体示例中，可以采用与所述预定照射顺序对应波长的紫外光源分别对所述光敏液体槽成型面的各部分进行照射，对应于各照射顺序的紫外光源的波长相同或者不相同。例如，在最开始照射光敏液体槽成型面的中心部分时，所采用的紫外光源的波长为一种波长，而后续的其他照射顺序时，所采用的紫外光源的波长为另外一种波长。或者是，在最后照射光敏液体槽成型面的整体部分时，所采用的紫外光源的波长为一种波长，而在此之前的其他照射顺序中，所采用的紫外光源的波长为另外一种波长。当然，本领域技术人员知晓的是，这种设置方式仅仅是一种示例性的设置，基于实际应用需要，还可以做其他的各种不同的设置，在此不予详加赘述。
[0029]在其中一个具体示例中，上述照射光敏液体槽成型面的中心部分的紫外光源的波长可以设置为420纳米，上述照射光敏液体槽成型面的整体表面的紫外光源的波长可以设置为400纳米。
[0030]从而，通过采用不同波长的紫外光对光敏树脂进行照射，而光敏树脂对不同波长的光的吸收效果并不相同，从而有效地对投影边缘部分的盲区进行了修正，使得固化更均匀。
[0031]基于上述多波段叠加的思想，在一个实际应用中，当用3W(瓦)的UV LED发光光源照射体积为20mm(毫米)*20mm*3mm的光敏树脂的时候,需要15秒来完成固化过程,而当改用IW的UV LED发光光源照射同样体积的光敏树脂时，通过每照射5秒关闭三秒再照射5秒的方式进行照射，共分三次照射，累加的照射时间为15秒来完成固化过程，所得到的固化效果是一样的。也就是说，在采用正面紫外光照射光敏树脂时，其能量是可以累积的。因此，通过本发明方案的多波段叠加的分段照射方式，可以很好地完成对光敏树脂的固化，且不影响固化效果。
[0032]在上述采用预定的照射顺序依次对光敏液体槽成型面的各部分进行照射时，可以采用各种可能的方式进行照射。在其中一个具体示例中，可以采用光学阵列的方式进行照射。以下以光学阵列照射的方式，对其中几个具体示例中的照射方式进行光固化3D打印的过程进行举例说明。
[0033]图3至图5中示出了一个具体示例中的光固化顺序的示意图。图3至图5所示中，是以2*2的阵列组合方式为例进行说明。
[0034]如图3所示，其是一个2*2的阵列组合，先采用420纳米的紫外光源照射图3中所示的I号部分，照射时间为2秒。2秒的照射过程结束后，关闭与图3中的I号部分对应的投影光源。然后进行图4中所示的照射。
[0035]如图4所示，在图3中所示的I号部分照射2秒关闭、停止照射后，对图4中所示的2、3、4、5号部分同时进行照射，采用的照射光源的波长为420纳米，照射时间为2秒。2秒的照射过程结束后，关闭与图4中的2、3、4、5号部分对应的投影光源，然后进行图5中所示的照射。
[0036]如图5所示，在图4中的2、3、4、5号部分照射3秒关闭、停止照射后，对图5中所示的6、7、8、9号部分同时进行照射，所采用的照射光源的波长为400纳米，照射时间为5秒。5秒的照射过程结束后，关闭与图5中的6、7、8、9号部分对应的投影光源。完成对当前切片的光固化3D打印过程。
[0037]图6至图8中示出了第二个具体示例中的光固化顺序的示意图。图6至图8所示中，是以3*3的阵列组合方式为例进行说明。[0038]如图6所示，其是一个3*3的阵列组合，先采用420纳米的紫外光源照射图6中所示的I号部分。I号部分的照射过程结束后，关闭与图6中的I号部分对应的投影光源。然后进行图7中所示的照射。
[0039]如图7所示，在图6中的I号部分停止照射后，对图7中所示的2、3、4、5号部分同时进行照射，采用的照射光源的波长为420纳米，照射时间比I号部分的照射时间长2秒。
2、3、4、5号部分的照射过程结束后，关闭与图7中的2、3、4、5号部分对应的投影光源，然后进行图8中所示的照射。
[0040]如图8所示，在图7中的2、3、4、5号部分停止照射后，对图8中所示的6至14号部分同时进行照射，所采用的照射光源的波长为400纳米，照射时间根据液体光敏材料的固化时间来设定。在6至14号部分的照射过程结束后，关闭与图8中的6至14号部分对应的投影光源。完成对当前切片的光固化3D打印过程。
[0041]图9至图11中示出了第三个具体示例中的光固化顺序的示意图。图9至图11所示中，是以4*4的阵列组合方式为例进行说明。
[0042]如图9所示，其是一个4*4的阵列组合，先采用420纳米的紫外光源照射图9中所示的I号部分。I号部分的照射过程结束后，关闭与图9中的I号部分对应的投影光源。然后进行图10中所示的照射。
[0043]如图10所示，在图9中的I号部分停止照射后，对图10中所示的2至9号部分同时进行照射，采用的照射光源的波长为420纳米，照射时间与I号部分的照射时间相同。2至9号部分的照射过程结束后，关闭与图10中的2至9号部分对应的投影光源，然后进行图11中所示的照射。
[0044]如图11所示，在图10中的2至9号部分停止照射后，对图11中所示的10至25号部分同时进行照射，所采用的照射光源的波长为400纳米，照射时间根据液体光敏材料的固化时间来设定。在10至25号部分的照射过程结束后，关闭与图11中的10至25号部分对应的投影光源。完成对当前切片的光固化3D打印过程。
[0045]根据上述本发明的光固化3D打印方法，本发明还提供一种光固化3D打印系统。图12中示出了本发明光固化3D打印系统实施例的结构示意图。
[0046]如图12所不,本发明实施例中的光固化3D打印系统包括有:
