[发明专利]一种可调光源波长的高精度大面积快速3D打印装置及方法

说明书

本发明公开了一种可调光源波长的高精度大面积快速3D打印装置及方法，包括计算机、固定掩模版曝光装置、成型装置和控制系统；该3D打印装置采用固定掩模版实现面投影曝光固化，一方面提高了打印精度和打印效率，另一方面可实现大面积打印，满足大物件的打印要求，同时降低了打印成本；并且本发明3D打印装置可根据光敏树脂的光固化性质的不同，采用不同波长的光源进行打印操作，在保证打印物件精度的情况下同时提高了光敏树脂固化成型后的性能，克服了光敏树脂因特定波长固化的局限，提高树脂种类的选择性。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种可调光源波长的高精度大面积快速3D打印装置及方法。

背景技术

3D打印是快速成型技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。如今在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，并逐渐用于一些产品的直接制造。3D打印由于其便捷性，逐渐被企业所重视，并在样品制作、小规模生产与定制化产品中得到应用。

光固化3D打印成型技术作为3D打印成型技术的一种，是通过光源选择区域照射使液态光敏树脂材料发生聚合反应后固化，然后进行逐层堆叠，形成打印物件。光源选择区域照射主要以逐层点扫描为主，但仍存在打印效率低和打印精度低的问题。有学者研究基于数字微镜晶片(DMD)实现数字光处理的面曝光投影技术，在一定程度上提高了打印效率和打印精度，但是目前的基于DMD的面曝光投影技术普遍存在光源波长固定，DMD价格高昂的缺点，在一定程度上增加了打印成本，并且难以实现大面积的打印操作，无法满足较大物件打印要求。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可调光源波长的高精度大面积快速3D打印装置及方法，该3D打印装置采用固定掩模版实现面投影曝光固化，一方面提高了打印精度和打印效率，另一方面可实现大面积打印，满足大物件的打印要求，同时降低了打印成本；并且本发明3D打印装置可根据光敏树脂的光固化性质的不同，采用不同波长的光源进行打印操作，在保证打印物件精度的情况下同时提高了光敏树脂固化成型后的性能，克服了光敏树脂因特定波长固化的局限，提高树脂种类的选择性。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种可调光源波长的高精度大面积快速3D打印装置，包括计算机、固定掩模版曝光装置、成型装置和控制系统，其连接方式如图1所示，由计算机通过控制系统控制掩模版曝光装置的曝光时间，控制成型装置的打印零件的切片厚度、三维图形识别等参数；

所述计算机用于调整3D打印装置的打印平台位置、控制曝光时间及其他打印参数，以完成3D打印；

所述掩模版曝光装置包括，第一光机(1)、第二光机(2)、固定掩模版(3)、第一滑块(9)、直线模组(10)、连接杆(11)、滑块(12)、第一伺服电机(13)、机箱(6)；所述第一光机(1)和第二光机(2)发出两种不同紫外光(365nm～405nm之间)，第一光机(1)通过螺纹固定在第一滑块(9)上，第二光机(2)通过螺纹固定在第二滑块(12)上，滑块(9)和滑块(12)焊接于连接杆(11)的两端，第一滑块(9)和第二滑块(12)通过螺栓固定在直线模组(10)的滑动模块上。计算机控制第一伺服电机(13)工作，使得第一光机(1)和第二光机(2)在直线模组(10)上前后滑动，以切换不同光机对准掩膜版固定掩模版(3)从而达到切换光源的目的。

所述成型装置包括光敏树脂槽(4)、打印零件成型平台(5)，直线模组(7)、第三滑块(8)和第二伺服电机(14)。光敏树脂槽(4)固定于底面支架，内部用于存放打印材料液态光敏树脂。打印零件成型平台(5)通过螺栓与滑块(8)固定连接，滑块(8)通过螺栓固定在直线模组(7)的滑动模块上，第二伺服电机(14)通过螺栓固定连接直线模组(10)。计算机控制第二伺服电机(14)处于工作状态从而实现打印零件成型平台(5)在液态树脂中上下移动。

所述掩膜版成型方法如图4所示，各部分功能如下表所示：