一種利用光固化3d打印機的打印方法以及3d打印系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及3D打印領域,特別涉及一種以旋轉方式局部固化的3D打印方法以及利用該方法的3D打印系統。
【背景技術】
[0002]目前,光固化成型裝置主要包括SLA光固化3D打印機以及DLP光固化打印機。
[0003]其中,SLA光固化3D打印機具有能夠容納液態光敏樹脂的光敏樹脂池以及用于承載打印薄層的承載平臺。其采用將特定波長(405nm)的激光聚焦到液態光敏樹脂表面,使之由點到線、由線到面的固化,最終完成第一個薄層的固化。然后承載該薄層的承載平臺向上移動一定距離并且停止數秒,之后承載平臺向下移動,使第一薄層至液態光敏樹脂池底部的距離等于第二薄層厚度。以激光照射液態光敏樹脂,則第二薄層固化于第一薄層的下表面之上。以此類推,通過薄層的累積,最終形成打印物體。這樣操作是由于液態光敏樹脂具粘度,流動性差,因此需要有足夠的時間等待液態光敏樹脂在承載平臺與光敏樹脂池的底部之間的空隙中均勻分布。由于承載平臺需要在薄層的固化間隔向上運動、停止、向下運動,因此,這樣的打印過程不連續,導致打印效率下降。
[0004]另一種DLP光固化3D打印機是采用DLP投影設備,將圖案直接照射到液態光敏樹脂的表面,使其固化成第一薄層。之后與SLA光固化3D打印機相同,承載平臺需要上升、停止、向下運動,開始固化疊加于第一薄層下表面的第二薄層。以此類推,最終形成打印物體。DLP光固化3D打印機具有與SLA光固化3D打印機相同的缺陷,打印過程被間斷,從而影響了打印效率。
[0005]因此,提供一種新的打印方式以提高打印效率的方法成為亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]鑒于現有技術中存在的問題,本發明提供一種利用光固化3D打印機的打印方法,包括單層打印步驟:
[0007]設定橫截面圖案:確定待打印物體的橫截面圖案以及橫截面厚度;
[0008]設定掃描區域:設定能夠覆蓋所述打印物體的橫截面圖案的圓,并以所述圓的一部分扇形區域為掃描區域;
[0009]旋轉顯示:使所述掃描區域沿所述圓的圓心順時針或逆時針地轉動,直至其軌跡遍布整個所述橫截面圖案;以LCD顯示單元同步顯示處于所述掃描區域內的圖案;
[0010]照射固化:執行旋轉顯示步驟的同時,以光束透過所述IXD顯示單元照射液態光敏樹脂,使得所述液態光敏樹脂以與所述掃描區域內的圖案相同的形狀且以所述橫截面厚度固化于承載單元上。
[0011]在本發明的一些實施方式中,所述打印方法包括:重復所述單層打印步驟,以形成多個具有所述橫截面厚度的疊加的薄層,直至形成完整的打印物體;在此過程中,所述承載單元連續移動。
[0012]在本實施方式中,承載單元連續移動,以使下一薄層固化于上一薄層,最終形成完整的3D打印物體。在形成一個薄層的過程中,承載單元移動一定的距離時,液態光敏樹脂按照掃描區域顯示的圖案固化于承載單元。因此,薄層的固化程度具有梯度,即先被固化的區域由于照射時間達到預定時間,因此固化程度高,而后被照射的區域由于照射時間暫未達預定時間,固化程度略低。液態光敏樹脂不斷的補充到承載單元或薄層與光敏樹脂池之中,完全不同于現有的每打印一層都要停滯一段時間的3D打印方法,打印效率得到顯著提升。
[0013]在本發明的一些實施方式中,在所述旋轉顯示步驟和所述照射固化步驟中,所述承載單元移動一個所述橫截面厚度時,所述掃描區域的轉動軌跡至少一次遍布所述待打印物體的橫截面圖案。
[0014]在本發明的一些實施方式中,所述扇形的面積為1/4所述圓的面積。
[0015]在本發明的一些實施方式中,所述IXD顯示單元以透光部分和遮光部分組成所述圖案。
[0016]本發明還提供了一種光固化3D打印系統,包括:用于根據待打印物體的橫截面圖案設定能夠覆蓋所述打印物體的橫截面圖案的圓,并以所述圓的一部分為扇形單位掃描區域的控制單元;用于根據所述控制單元設定的所述單位掃描區域的運動軌跡,同步顯示處于所述單位掃描區域內的圖案的LCD顯示單元。
[0017]本發明提供的一種利用光固化3D打印機的打印方法,由于液態光敏樹脂具有一定粘度,因此局部固化部分會對液體形態的光敏樹脂存在較強的分子間作用力,使得液體形態的光敏樹脂被牽拽到形成的薄層和光敏樹脂池底部的間隙中,以利于隨后的光固化。因此,本發明具有很高的成型精度以及相對于現有打印方法20?100倍的成型速度。
【附圖說明】
[0018]圖1為所采用的3D打印機的結構示意圖;
[0019]圖2為選定的待打印物體;
[0020]圖3為圖2所示的待打印物體的一個橫截面圖案;
[0021]圖4圖3所示橫截面圖案處于圓形區域內的示意圖;
[0022]圖5為選定的扇形區域示意圖;
[0023]圖6a?6g為扇形區域旋轉一周,IXD顯示單元顯示的圖案;
[0024]圖7為本發明一實施方式的光固化3D打印方法流程圖。
【具體實施方式】
[0025]參照圖1,一種光固化3D打印機,其具有框架I以及設置在框架I內的中層板2。中層板2將框架I的內部分隔為上部空間1-1以及下部空間1-2。光敏樹脂池3設置在中層板2之上,其內部容納液態光敏樹脂。在光敏樹脂池3底部的內表面依次覆設用于均勻光線的菲涅爾透鏡4以及IXD液晶顯示單元5。
[0026]導軌立柱6設置于框架I內部的一側,其貫穿中層板2,由下部空間1-2延伸至上部空間1-1。用于承載固化物體7的承載平臺8能夠沿著導軌立柱6豎直運動。具體而言,導軌立柱6可以為能夠旋轉的絲杠,而承載平臺8與導軌立柱6關聯的一端可以是絲杠的螺母座。當絲杠在步進電機的帶動下旋轉時,這一旋轉運動被轉化為承載平臺8的豎直運動。
[0027]框架I的最底部固定設置控制單元9以及能夠發射光束的光源10。光源10處于光敏樹脂池3的下方,其發射的光束能夠依次經由光敏樹脂池3、菲涅爾透鏡4和LCD液晶顯示單元5后照射容納于光敏樹脂池3內的液態光敏樹脂,以使其固化成型于承載平臺8之上。控制單元9能夠控制光源10的開啟或關閉、控制承載平臺8沿立柱導軌6運動,以及控制IXD液晶顯示單元5顯示圖案。
[0028]應當能夠理解,光敏樹脂池3的底部為允許光源10發出的光束透過的透明材質,并且中層板2同樣為透明材質或者具有能夠使光束通過的空心區域。IXD液晶顯示單元5能夠以透光區域顯示出待打印物品任意橫截面的圖案,而其它部分均為遮光區域。光源10發射的光束在透光區域可以透過LCD液晶顯示單元5,在遮光區域則不能。因此,液態光敏樹脂被照射之后所固化的薄層的形狀與LCD液晶顯示單元5透光區域的圖案相同。
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