一種面成型3d打印系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種面成型3D打印系統(tǒng)，包括：盛液箱、打印平臺、打印平臺驅(qū)動單元、圖像投影單元、和控制單元；所述盛液箱用于盛放液態(tài)光固化材料；所述打印平臺具有位于所述盛液箱中的工作位；所述打印平臺驅(qū)動單元與所述控制單元連接；所述圖像投影單元包括光源、數(shù)字微型鏡片設(shè)備和聚焦透鏡，所述數(shù)字微型鏡片設(shè)備與所述控制單元連接，所述聚焦透鏡用于將來自數(shù)字微型鏡片的投影圖像聚焦在所述打印平臺上；所述控制單元用于根據(jù)要打印的產(chǎn)品的界面圖形控制所述數(shù)字微型鏡片設(shè)備進行投影，以及控制所述驅(qū)動單元驅(qū)動所述打印平臺在所述盛液箱中上下移動。本實用新型具有效率高、精度高、成本低的優(yōu)點。
【專利說明】—種面成型3D打印系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及快速成型【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種面成型3D系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印(3D Printing)最早由美國麻省理工學(xué)院的Jim Bred和Tim Anderson提出，他們基于一臺普通的噴墨打印機設(shè)計出一臺可粘接粉末的設(shè)備，該設(shè)備也成為最早的3D打印機。2009年3月在美國華盛頓舉行的疊層制造發(fā)展研討會(Roadmap for AdditiveManufacturing (RAM) Workshop)上，正式確定使用疊層制造(Additive Manufacturing,縮略詞為AM) —詞來稱呼3D打印技術(shù)，并就未來10年快速成型技術(shù)的發(fā)展做出了規(guī)劃。目前主要的疊層制造技術(shù)包括選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(Selective laser sintering,縮略詞為SLS ),立體光刻成型技術(shù)(Stereolithography, SLA)，熔融沉積成型技術(shù)(FusedDeposition Modeling,縮略詞為FDM)等。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)使用高能量激光束對各種粉末材料進行燒結(jié)，所選用的粉末材料包括塑料、金屬、陶瓷、玻璃等。立體光刻成型技術(shù)采用具有一定光強的激光束照射液態(tài)光敏樹脂，樹脂在光照下迅速固化形成所需形狀。目前國際上美國的3D system公司在該領(lǐng)域具有較強的研發(fā)實力。熔融沉積成型技術(shù)則是通過噴頭擠壓被加熱熔化后的熱塑材料成型，該技術(shù)由美國的Stratasys公司實用新型，其在該領(lǐng)域具有較大的市場優(yōu)勢。另外，因為FDM具有成本低的優(yōu)勢，目前國內(nèi)市場上的3D成型設(shè)備以該技術(shù)為主。疊層制造技術(shù)(AM)在美歐已廣泛應(yīng)用于汽車、家用電器、計算機、航空航天、醫(yī)學(xué)、建筑、科研等領(lǐng)域。AM技術(shù)已發(fā)展形成一個新產(chǎn)業(yè)，統(tǒng)計資料表明，近三年來，AM的市場營銷以59%速度遞增。
[0003]但是，目前快速成型技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備的引進價格昂貴，設(shè)備維修價格高、響應(yīng)慢的缺點。而低價格設(shè)備的制作精度則非常不理想，例如:1500美元左右的設(shè)備，其精度大概是0.25mm0
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高精度、低成本、高效率的面成型3D打印系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的技術(shù)問題通過以下技術(shù)手段予以解決:
