CN103587118B - 一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3d打印机 - Google Patents
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Abstract
一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机,包括机器底部中间的步进电机,步进电机的输出和电滑环连接,直线进给运动平台配置在电滑环上,集成LED镜头连接在直线进给运动平台上,集成LED镜头外设有撑膜玻璃支架,撑膜玻璃支架支承着撑膜玻璃,撑膜玻璃直接与其上的不粘薄膜接触,不粘薄膜由树脂槽和树脂槽薄膜固定盖固定在集成LED镜头之上,不粘薄膜承载着光敏树脂,固化的树脂层要附着在升降头上,升降头和升降***连接,采用旋转运动和直线运动结合的平面螺旋运动,带动镜头在树脂表面上进行阿基米德螺线路径扫描,能够有效地避开振荡,提高扫描速度和精度;能够使撕离过程更加有效和经济,提高了机器的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于光固化3D打印技术领域,特别涉及一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机。
背景技术
光固化3D打印是精度较高的增材制造方法。传统的光固化3D打印机采用激光器作为光源***,通过扫描振镜的反射,聚焦于涂层机构所涂的一层光敏树脂上,使其固化成型。但这种3D打印机的成本高和结构复杂,因此,低成本的光固化3D打印机可以采用大功率的紫外LED作为光源,采用XY直线往复运动工作台作为扫描机构,采用光源在树脂槽下方的底投射方式来省去涂层结构,从而降低成本。这些方法虽然成本较低,但是仍然存在不足:
一、XY直线往复运动工作台具有质量和速度,因此在反复的加减速过程以及速度方向变换时,工作台的惯性会使整个机器处于较大的振荡状态中,从而引发了制件成形精度问题、噪声问题以及安全问题等;
二、底投影曝光方式的光源处于光敏树脂之下,使用透明介质来承载树脂与隔开光源,并作为光固化的成形界面,每固化一层便使该层从界面撕离,不断叠加完成零件成形。由于树脂的粘性和固化层处于液面下,固化层较难脱离。而目前该方法主要是采用镀膜玻璃和辅助撕离机构来解决该问题,但是由于镀膜工艺复杂、镀膜在紫外光照射下寿命短,使经济性下降。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷或不足,本发明的目的在于提供一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机,能够有效地避开振荡,提高扫描速度和精度;能够使撕离过程更加有效和经济,提高了机器的工作效率。
为了达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机,包括机器底部中间的步进电机8,步进电机8的输出和电滑环7连接,直线进给运动平台6配置在电滑环7上,集成LED镜头5连接在直线进给运动平台6上,直线进给运动平台6带动集成LED镜头5进行直线运动,步进电机8输出的旋转运动与直线运动的结合使集成LED镜头5在平面上进行平面螺旋扫描运动;
集成LED镜头5外设有撑膜玻璃支架4,撑膜玻璃支架4支承着撑膜玻璃3,撑膜玻璃3直接与其上的不粘薄膜12接触,不粘薄膜12由树脂槽9和树脂槽薄膜固定盖10固定在集成LED镜头5之上,不粘薄膜12承载着光敏树脂11,光敏树脂11作为光固化的原材料,固化的树脂层附着在升降头2上,升降头2和升降***1连接。
本发明采用旋转运动和直线运动结合的平面螺旋运动,带动镜头在树脂表面上进行阿基米德螺线路径扫描,该方式利用了旋转运动的连续性,避开了反复加减速所带来的振荡问题,提高了光固化3D打印的扫描速度和固化精度;光敏树脂在树脂槽中直接由薄膜承载,然后撑膜结构的撑膜玻璃可以撑起薄膜,使光固化成形界面始终在同一水平面上,同时薄膜的柔性伸缩可以起到一个撕离运动的作用,这样省去了镀膜玻璃,撕离机构,保证了工作效率和机器成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明阿基米德扫描路径原理图。
