本實(shí)用新型涉及一種3D打印機(jī)，尤其涉及一種高精度高速度連續(xù)3D打印機(jī)。

背景技術(shù)：

目前，3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種利用快速成形技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，采用成型材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造三維的實(shí)體的打印設(shè)備。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，3D打印機(jī)在產(chǎn)品制造業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。3D打印技術(shù)被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”，被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、教學(xué)、航空航天等領(lǐng)域。3D打印的基本原理是分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實(shí)體，在進(jìn)行3D打印時，軟件通過電腦輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(CAD)完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上，3D打印機(jī)將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個固態(tài)物體成型，完成3D打印。3D打印技術(shù)的主流技術(shù)包括立體光固化技術(shù)(SLA)、熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光熔化技術(shù)(SLM)、數(shù)字光處理技術(shù)(DLP)、三維打印黏結(jié)成型(3DP)等。DLP技術(shù)基礎(chǔ)是光學(xué)半導(dǎo)體、數(shù)字微鏡芯片(DMD)由德州儀器公司的LarryHornbeck在1987年實(shí)用新型，DMD芯片可以對光進(jìn)行數(shù)字化調(diào)制、數(shù)字微鏡器件包含了一個由微鏡鏡面組成的長方形陣列組成、這個陣列對應(yīng)與投影圖象中的光線、這些鏡面和數(shù)字信號、光源和投影鏡頭協(xié)同工作時，能夠把象、最忠實(shí)地再現(xiàn)出來。其中DLP光固化3D打印機(jī)主要有軟件和硬件兩部分組成。上述的硬件部分主要包括了打印機(jī)框架、投影儀、打印平臺、工作臺以及樹脂槽。具體工作中樹脂槽固定在工作臺上，打印平臺的連續(xù)層結(jié)構(gòu)沉入到樹脂槽中，其中的樹脂槽基本上就是一個裝光敏樹脂的缸體，軟體部分產(chǎn)生的影像信號在經(jīng)過數(shù)字處理(DLP)后再由投影儀投影出來，該投影光在透過樹脂槽的底部后與光敏樹脂相接觸。此時光接觸的光敏樹脂瞬間聚合成固體，而未與光接觸的光敏樹脂則還會是保持液態(tài)，從而在打印層與樹脂槽的內(nèi)底面之間就會形成真空，使得打印層受到液壓與大氣壓的共同作用力。DLP打印機(jī)打印精度高、成型效率高；但打印體積較小。如果要求打印體積、精度、速度都能提高則每種成型原理有其固有的局限性。其打印錐面越大成型體積越大、成型精度與成型速度越低。立體光固化技術(shù)(SLA)，是最早出現(xiàn)的快速原型制造工藝，SLA技術(shù)所用光源為激光，具有波長單一、光斑尺寸小和功率密度大的特點(diǎn)，通過精確控制掃描頭，可以實(shí)現(xiàn)零件高速度、高精度成型?，F(xiàn)有的SLA光固化3D打印機(jī)打印體積較大，成型精度較好，成型效率較好；其光斑直徑與成型速度成正比、與成型精度成反比，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，激光從上向下照射，在成型過程中，為了保證樹脂液體加工表面的平整度，需要復(fù)雜的裝置來調(diào)節(jié)液面平整度，使得整體系統(tǒng)體積過大并且造價昂貴；在成型過程中，往往需要一個樹脂槽，事先將樹脂倒入樹脂槽中，光照射樹脂使樹脂層層固化成型。SLA光固化3D打印機(jī)成型精度較好，成型效率較好，但其打印體積大，其光斑直徑與成型速度成正比、與成型精度成反比，無法達(dá)到在保證打印精度的同時提高打印速度。在打印機(jī)工作過程中，打印平臺在電機(jī)的驅(qū)動下工作，會在光敏樹脂中產(chǎn)生漩渦，而導(dǎo)致光敏樹脂不能及時向固化區(qū)域補(bǔ)充(光敏樹脂的粘度為270cps)，而導(dǎo)致打印出的物品的表面粗糙，精細(xì)度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種高精度高速度連續(xù)3D打印機(jī)。本實(shí)用新型通過3D打印機(jī)中的嵌入式操作系統(tǒng)控制DMD芯片，使其反射面成動態(tài)可編程投影。再通過反光鏡、振鏡、場鏡的偏轉(zhuǎn)使管束成一個小平面在打印平面上移動。并且由于DLP系統(tǒng)與激光振鏡系統(tǒng)的協(xié)同工作使最終投影面可以為任意可編程圖案。在實(shí)現(xiàn)了激光面能形成任意可編程團(tuán)基礎(chǔ)上，激光光源從光敏樹脂上方照射，本實(shí)用新型打印平臺在樹脂液中下沉，由于本實(shí)用新型不會產(chǎn)生打印模型與隔離膜的應(yīng)力，所以會大大提高打印效率與打印質(zhì)量。同時實(shí)現(xiàn)了打印的高精度與高速度，并解決了倒置式成型技術(shù)所產(chǎn)生的應(yīng)力，減少了模型打印所需支撐，提高打印了質(zhì)量。本實(shí)用新型設(shè)置有伺服電機(jī)，在打印過程中可以通過伺服電機(jī)控制打印平臺振蕩，使光敏樹脂中光敏樹脂及時向固化區(qū)域補(bǔ)充，不影響打印的精細(xì)度。

