[实用新型]3D立体投影式光固化3D打印机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种3D立体投影光照方式光固化进行三维实物模型制作的增材制造(即3D打印)设备，即3D立体曝光式光固化的3D打印设备。整个3D打印过程可以在数秒或数分钟内完成。

背景技术

3D打印技术被誉为“第三次工业革命”，被广泛的应用于工业设计、医疗、教学、航空航天等领域。目前3D打印技术的主流技术包括立体光固化技术(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光熔化技术(SLM)、数字光处理技术(DLP)、三维打印黏结成型(3DP)等。

立体光固化技术(StereoLithographyAppearance，简称SLA)，是最早出现的快速原型制造工艺，SLA技术所用光源为激光，具有波长单一、光斑尺寸小和功率密度大的特点，通过精确控制扫描头，可以实现零件高速度、高精度成形。但现有的SLA系统设计复杂，激光从上向下照射，在成型过程中，为了保证树脂液体加工表面的平整度，需要复杂的装置去调节液面平整度，使得整体系统体积过大并且造价昂贵；为此，人们开发了小型的桌面型SLA，激光从底部向上照射，近年来出现了数字光处理DLP的投影技术，是从底部向上投影。可以通过面投影的方式将树脂固化在成型过程中，这种面曝光的固化方式，比SLA由点到线，再由线到面，然后层层固化速度大大提高。它是需要一个树脂槽，事先将树脂倒入树脂槽中，光照射树脂使树脂层层固化成形。然而由于目前这些3D打印技术均采用层层打印的方式实现，随着分层厚度的减少，打印层数增多，打印时间很长，通常打印过程都要耗时数小时。

随着立体显示技术的发展，如能将立体显示引入到3D打印领域中，将可以极大提高打印速度。本实用新型不同于传统层层固化的方法成型，而是直接体曝光固化，将极大提高打印速度。

发明内容

本实用新型受到立体显示技术的启发，提出使用3D立体投影光照方式固化树脂成型。打印前先将透明的光敏树脂倒入一个透明的树脂槽内。打印时，打开3D立体投影系统，将需要打印成型的三维计算机模型透过树脂槽，投影到光敏树脂中，在光敏树脂中形成三维立体影像，光敏树脂受到光照后，随着照射时间的增加逐渐凝固。没有被光照射的部分仍然保持液态。打印完成后，从液态树脂中取出固化成型的树脂模型。整个打印过程可以在数秒或数分钟内完成。

3D立体投影式光固化3D打印机，其特征在于：包括3D立体投影系统、树脂盒、和计算机控制的激光器；3D立体投影系统由x、y扫描振镜加上Z轴方向的振镜组成；树脂盒为四周透明的材料制成，光敏树脂预先倒入树脂盒中；所述光敏树脂常温下为透明液态，只有在光照射且光强超过其固化的阈值才能固化凝固。

应用所述的3D立体投影式光固化3D打印机的方法，其特征在于：

打印开始时，首先在树脂盒内装满光敏树脂，然后打开3D立体投影系统，激光透过树脂盒，照射在光敏树脂上，在树脂中形成3D像，通过计算机控制曝光固化时间，光敏树脂受到激光照射且光强超过其固化的阈值的部分发生光化学反应后凝固，未照射到的部分仍为液体树脂；固化而“打印”出3D树脂模型。

进一步，照射时间越长，树脂固化强度越高。

进一步，激光为可见激光。

进一步，激光为波长在530nm的绿激光，或者是波长为800nm的红激光。

本实用新型的工作原理：该3D打印机的核心部分是3D立体投影系统，该系统由x,y扫描振镜和Z轴聚焦振镜组成。光线经过x,y扫描振镜，可以形成一个平面图像，平面图像在Z轴方向的聚焦振镜作用下形成一个3维立体图像。开始打印之前，在光敏树脂槽中装满透明的光敏树脂液体，并对计算机中的3D模型沿着Z轴方向进行切片处理获得3D模型沿着Z轴方向一系列的x,y平面数据；打印开始后，激光在计算机控制下，沿着xy方向的扫描振镜和Z轴方向聚焦振镜在空间形成一个3D立体图像。将这个3D立体图像投射到透明的光敏树脂槽中，由于使用的是透明的液态光敏树脂，激光光线透过光敏树脂，聚焦照射到树脂的内部。激光束不在焦点处穿过光敏树脂由于光强没有达到固化所需的阈值，因此不会发生任何反应，只有在激光的焦点处能量密度高于固化阈值的地方，树脂才被固化凝固。随着照射时间的增加，树脂固化处的强度也不断增大。激光焦点处的树脂固化凝固，不在焦点处的树脂仍然保持液态。固化完成后，从树脂中，取出固化成型的3D模型，完成打印。

本实用新型的技术特征：

1.打印前，树脂槽中先装满透明的光敏树脂。