图3为本发明柔性界面原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1,一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机,包括机器底部中间的步进电机8,步进电机8的输出和电滑环7连接,直线进给运动平台6配置在电滑环7上,经过电滑环7使直线进给运动平台6在平面上旋转,集成LED镜头5连接在直线进给运动平台6上,直线进给运动平台6带动集成LED镜头5进行直线运动,步进电机8输出的旋转运动与直线运动的结合使集成LED镜头5在平面上进行平面螺旋扫描运动。
参照图2,该扫描的路径为阿基米德螺线,在扫描第一层时,保证旋转运动一直以一定的速度进行,同时,在旋转一圈中,直线运动正向向外匀速运动一个扫描间隔,重复该过程直到扫描路径已经覆盖了第二层数据的外轮廓,然后升降头上升一个分层厚度;当准备扫描第二层时,由于镜头已经处于第二层外轮廓处,此时不必改变旋转运动的方向,保证其连续旋转,同时,直线运动反向向内匀速运动一个扫描间隔,重复该过程直到到达起始点。重复以上向外扩展旋转运动和向内收缩旋转运动两个过程,直到完成整个零件。
参照图1和图3,集成LED镜头5外设有撑膜玻璃支架4,撑膜玻璃支架4支承着撑膜玻璃3,撑膜玻璃3直接与其上的不粘薄膜12接触,不粘薄膜12由树脂槽9和树脂槽薄膜固定盖10固定在集成LED镜头5之上,不粘薄膜12承载着光敏树脂11,光敏树脂11作为光固化的原材料,通过控制撑膜玻璃3上表面到镜头表面的距离参数,可以保证镜头聚焦点始终都在撑膜玻璃上表面,当光源***在同一平面运动时,可以将下凹的薄膜撑起,而之前固化的区域在光源***离开后,由于自身的重力和薄膜的柔性,可以使固化区域重新下陷,在这个过程中,相当于将已固化的区域从成形界面上撕离。固化的树脂层要附着在升降头2上,升降头2和升降***1连接,每固化一层时,升降***1需要带动升降头2上升一个分层厚度,然后重复该过程叠加成形。
本发明的工作原理为:
计算机根据零件的截面信息,经过软件处理计算出存在截面的数据点,输入到本发明中进行零件成形制造。工作开始时,需要通过升降***1让升降头2下降到与不粘薄膜12只有一个分层厚度间隔空间的地方,步进电机8与直线进给运动平台6根据所设定的工艺参数,带动集成LED镜头5在平面上进行扫描运动。根据输入数据点的有无和位置,控制集成LED镜头5的通断和功率大小,从而保证零件截面的光固化成形。撑膜玻璃3始终接触着不粘薄膜12运动,使将要固化的光敏树脂11在同一平面上固化,然后离开后又可以利用不粘薄膜12的柔性和光敏树脂11的重量,产生一个撕离的运动,使固化层顺利脱离。第一层固化层附着在升降头上,透过升降头间断上升一个分层厚度,使接下来的各固化层都附着在前一固化层中,从而完成整个零件的成形。
Claims (1)
1.一种基于螺旋扫描、柔性界面的光固化3D打印机,包括机器底部中间的步进电机(8),其特征在于:步进电机(8)的输出和电滑环(7)连接,直线进给运动平台(6)配置在电滑环(7)上,集成LED镜头(5)连接在直线进给运动平台(6)上,直线进给运动平台(6)带动集成LED镜头(5)进行直线运动,步进电机(8)输出的旋转运动与直线运动的结合使集成LED镜头(5)在平面上进行平面螺旋扫描运动;
集成LED镜头(5)外设有撑膜玻璃支架(4),撑膜玻璃支架(4)支承着撑膜玻璃(3),撑膜玻璃(3)直接与其上的不粘薄膜(12)接触,不粘薄膜(12)由树脂槽(9)和树脂槽薄膜固定盖(10)固定在集成LED镜头(5)之上,不粘薄膜(12)承载着光敏树脂(11),光敏树脂(11)作为光固化的原材料,固化的树脂层要附着在升降头(2)上,升降头(2)和升降***(1)连接。
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