本實(shí)用新型在儲存槽中的液態(tài)光敏樹脂在光固化成一層薄層后隨著載物臺升高或降低，再用同樣的方法，在前一固化層之上得到一個新的固化層，最后得到了立體三維的產(chǎn)品。本實(shí)用新型主要采用UV光源使光敏樹脂固化，最小分層厚度達(dá)到25μm，該方法是把三維模型分層影像以面投影的方式使光敏樹脂固化，一層一層固化最終得到三維實(shí)體。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種高精度高速連續(xù)3D打印機(jī)，其特征在于：包括：成像裝置、樹脂料槽、光敏樹脂、打印平臺與伺服電機(jī)；

所述成像裝置設(shè)置于樹脂料槽上端，所述成像裝置由激光振鏡、振鏡固定架、場鏡、反光鏡、UV光源與DMD芯片組成，所述UV光源發(fā)出紫外線投射到DMD芯片上，通過DMD芯片反射形成可編程光束體，再通過反光鏡的偏轉(zhuǎn)折射使可編程光束體形成一個類似于激光的垂直光路，垂直光路折射到激光振鏡，激光振鏡控制垂直光路掃描，并實(shí)現(xiàn)由光斑照射的激光光源點(diǎn)成型到DMD芯片控制的激光光源面成型，再通過激光振鏡偏轉(zhuǎn)光束方向，折射到場鏡中，通過場鏡聚焦形成垂直于打印平面的光束,最終投射到需要成型的結(jié)構(gòu)上，通過3D打印機(jī)中的嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時控制投影面，使其與振鏡偏轉(zhuǎn)速度成線性關(guān)系，則最終可以使用一個小投影面偏轉(zhuǎn)投射出一個大的投影面，由于DLP系統(tǒng)與激光振鏡系統(tǒng)的協(xié)同工作使最終投影面可以為任意可編程圖案；伺服電機(jī)帶動打印平臺下降，開啟UV光源進(jìn)行曝光，使成像裝置在嵌入式操作系統(tǒng)的控制下將光投射到樹脂料槽中，使樹脂料槽中的光敏樹脂固化為打印實(shí)體，打印實(shí)體粘結(jié)在打印平臺上，在伺服電機(jī)的帶動下下沉，當(dāng)打印物體的表面積小于5X5mm²時，不發(fā)生振蕩，打印平臺完成連續(xù)打印，當(dāng)打印物品的表面積在5X5mm²至50X50mm²的范圍內(nèi)時，振蕩幅度為3mm-5mm,振蕩時間為1秒至3秒，打印精度為0.01mm,振蕩幅度與打印物品的表面積成正比，打印平臺通過伺服電機(jī)在通過嵌入式操作系統(tǒng)的控制下發(fā)生線性關(guān)系振蕩,當(dāng)打印物品的表面積大于50X50mm²時，振蕩幅度固定為5mm，當(dāng)伺服電機(jī)振蕩時，關(guān)閉UV光源，停止曝光,光敏樹脂停止固化，光敏樹脂向固化的區(qū)域補(bǔ)充，振蕩完成后開啟UV光源，成像裝置在嵌入式操作系統(tǒng)的控制下將變化的光投射到光敏樹脂上，使得光敏樹脂繼續(xù)固化，最終得到完整的打印實(shí)體零件。