[0006]一種面成型3D打印系統(tǒng)，包括:盛液箱、打印平臺、打印平臺驅(qū)動單元、圖像投影單元、和控制單元；
[0007]所述盛液箱用于盛放液態(tài)光固化材料；
[0008]所述打印平臺具有位于所述盛液箱中的工作位；
[0009]所述控制單元與所述打印平臺驅(qū)動單元即所述數(shù)字微型鏡片設(shè)備連接；
[0010]所述打印平臺驅(qū)動單元與所述打印平臺連接，用于驅(qū)動所述打印平臺在所述盛液箱中上下移動；
[0011]所述圖像投影單元包括光源、數(shù)字微型鏡片設(shè)備和聚焦透鏡，所述數(shù)字微型鏡片設(shè)備用于利用光源形成投影圖像，所述聚焦透鏡用于將來自數(shù)字微型鏡片的投影圖像聚焦在所述打印平臺上。
[0012]優(yōu)選地:
[0013]還包括壓板裝置，該壓板裝置包括透明壓板，該透明壓板固定在所述盛液箱中。
[0014]所述壓板裝置與液面接觸的表面設(shè)有防粘連層。
[0015]所述單層打印厚度為10-100微米，即所述打印平臺的每次移動距離為10-100微米。
[0016]所述驅(qū)動單元的動力裝置為步進電機。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型利用投影系統(tǒng)對產(chǎn)品的截面圖形進行逐層投影，配合可上下移動的打印平臺實現(xiàn)以“面”為成型單位的3D打印，與現(xiàn)有技術(shù)通過機電控制噴頭進行逐點打印的方式相比，具有以下優(yōu)點:1)無需采用復(fù)雜的控制機電系統(tǒng)，可大幅的降低設(shè)備成本；2)由于是通過投影面成型進行打印，因此，相對于逐點打印的方式具有更高的效率，本實用新型打印同一產(chǎn)品所需的時間僅為普通3D打印機的20% ；3)由于產(chǎn)品是逐層成型，其精度由投影圖像決定，因而可輕易實現(xiàn)誤差在0.0lmm范圍內(nèi)的高精度打印。
[0018]優(yōu)選方案中，設(shè)置壓板裝置，用于克服由于液體材料的表面張力和液面膨脹導(dǎo)致的液面不平整，從而避免打印的產(chǎn)品表面向上凸起(如圖6所示)的問題，獲得上表面平整的3D打印產(chǎn)品(如圖7所示)。進一步優(yōu)選方案，在壓板裝置的下方設(shè)置防粘連層，可避免成型的截面部件與壓板裝置粘結(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型具體實施例的打印系統(tǒng)的原理圖；
[0020]圖2是本實用新型具體實施例的打印方法流程圖；
[0021]圖3是本實用新型具體實施例的打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖4是圖3的弓形板的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖5是本實用新型另一具體實施例的打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖6是未使用壓板裝置的打印產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖7是使用壓板裝置后的打印產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0026]下面對照附圖并結(jié)合優(yōu)選的實施方式對本實用新型作進一步說明。
[0027]如圖1所示，本實施例提供一種面成型3D打印系統(tǒng)，用于實施前述的打印方法，該3D打印系統(tǒng)包括:盛液箱、打印平臺、打印平臺驅(qū)動單元、圖像投影單元、和控制單元。盛液箱用于盛放液態(tài)光固化材料；打印平臺具有位于盛液箱中的工作位；控制單元與打印平臺驅(qū)動單元及圖像投影單元連接；打印平臺驅(qū)動單元與打印平臺連接，用于驅(qū)動所述打印平臺在所述盛液箱中上下移動；所述圖像投影單元包括光源、數(shù)字微型鏡片設(shè)備和聚焦透鏡，所述數(shù)字微型鏡片設(shè)備與所述控制單元連接，用于利用光源形成投影圖像，所述聚焦透鏡用于將來自數(shù)字微型鏡片的投影圖像聚焦在所述打印平臺上。所述控制單元600可以是PC機或者單片機，優(yōu)選配備觸摸屏602，用于控制圖像投影單元和打印平臺驅(qū)動單元。優(yōu)選可用于根據(jù)要打印的產(chǎn)品的界面圖形控制所述數(shù)字微型鏡片設(shè)備進行投影，以及控制所述驅(qū)動單元驅(qū)動所述打印平臺在所述盛液箱中上下移動。