[0047]与光源发生器1200、控制单元1201连接的DMD投影单元阵列1210，所述DMD投影单元阵列1210包括两个以上的DMD投影单元1211，所述控制单元1201根据预定照射顺序以及对应的照射时间控制各DMD投影单元1211处于开启状态或者关闭状态，所述照射顺序根据DMD投影单元与光敏液体槽成型面的对应关系，自所述光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分延伸排列设置，且与光敏液体槽成型面的中心部分对应的DMD投影单元位于照射顺序的首位，与光敏液体槽成型面的整体表面对应的DMD投影单元阵列位于照射顺序的末位。
[0048]根据上述本发明实施例的方案，其在通过紫外光照射的方式进行3D打印时，是自光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分进行照射，且是先照射光明液体槽成型面的中心部分，最后照射光敏液体槽成型面的整体表面，由于是先初始固化光敏液体槽成型面的中心部分，排除光敏液体槽成型面中心部分的水分，周围的液体固化材料会再流向中间来补偿，从而有效避免了光敏树脂固化过程中的翘边现象。[0049]在其中一个具体示例中，所述光源发生器1200可以包括至少两个，且各光源发生器发出的紫外光源的波长不相同，所述控制单元将与所述预定照射顺序对应波长的紫外光源传输至相应的DMD投影单元。
[0050]从而，可以采用与所述预定照射顺序对应波长的紫外光源分别对所述光敏液体槽成型面的各部分进行照射，对应于各照射顺序的紫外光源的波长相同或者不相同。例如，在最开始照射光敏液体槽成型面的中心部分时，所采用的紫外光源的波长为一种波长，而后续的其他照射顺序时，所采用的紫外光源的波长为另外一种波长。或者是，在最后照射光敏液体槽成型面的整体部分时，所采用的紫外光源的波长为一种波长，而在此之前的其他照射顺序中，所采用的紫外光源的波长为另外一种波长。当然，本领域技术人员知晓的是，这种设置方式仅仅是一种示例性的设置，基于实际应用需要，还可以做其他的各种不同的设置，在此不予详加赘述。
[0051]在其中一个具体示例中，上述照射光敏液体槽成型面的中心部分的紫外光源的波长可以设置为420纳米，上述照射光敏液体槽成型面的整体表面的紫外光源的波长可以设置为400纳米。
[0052]从而，通过采用不同波长的紫外光对光敏树脂进行照射，而光敏树脂对不同波长的光的吸收效果并不相同，从而有效地对投影边缘部分的盲区进行了修正，使得固化更均匀。
[0053]基于上述多波段叠加的思想，在一个实际应用中，当用3W(瓦)的UV LED发光光源照射体积为20mm(毫米)*20mm*3mm的光敏树脂的时候,需要15秒来完成固化过程,而当改用IW的UV LED发光光源照射同样体积的光敏树脂时，通过每照射5秒关闭三秒再照射5秒的方式进行照射，共分三次照射，累加的照射时间为15秒来完成固化过程，所得到的固化效果是一样的。也就是说，在采用正面紫外光照射光敏树脂时，其能量是可以累积的。因此，通过本发明方案的多波段叠加的分段照射方式，可以很好地完成对光敏树脂的固化，且不影响固化效果。
[0054]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种光固化3D打印方法，其特征在于，包括步骤: 接收3D打印指令，根据预定照射顺序以及对应的照射时间采用紫外光源依次对光敏液体槽成型面的各部分进行照射，所述照射顺序自所述光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分延伸排列，且光敏液体槽的成型面的中心部分位于照射顺序的首位，光敏液体槽成型面的整体表面位于照射顺序的末位。
2.根据权利要求1所述的光固化3D打印方法，其特征在于，采用与所述预定照射顺序对应波长的紫外光源分别对所述光敏液体槽成型面的各部分进行照射，对应于各照射顺序的紫外光源的波长相同或者不相同。
3.根据权利要求2所述的光固化3D打印方法，其特征在于，照射光敏液体槽成型面的中心部分的紫外光源的波长为420纳米。
4.根据权利要求2所述的光固化3D打印方法，其特征在于，照射光敏液体槽成型面的整体表面的紫外光源的波长为400纳米。
5.一种光固化3D打印系统，其特征在于，包括与光源发生器、控制单元连接的DMD投影单元阵列，所述DMD投影单元阵列包括两个以上的DMD投影单元，所述控制单元根据预定照射顺序以及对应的照射时间控制各DMD投影单元处于开启状态或者关闭状态，所述照射顺序根据DMD投影单元与光敏液体槽成型面的对应关系，自所述光敏液体槽成型面的中心部分向边缘部分延伸排列设置，且与光敏液体槽成型面的中心部分对应的DMD投影单元位于照射顺序的首位，与光敏液体槽成型面的整体表面对应的DMD投影单元阵列位于照射顺序的末位。
6.根据权利要求5所述的光固化3D打印系统，其特征在于，所述光源发生器包括至少两个，且各光源发生器发出的紫外光源的波长不相同，所述控制单元将与所述预定照射顺序对应波长的紫外光源传输至相应的DMD投影单元。
7.根据权利要求6所述的光固化3D打印系统，其特征在于，与所述照射顺序的首位对应的紫外光源的波长为420纳米。
8.根据权利要求6所述的光固化3D打印系统，其特征在于，与所述照射顺序的末位对应的紫外光源的波长为400纳米。
【文档编号】B29C67/00GK103921445SQ201410185024
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】石武 申请人:中山市东方博达电子科技有限公司