進(jìn)一步，所述反光鏡設(shè)置有兩個。

進(jìn)一步，所述成型平臺為下沉式或上升式。

進(jìn)一步，所述振鏡為激光振鏡。

進(jìn)一步，包括以下步驟：

(1)通過打印機(jī)中的嵌入式操作系統(tǒng)對打印機(jī)發(fā)出打印指令；

(2)根據(jù)UV光源發(fā)出紫外線投射到DMD芯片上，通過DMD芯片反射形成可編程光束體；

(3)通過反光鏡的偏轉(zhuǎn)折射使可編程光束體形成一個類似于激光的垂直光路，垂直光路折射到激光振鏡；

(4)激光振鏡控制垂直光路掃描，并實(shí)現(xiàn)由光斑照射的激光光源點(diǎn)成型到DMD芯片控制的激光光源面成型，再通過激光振鏡偏轉(zhuǎn)光束方向，折射到場鏡中；

(5)通過場鏡聚焦形成垂直于打印平面的光束,最終投射到需要成型的結(jié)構(gòu)上，通過3D打印機(jī)中的嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時控制投影面；

(6)開啟伺服電機(jī)，伺服電機(jī)帶動打印平臺下降，開啟UV光源進(jìn)行曝光，使成像裝置在3D打印機(jī)中的內(nèi)嵌式操作系統(tǒng)的控制下將光投射到樹脂料槽中，使樹脂料槽中的光敏樹脂固化為打印實(shí)體；

(7)當(dāng)打印物體的表面積小于5X5mm²時，不發(fā)生振蕩，打印平臺完成連續(xù)打印，當(dāng)打印物品的表面積在5X5mm²至50X50mm²的范圍內(nèi)時，振蕩幅度為3mm-5mm,當(dāng)打印物品的表面積大于50X50mm²時，振蕩幅度固定為5mm,振蕩時間為1秒至3秒，振蕩幅度與打印物品的表面積成正比，打印平臺通過伺服電機(jī)在通過嵌入式操作系統(tǒng)的控制下發(fā)生線性關(guān)系振蕩；當(dāng)伺服電機(jī)振蕩時，關(guān)閉UV光源，停止曝光,光敏樹脂停止固化，光敏樹脂向固化的區(qū)域補(bǔ)充；

(8)振蕩完成后開啟UV光源，成像裝置在嵌入式操作系統(tǒng)的控制下將變化的光投射到光敏樹脂上，使得光敏樹脂繼續(xù)固化，最終得到完整的打印實(shí)體零件。

本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型提供了一種高精度高速度連續(xù)3D打印機(jī)。本實(shí)用新型通過嵌入式操作系統(tǒng)控制DMD芯片，使其反射面成動態(tài)可編程投影。再通過反光鏡、振鏡、場鏡的偏轉(zhuǎn)使管束成一個小平面在打印平面上移動。并且由于DLP系統(tǒng)與激光振鏡系統(tǒng)的協(xié)同工作使最終投影面可以為任意可編程圖案。在實(shí)現(xiàn)了激光面能形成任意可編程團(tuán)基礎(chǔ)上，激光光源從樹脂上方照射，實(shí)現(xiàn)了打印平臺在樹脂液中下沉，由于本實(shí)用新型不會產(chǎn)生打印模型與隔離膜的應(yīng)力，所以會大大提高打印效率與打印質(zhì)量。同時實(shí)現(xiàn)了打印的高精度與高速度，并解決了倒置式成型技術(shù)所產(chǎn)生的應(yīng)力，減少了模型打印所需支撐，提高了打印質(zhì)量，本實(shí)用新型設(shè)置有伺服電機(jī)，在打印過程中可以通過嵌入式操作系統(tǒng)控制打印平臺振蕩，使光敏樹脂中光敏樹脂及時向固化區(qū)域補(bǔ)充，打印精度高，打印精度為0.01mm。本實(shí)用新型保證了打印的質(zhì)量，具有打印精度高、打印質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)例三的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

