[发明专利]一种基于投影式光强可调节的光固化三维打印装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种基于投影式光强可调节的光固化三维打印 装置及方法。

背景技术

快速成型技术（又称快速原型制造技术，RapidPrototypingManufacturing，简 称RPM），又称3D打印，是基于材料逐层累加的一种高新制造技术，其根据零件或者物体的三 维数据模型进行分层，得到每一层的轮廓，同时计算出加工路径，打印头根据加工路径在控 制系统的控制下得到每一层的实体，最终通过每一层的堆叠得到总的实体。

依据打印方式与打印材料的不同，3D打印技术可分为不同的种类。目前主流的3D 打印技术有SLA、FDM、3DP、SLS、SLM、LOM等，在这些技术中SLA（光固化成型技术）应用最为广 泛、成型精度相对较高，SLA的光固化成型原理是利用紫外激光固化对紫外光非常敏感的液 态树脂材料予以成形，在计算机控制下经过聚焦的紫外激光束按照零件分层截面信息对液 态树脂表面进行逐点线扫描，被扫描区域的树脂产生光聚合反应瞬间固化，形成一个薄层， 当一层固化后，工作台下移一个层厚，液态树脂自动在已固化的零件表面覆盖一个工作层 厚的液态树脂，紧接着进行下一层扫描固化，如此反复直至整个零件打印完毕。然而，SLA技 术使用的是点光源，由点到线再到面的成型方式，成型速度较慢。

针对现有的SLA光固化成型的问题，提出了DLP投影光固化成型技术，DLP是 “DigitalLightProcession”的缩写，即为数字光处理，也就是说这种技术要先把影像信 号经过数字处理，然后再把光投影出来，它是基于TI（美国德州仪器）公司开发的数字微镜 元件——DMD（DigitalMicromirrorDevice）来完成可视数字信息显示的技术。DLP投影光 固化成型技术使用一种较高分辨率的数字光处理器（DLP）来固化液态光聚合物，一层层对 液态聚合物进行固化，以此循环往复，直到最终模型的完成。

在DLP光固化打印过程中影响打印效果的主要因素有两个：光能量和单层曝光时 间。软件部分将图像信息传递给投影机产生投影光，投影光透过树脂槽照射到液态树脂表 面，液态树脂吸收的光能量达到固化所需的能量阈值时会聚合为固态，树脂所吸收的光能 量大小将会影响树脂的固化精度，光能量与单层曝光时间和辐照度成正比。当单层曝光时 间一定时，光能量与辐照度成正比。通常在DLP打印设备中，在打印不同的光敏树脂材料和 选择不同打印精度的情况下，需要选择合适的光能量和单层曝光时间，如果光能量不可变， 仅通过软件系统控制投影仪的单层曝光时间，打印层厚越大（打印精度越小），单层曝光时 间也越长，导致打印效率降低，设备的打印精度范围受到限制。另外为了保护光敏树脂在非 打印阶段能够不受投影光的照射而造成的老化，必须在树脂槽和投影机之间设置一个复杂 的遮挡装置，但是，基于投影式的光固化打印设备中投影仪的光强固定不变时，仅通过改变 单层曝光时间，会出现打印精度范围小、打印效率低、遮挡装置复杂的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明公开的一种基于投影式光强可调节的光固 化三维打印装置，包括投影仪、投影镜头、第一偏振片、第二偏振片、树脂槽、打印平台、水平 旋转结构和升降机构，所述的投影镜头安装在投影仪上，所述的第一偏振片在投影镜头上， 所述的第二偏振片在第一偏振片上，所述的第二偏振片与水平旋转结构连接，所述的树脂 槽在第二偏振片上，所述的树脂槽在打印平台下，所述的打印平台与升降机构连接。

优选的，所述的第一偏振片的中心轴与投影仪所投光传播方向平行；所述的第二 偏振片的中心轴与投影仪所投光传播方向平行；第一偏振片与第二偏振片平行放置。

优选的，所述的第一偏振片的透振方向与第二偏振片的透振方向在复位时相互垂 直。

优选的，所述的水平旋转结构上设有伺服电机，用于控制第二偏振片的旋转角度。

另一方面，本发明还公开了一种基于投影式光强可调节的光固化三维打印方法， 其特征在于，包括以下步骤：

a、通过投影仪投射出设定的图案光，经过投影镜头照射到第一偏振片，再照射到第二 偏振片；

b、水平旋转结构中伺服电机转动，带动第二偏振片转动达到设定角度，使得第一偏振 片与第二偏振片的透振方向的夹角达到设定角度；