[0028]本實用新型的面成型3D打印系統(tǒng)更加具體的優(yōu)選實施例如圖3所示，其還包括用于固定前述各個部件的機架，該機架主要由底座501、頂部控制箱502和作為將頂部控制箱502固定于底座501上的固定部件的立柱503。盛液箱100安裝在底座501上；而投影設(shè)備400則安裝在頂部控制箱502中，頂部控制箱502底部開設(shè)有供投影設(shè)備400的投影鏡頭投射投影圖像的孔。
[0029]打印平臺驅(qū)動單元的功能在于驅(qū)動打印平臺200在盛液箱100中上下移動，本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用現(xiàn)有的技術(shù)方案予以實現(xiàn)。作為優(yōu)選方案，本實施例的打印平臺驅(qū)動單元包括驅(qū)動電機301、用于聯(lián)動打印平臺與驅(qū)動電機301的打印平臺連接件302、運動軌跡控制部件(圖中未示出)及滑塊(圖中未示出)。運動軌跡控制部件的作用在于運動導(dǎo)向，其具有供滑塊上下移動的運動軌跡，該運動軌跡可通過滾柱絲桿、滑軌、滑槽等方式實現(xiàn)；對應(yīng)的，滑塊是用于與運動軌跡控制部件配合的部件，其與驅(qū)動電機連接在驅(qū)動電機的驅(qū)動下沿運動軌跡控制部件的運動軌跡上下運動，滑塊還與打印平臺連接件302的第一端固定連接，而打印平臺連接件302的第二端則與打印平臺200連接，從而使得打印平臺200能夠在驅(qū)動電機的驅(qū)動下上下移動。如圖3所示，本實施例的固定部件采用立柱的形式，立柱503的下端固定在底座501上，上端用于固定頂部控制箱502 ;同時，立柱503采用中空結(jié)構(gòu)，其中空的內(nèi)部可用于安裝驅(qū)動電機(優(yōu)選為步進電機)、走線槽，同時還可用于安裝作為運動軌跡控制部件的滾珠絲桿。顯然，本實施例采用的立柱形式的固定部件具有結(jié)構(gòu)簡潔的優(yōu)點，但是本實用新型并不局限于該方案。
[0030]如圖4所示，本實施例的打印平臺連接件302為一個弓形板，其由一個板材經(jīng)三次折彎形成，板材底部折彎形成用于支撐固定打印平臺200的支撐部3021，板材上部折彎形成延伸至立柱503內(nèi)的橫向連接部3022，橫向連接部3022的端部再向下或向上折彎形成用于與滑塊固定的滑塊固定部3023。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然還能夠通過其他的形式的打印平臺連接件302實現(xiàn)打印平臺與滑塊的連接，本實用新型也不限于前述的具體方案，但是相對于現(xiàn)有技術(shù)可采用的連接方式，前述弓形板的設(shè)計具有下述的優(yōu)勢:1)該弓形板可緊貼盛液箱側(cè)壁設(shè)置，可避免阻擋投影光線；2)該弓形板同時設(shè)置有與打印平臺200表面平行的支撐部3021和與滑塊側(cè)壁平行的滑塊固定部3023，因而，即使采用很薄的板材，安裝也非常方便、牢靠，避免采用較厚板材在上下移動過程中對盛液箱中液面造成影響。
[0031]如圖5所示，本實施例的盛液箱100中還可設(shè)置壓板裝置700 (圖中未示出頂部控制箱及其內(nèi)的部件)，優(yōu)選壓板裝置700在所述容器盒中的位置在前后、左右和上下方向上均可調(diào)節(jié)，為便于清楚可見，圖5中所示的壓板裝置為未裝入容器盒中的狀態(tài)。壓板裝置的面積優(yōu)選大于所述投影圖像的面積，所述投影圖像全部透射在所述壓板裝置的覆蓋面之內(nèi)。其包括透明壓板，該透明壓板與液面接觸的表面優(yōu)選設(shè)有防粘連層例，如防粘連薄膜或防粘連涂層，具體如:全氟塑料薄膜或硅膠膜涂層。圖6所示為未使用壓板裝置的打印產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，其上表面向上凸起；圖7所示為使用壓板裝置后的打印產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖，其上表面平難