1-成像裝置； 2-樹脂料槽； 3-光敏樹脂；

4-離型膜； 5-打印平臺； 6-振鏡固定架；

8-振鏡； 9-場鏡； 10-反光鏡；

11-伺服電機(jī)； 12-UV光源； 13-DMD芯片；

14-打印平臺升降機(jī)構(gòu)； 15-驅(qū)動電機(jī)

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

實(shí)施例一

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖,一種高精度高速度連續(xù)3D打印機(jī)，其特征在于：包括：成像裝置1、樹脂料槽2、光敏樹脂3、打印平臺5與伺服電機(jī)11,所述成像裝置1設(shè)置于樹脂料槽2上端，所述成像裝置1由激光振鏡8、振鏡固定架6、場鏡9、反光鏡10、UV光源12與DMD芯片13組成，所述UV光源12發(fā)出紫外線投射到DMD芯片13上，通過DMD芯片13反射形成可編程光束體，再通過反光鏡10的偏轉(zhuǎn)折射使可編程光束體形成一個類似于激光的垂直光路，垂直光路折射到激光振鏡8，激光振鏡8控制垂直光路掃描，并實(shí)現(xiàn)由光斑照射的激光光源點(diǎn)成型到DMD芯片13控制的激光光源面成型，再通過激光振鏡8偏轉(zhuǎn)光束方向，折射到場鏡9中，通過場鏡9聚焦形成垂直于打印平面的光束,最終投射到需要成型的結(jié)構(gòu)上，通過3D打印機(jī)中的嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時控制投影面，使其與振鏡8偏轉(zhuǎn)速度成線性關(guān)系，則最終可以使用一個小投影面偏轉(zhuǎn)投射出一個大的投影面，由于DLP系統(tǒng)與激光振鏡系統(tǒng)的協(xié)同工作使最終投影面可以為任意可編程圖案。伺服電機(jī)帶動打印平臺下降，開啟UV光源進(jìn)行曝光，使成像裝置在3D打印機(jī)中的內(nèi)嵌式操作系統(tǒng)的控制下將光投射到樹脂料槽2中，使樹脂料槽2中的光敏樹脂固化為打印實(shí)體，打印實(shí)體粘結(jié)在打印平臺5上，在伺服電機(jī)11的帶動下下沉，打印物體的表面積為3X3mm²，不發(fā)生振蕩，打印平臺5完成連續(xù)打印，成像裝置1在嵌入式操作系統(tǒng)的控制下將變化的光投射到光敏樹脂上，使得光敏樹脂繼續(xù)固化，最終得到完整的打印實(shí)體零件。

實(shí)施例二

圖2為本實(shí)用新型實(shí)例二的結(jié)構(gòu)示意圖，一種高精度高速度連續(xù)3D打印機(jī)，其特征在于：包括：成像裝置1、樹脂料槽2、光敏樹脂3、打印平臺5與伺服電機(jī)11,所述成像裝置1設(shè)置于樹脂料槽2上端，所述成像裝置1由激光振鏡8、振鏡固定架6、場鏡9、反光鏡10、UV光源12與DMD芯片13組成，所述UV光源12發(fā)出紫外線投射到DMD芯片13上，通過DMD芯片13反射形成可編程光束體，再通過反光鏡10的偏轉(zhuǎn)折射使可編程光束體形成一個類似于激光的垂直光路，垂直光路折射到激光振鏡8，激光振鏡8控制垂直光路掃描，并實(shí)現(xiàn)由光斑照射的激光光源點(diǎn)成型到DMD芯片13控制的激光光源面成型，再通過激光振鏡8偏轉(zhuǎn)光束方向，折射到場鏡9中，通過場鏡9聚焦形成垂直于打印平面的光束,最終投射到需要成型的結(jié)構(gòu)上，通過3D打印機(jī)中的嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時控制投影面，使其與振鏡8偏轉(zhuǎn)速度成線性關(guān)系，則最終可以使用一個小投影面偏轉(zhuǎn)投射出一個大的投影面，由于DLP系統(tǒng)與激光振鏡系統(tǒng)的協(xié)同工作使最終投影面可以為任意可編程圖案。伺服電機(jī)帶動打印平臺上升，開啟UV光源進(jìn)行曝光，使成像裝置在3D打印機(jī)中的內(nèi)嵌式操作系統(tǒng)的控制下將光投射到樹脂料槽中，使樹脂料槽中的光敏樹脂固化為打印實(shí)體，打印實(shí)體粘結(jié)在打印平臺上，在伺服電機(jī)的帶動下上升，打印物體的表面積為20X20mm²，打印平臺通過伺服電機(jī)在通過嵌入式操作系統(tǒng)的控制下發(fā)生線性關(guān)系振蕩，振蕩時間為4秒，振蕩幅度為3mm，當(dāng)伺服電機(jī)振蕩時，關(guān)閉UV光源，停止曝光,光敏樹脂停止固化，光敏樹脂向固化的區(qū)域補(bǔ)充，振蕩完成后開啟UV光源，成像裝置在嵌入式操作系統(tǒng)的控制下將變化的光投射到光敏樹脂上，使得光敏樹脂繼續(xù)固化，最終得到完整的打印實(shí)體零件。

