一种利用幻灯片播放功能的光固化快速成型的方法与流程

本发明涉及一种利用ppt演示功能的光固化快速成型方法。

背景技术：

3D打印是新型快速成型制造技术(RP)。它以累加方法实现模型的快速成型技术，是制造技术领域的一项重大突破。它能克服传统机械加工无法实现的特殊结构障碍，可以实现任意复杂结构部件的简单化生产，可以自动、直接、精确地将将设计思想从CAD模型，转化为具有一定功能的模型或器件。现有的3D打印技术分为热熔塑胶基础技术(FDM)，激光烧结成型技术(SLS)，光固化液态树脂选择区域固化成型技术(SLA)。自2013年以来，快速成型技术得到了迅速发展并拓展了市场应用，其中教育市场占比三分之一左右。但是目前面向中小学教育市场的3D打印设备主要是桌面级FDM机器，但其算法复杂，不利于中小学生理解。

技术实现要素：

针对以上内容，有必要提出一种简单、直观的快速成型制造方法，面向中小学教育应用。

本发明可以实现基于幻灯片演示功能的光固化快速成型，在打印的工程中不需要PC端时序通讯控制打印，切片后的幻灯片截面信息通过计算机导入3D打印机中的投影仪。将三维模型离散为二维图片，制作成幻灯片，一张一张进行演示曝光，降低了快速成型技术要求，成型过程简易直观，便于理解。

一种利用幻灯片播放功能的光固化快速成型的方法，应用如下装置，该装置包括计算机、投影仪、成型件托板Z轴运动控制系统，装在树脂储液槽中的光敏树脂；

其特征在于，包括如下步骤：

(1)在计算机中用3D建模软件建立制造的三维模型；

(2)将三维模型切片为面模型，转化为图片，导入幻灯片；幻灯片设置为曝光截面信息图与纯黑背景图交替设置；

(3)选择投影仪光源和设定切片精度；精度控制在0.02mm到0.05mm；

(4)使用光敏二极管探测光照信号，采用光敏开关实现曝光过程检测，实现Z轴运动与曝光过程同步，无需与PC端时序通讯；

(5)将切片后的幻灯片截面信息通过计算机导入3D打印机中的投影仪，逐层对树脂进行固化；有图像曝光时，光电开关检测到信号；当显示纯黑图时，信号消失，实现高低电平输出，高低电平输出用于单片机控制Z轴运动；每层固化时间为2s～20s；设置纯黑背景图是了为在打印的过程中，留出Z轴运动和成型应力释放时间，时间为3～10s；

(6)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。

所述的3D建模软件可以是：3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD等

所述的面模型是指将三维模型离散成各个面所获得的二维截面数据信息。

所述的图片是指离散后的截面信息保存为JPG、BMP常见图片格式。

所述的固化树脂类型是指对感光峰值不同的光敏树脂。

所述的投影仪是指经过光源改装的投影仪，光源选择与选用树脂感光波长相匹配。

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，图片张数越多。

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。

所述的固化时间由树脂材料及所需固化强度决定。

所述的溶剂应为易得、无毒的有机溶剂，在树脂粘稠度较低时，应用水冲洗即可。

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，还加有光引发剂，在对应波长的光照射下发生聚合反应，完成固化。利用与所需固化树脂峰值感光波长相对应的投影光源，连接计算机或其他显示设备(如手机)，进行幻灯片演示曝光。曝光图片背景应为黑色，截面信息为白色，这样图片白色部分有光线投射，树脂固化，黑色部分没有光照，树脂仍为液体。通过光电开关与单片机控制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全部曝光固化完全后，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。

本发明的特点是：

1.与传统的光固化快速成型方式相比，本发明在工作时不需要PC端控制程序，当采用带有蓝牙功能的投影仪时，可以与手机连接，进行幻灯片播放，简单易用。

2.本发明采用的幻灯片演示方式，可以在打印前提前观察打印件的分层效果，更加简洁的呈现出打印的过程。

3.本发明采用基于幻灯片演示功能的曝光固化成型，成型过程直观，便于理解，适用于低龄学生进一步理解掌握3D打印原理及应用。

4.本发明中，采用光敏开关实现曝光过程检测，光敏二极管探测光照信号，该探测信号可以使打印精度更加精确，精度可以控制在0.02mm到0.05mm之间，保证打印时的成功率。

5.本发明实现Z轴运动与曝光过程同步：幻灯片设置为曝光截面信息图与纯黑背景图交替，有图像曝光时，光电开关检测到信号；当显示纯黑图时，信号消失，实现高低电平输出，单片机控制Z轴运动。

6.本发明中，树脂储液槽底部采用涂有硅胶的透明亚克力底板，上敷聚弗龙薄膜。有别于其它成型方式的树脂槽底板，硅胶在本发明中仅起缓冲成型时的底板压力的作用，聚弗龙薄膜易于固化层与底板分离。从而不必采用与固化件低吸附力的高价硅胶，降低成本。

7.本发明中，紫外光源可以根据树脂材料灵活选取，从300nm～405nm波长均可实现，选用波长越短，投影仪使用寿命越低。

附图说明

图1本发明中快速成型原理图

图中：1，成型件托板，2，光敏树脂，3，树脂储液槽，4，涂有硅胶并敷有聚弗龙薄膜的高透光亚克力板，5，光敏二极管探头，6，投射光照，7，更换光源的投影仪。

图2实例1所采用三维模型

图3实例1所打印出的实体

图4幻灯片播放时模型截面信息图(正方体模型)，设计左下方圆圈曝光是为了便于光敏二极管探测

图5幻灯片播放时纯黑背景图，整个幻灯片为模型截面信息图和纯黑背景图交替

具体实施方式

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。

实例1

本发明采用幻灯片演示曝光方式实现树脂固化快速成型；投影仪光源发光波长为405nm；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；选用人体牙齿模型。

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；利用口腔三维扫描仪扫描牙齿模型，保存为stl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200μm左右，保存各面模型图像为jpg格式；将这些图像文件导入幻灯片，图片与纯黑色背景交替；调整光敏探头位置，设定幻灯片切换时间为5s，Z轴运动系统每次曝光后上升200μm(针对粘稠度较高的树脂，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200μm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。