iF.0
[0032]本文所述數(shù)字微型鏡片設(shè)備DMD是一種微機電系統(tǒng)設(shè)備，由上百萬個微小的鏡片組成，這些鏡片能夠在計算機的控制下以超過5KHz的頻率單獨開合。光源在發(fā)出一束可見光后，該可見光被DMD上開啟的微型鏡片反射，未開啟的微型鏡片則不會反射光術(shù)。一個微型鏡片即形成最后反射圖像中的一個像素。DMD被廣泛使用在投影儀上，其成本低廉。
[0033]如圖2所示，本實施例的面成型3D打印方法包括以下步驟:
[0034]S1、對要打印的產(chǎn)品進行3D建模，將建成的三維模型分割成多層截面圖形。3D建模可由現(xiàn)有的各種商用軟件制作，以CAD為例，可通過CAD制作好三維模型，并以STL文件的形式存儲，然后對STL文件進行切片獲取多層界面圖形。切面的數(shù)量與要打印產(chǎn)品的尺寸相關(guān)，優(yōu)選控制每層打印的厚度在10-100微米范圍內(nèi)以保證打印精度。
[0035]S2、在盛液箱中裝預(yù)定量的液態(tài)光固化材料，將打印平臺置于盛液箱中并使打印平臺位于液態(tài)光固化材料的液面之下，且打印平臺的初始位置與液態(tài)光固化材料的液面的距離等于單層打印厚度。經(jīng)研究實踐，液態(tài)的材料的表面張力、液面膨脹可能會導(dǎo)致打印的截面部件和產(chǎn)品表面向上凸起，從而影響產(chǎn)品形狀，因此，本步驟優(yōu)選在液態(tài)光固化材料的液面上方設(shè)置透明的壓板裝置用于壓制液面，保證每層截面部件的表面平整。壓板裝置與液面接觸的表面優(yōu)選設(shè)置防粘連層，例如防粘連薄膜或防粘連涂層，具體如:全氟塑料薄膜或硅膠膜涂層。
[0036]S3、利用數(shù)字微型鏡片設(shè)備(英文名稱為Digital Micromirror Device,縮略詞為DMD)將所述截面圖形的第一層截面圖形投影到打印平臺，從而使得位于打印平臺上方的液態(tài)光固化材料固化形成產(chǎn)品的第一層截面部件。
[0037]S4、控制打印平臺向下移動單層打印厚度的距離，然后再依照步驟S3的方式投影第二層界面圖形進行打印形成產(chǎn)品的第二層截面部件，如此循環(huán)控制打印平臺和數(shù)字微型鏡片設(shè)備直至產(chǎn)品打印完成。
[0038]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種面成型3D打印系統(tǒng)，其特征在于，包括:盛液箱、打印平臺、打印平臺驅(qū)動單元、圖像投影單元、和控制單元； 所述盛液箱用于盛放液態(tài)光固化材料； 所述打印平臺具有位于所述盛液箱中的工作位； 所述控制單元與所述打印平臺驅(qū)動單元及所述圖像投影單元設(shè)備連接； 所述打印平臺驅(qū)動單元與所述打印平臺連接，用于驅(qū)動所述打印平臺在所述盛液箱中上下移動； 所述圖像投影單元包括光源、數(shù)字微型鏡片設(shè)備和聚焦透鏡，所述數(shù)字微型鏡片設(shè)備用于利用光源形成投影圖像，所述聚焦透鏡用于將來自數(shù)字微型鏡片的投影圖像聚焦在所述打印平臺上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:還包括壓板裝置，該壓板裝置包括透明壓板，該透明壓板固定在所述盛液箱中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述透明壓板下表面設(shè)有防粘連層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述打印平臺的每次移動距離為10-100微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D打印系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動單元的動力裝置為步進電機。
【文檔編號】B29C67/00GK203485446SQ201320568989
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】張靖, 金良, 宋軒, 王彬, 潘亞明 申請人:張靖, 金良, 宋軒, 王彬, 潘亞月