實(shí)施例三

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖,一種高精度高速度連續(xù)3D打印機(jī)，其特征在于：包括：成像裝置1、樹脂料槽2、光敏樹脂3與打印平臺5,所述成像裝置1設(shè)置于樹脂料槽2上端，所述成像裝置1由激光振鏡8、振鏡固定架6、場鏡9、反光鏡10、UV光源12與DMD芯片13組成，所述打印平臺下端設(shè)置有打印平臺升降機(jī)構(gòu)14，平臺升降機(jī)構(gòu)14上設(shè)置有驅(qū)動電機(jī)15，平臺升降機(jī)構(gòu)14采用平行四邊形原理鉸接，伸縮靈活行程大，使得Z軸升降范圍更大且更精確。平臺升降機(jī)構(gòu)14采用絲杠導(dǎo)軌聯(lián)動裝置，通過平行四邊形的鉸鏈結(jié)構(gòu)傳遞軸力，從而實(shí)現(xiàn)橫向的絲杠驅(qū)動力轉(zhuǎn)化為縱向驅(qū)動力，驅(qū)動打印平臺實(shí)現(xiàn)Z軸方向的升降，實(shí)現(xiàn)了打印平臺的精確穩(wěn)定Z軸升降控制，所述UV光源12發(fā)出紫外線投射到DMD芯片13上，通過DMD芯片13反射形成可編程光束體，再通過反光鏡10的偏轉(zhuǎn)折射使可編程光束體形成一個類似于激光的垂直光路，垂直光路折射到激光振鏡8，激光振鏡8控制垂直光路掃描，并實(shí)現(xiàn)由光斑照射的激光光源點(diǎn)成型到DMD芯片13控制的激光光源面成型，再通過激光振鏡8偏轉(zhuǎn)光束方向，折射到場鏡9中，通過場鏡9聚焦形成垂直于打印平面的光束,最終投射到需要成型的結(jié)構(gòu)上，通過3D打印機(jī)中的嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時控制投影面，使其與振鏡8偏轉(zhuǎn)速度成線性關(guān)系，則最終可以使用一個小投影面偏轉(zhuǎn)投射出一個大的投影面，由于DLP系統(tǒng)與激光振鏡系統(tǒng)的協(xié)同工作使最終投影面可以為任意可編程圖案。伺服電機(jī)帶動打印平臺下降，開啟UV光源進(jìn)行曝光，使成像裝置在3D打印機(jī)中的內(nèi)嵌式操作系統(tǒng)的控制下將光投射到樹脂料槽中，使樹脂料槽中的光敏樹脂固化為打印實(shí)體，打印實(shí)體粘結(jié)在打印平臺上，在伺服電機(jī)與打印平臺升降機(jī)構(gòu)的帶動下下沉，打印物品的表面積為80X80mm²，振蕩幅度固定為5mm,當(dāng)伺服電機(jī)振蕩時，關(guān)閉UV光源，停止曝光,光敏樹脂停止固化，光敏樹脂向固化的區(qū)域補(bǔ)充，振蕩完成后開啟UV光源，成像裝置在嵌入式操作系統(tǒng)的控制下將變化的光投射到光敏樹脂上，使得光敏樹脂繼續(xù)固化，最終得到完整的打印實(shí)體零件。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。