[发明专利]一种基于点阵式显示屏的光固化3D打印机

说明书

技术领域

本发明涉及增材制造技术，具体涉及使用光固化方式进行3D打印的技术领域，尤其涉及一种将LED显示屏的点阵显示直接用于数字光处理的快速成型3D打印机。

背景技术

3D打印又名增材制造，属于快速成型技术，它以数字模型为基础，利用金属粉末、陶瓷粉末、塑料或液体光敏树脂等材料，逐层地打印出整个三维物体。3D打印的过程首先是通过计算机3D建模软件设计3D模型，再将该三维模型“切片”成逐层的截面，再根据分析截面信息得到加工路径，从而指导3D打印机逐层打印，通过逐层叠加最终形成三维物件。3D打印技术按照工作原理的不同可分为SLA（立体光刻成型）、LOM（叠层实体成型）、SLS（选择性激光烧结成型）、FDM（熔融沉积成型）、DLP（数字光处理成型）等。

目前，3D打印技术应用最多的是光固化3D打印，广泛应用于模型制作、光学透镜、牙科、医疗、珠宝等行业。光固化3D打印使用的材料一般都是“光敏树脂”(Photopolymer)，通常为液态，配比一定的光引发剂，在光照射下发生聚合反应，完成固化。这种光固化3D打印成型技术包括SLA（立体光刻成型）和DLP（数字光处理成型）2种技术方向。

SLA（立体光刻成型）的原理是，通过分层软件对3D模型进行分层切片，向液槽中注入液态光敏树脂，激光束按3D模型的分层切片数据在液态光敏树脂表面进行逐点扫描，并扩散成一个面，将树脂固化形成与分层切片数据像匹配的一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，进行下一层的制作，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此反复成型出完整产品。

DLP（数字光处理成型，Digital Light Procession）的原理是，通过分层软件对3D模型进行分层切片，液槽中盛满液态光敏树脂，每一层切片图像数据通过DMD（数字微反射镜，Digital Micromirror Device）进行数字处理，然后再把光投影出来，由DMD芯片实现曝光能量及曝光图形的控制，每次曝光固化一个薄层，一层固化完毕后，工作台移动一个层厚的距离，进行下一层的制作，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此反复成型出完整产品。

但是这2种方式普遍存在如下问题及缺陷：

SLA（立体光刻成型）方式通常使用激光器做光源，设备成本高昂，因为是点成型，所以生产效率低下。

DLP（数字光处理成型）方式通常使用LED做光源，但需要配置DLP系列控制芯片及DMD（数字微反射镜）组件等器件，实现数字光处理，因此，光学系统复杂，成本较高，并也难以实现大尺寸制品的打印。

由此，随着3D打印技术应用的日益扩展，产业界迫切需要一种能够以低成本方式快速成型大尺寸制品的3D打印技术。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于点阵式显示屏的光固化3D打印机，包括：计算机控制组件、点阵式显示屏组件、液槽成型组件、Z轴移动平台组件、机架组件，其中：所述点阵式显示屏组件、液槽成型组件、Z轴移动平台组件均固定安装在所述机架组件上；所述计算机控制组件包括控制设备，所述控制设备包括图像切片部件及打印控制部件，所述图像切片部件用于将待打印或待制作的3D模型分割成一系列具有一定厚度的分层切片图像；所述打印控制部件用于控制所述Z轴移动平台组件的升降，并将所述分层切片图像数据传输给所述点阵式显示屏组件，驱动所述点阵式显示屏组件按照该分层切片图像数据进行发光，产生相应的曝光图案，从而使得所述液槽成型组件所盛放的光固化材料按照所述曝光图案固化成型。

在上述技术方案中，所述液槽成型组件包括液槽和成型平台，其中所述液槽用于盛放液态光固化材料，所述成型平台固定在Z轴移动平台组件的下端，由所述Z轴移动平台组件控制所述成型平台在所述液态光固化材料中的浸没深度，所述成型平台用于粘附并承载由所述液态光固化材料固化成形的制品，由所述成型平台移动所述制品在所述液槽内实现多层叠加成型。

在上述技术方案中，所述机架组件包括底板、支架、点阵式显示屏固定板和外壳；其中，所述底板是所述机架组件的基座，所述支架和所述点阵式显示屏固定板固定安装在所述底板上，所述点阵式显示屏固定板用于固定安装所述点阵式显示屏组件和所述液槽成型组件，所述支架用于支撑固定Z轴移动平台组件。

在上述技术方案中，所述点阵式显示屏组件为LED显示屏组件或者激光阵列或者主动发光单元阵列；所述点阵式显示屏组件的外形相应设置为矩形、正方形、平行四边形、六角形、环形、球台形或者条带形；所述点阵式显示屏组件发出的光源波长为紫外、蓝光、可见光和红外中的一种或者多种的叠加组合。