一種lcd選擇性區(qū)域透光原理的樹(shù)脂快速成型方法
【專(zhuān)利摘要】一種LCD選擇性區(qū)域透光原理的樹(shù)脂快速成型方法屬于快速成型【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于，包括如下步驟：將樹(shù)脂儲(chǔ)液槽放置于LCD液晶屏上方，采用接觸式下曝光方法逐層曝光，液晶屏與與光源之間放置一菲涅爾透鏡，固化時(shí)每層厚度200μm～400μm，即每層曝光固化后，Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制成型件托板相應(yīng)上移200μm～400μm，每層固化時(shí)間為1s～8s，模型固化完全后，用有機(jī)溶劑沖洗；光源為大功率LED光源；樹(shù)脂儲(chǔ)液槽底部采用涂有硅膠的玻璃底板，便于固化樹(shù)脂與底板脫離。本發(fā)明成型精度高、成本低廉、固化時(shí)間快。并且LED光源更換簡(jiǎn)單，功率可調(diào)，可以固化成型不同種類(lèi)樹(shù)脂。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種LCD選擇性區(qū)域透光原理的樹(shù)脂快速成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光固化成型的方法。利用LCD選擇性區(qū)域透光原理與大功率光源驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)了一種光固化快速成型系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]快速成型技術(shù)是一種先進(jìn)制造理念及制造技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)的加工模式，不需機(jī)械加工設(shè)備即可快速地制造形狀極為復(fù)雜的工件，以累加方法實(shí)現(xiàn)模型的快速成型，被認(rèn)為是制造【技術(shù)領(lǐng)域】的一次重大突破。目前，快速成型技術(shù)向兩個(gè)方向發(fā)展:一是工業(yè)化大型系統(tǒng)，用于制造高精度、高性能零件，二是自動(dòng)化的桌面小型系統(tǒng)，此類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為概念模型機(jī)或臺(tái)式機(jī)，主要用于制造概念原型。光固化快速成型系統(tǒng)一般體積過(guò)大、投資巨大、零件制造成本及系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用昂貴，這嚴(yán)重阻礙了該種先進(jìn)技術(shù)及系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用。
[0003]光固化成型技術(shù)(SL)是最早商品化、應(yīng)用做廣泛的快速成型技術(shù)，其理論、工藝的完善及價(jià)格的降低等，對(duì)快速成型制造技術(shù)的普及應(yīng)用具有重要的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)以上內(nèi)容，有必要提出一種低成本、高速度的光固化快速成型制造方法。
[0005]本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)光源更換，即可以根據(jù)不同樹(shù)脂材料來(lái)選用不同光源。不同樹(shù)脂的峰值感光波長(zhǎng)也不同，所以就要求系統(tǒng)的光源可更換。光源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出電壓為30?50V，并且可調(diào)，也就是光源功率可調(diào)，最高可驅(qū)動(dòng)200WLED光源。因?yàn)楫?dāng)光源功率過(guò)大時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)光透過(guò)液晶屏對(duì)樹(shù)脂都可以固化，所以應(yīng)根據(jù)樹(shù)脂材料和所需成型時(shí)間靈活選擇光源及其功率。
[0006]一種IXD選擇性區(qū)域透光原理的樹(shù)脂快速成型方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007]將樹(shù)脂儲(chǔ)液槽放置于IXD液晶屏上方，采用接觸式下曝光方法逐層曝光，液晶屏與與光源之間放置一菲涅爾透鏡，固化時(shí)每層厚度200 μ m?400 μ m,即每層曝光固化后，Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制成型件托板相應(yīng)上移200 μ m?400 μ m,每層固化時(shí)間為Is?8s，模型固化完全后，用有機(jī)溶劑沖洗；
[0008]光源為大功率LED光源；根據(jù)待固化樹(shù)脂類(lèi)型、模型種類(lèi)，選擇對(duì)應(yīng)于樹(shù)脂峰值吸收波長(zhǎng)的光源，功率為50W?200W，波長(zhǎng)300nm?700nm ；
[0009]樹(shù)脂儲(chǔ)液槽底部采用涂有硅膠的玻璃底板，便于固化樹(shù)脂與底板脫離。
[0010]本發(fā)明的工作原理是:一般光敏樹(shù)脂由聚合物單體與預(yù)聚體組成，還加有光(紫外光)引發(fā)劑，在對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光照射下發(fā)生聚合反應(yīng)，完成固化。在光源的照射下，液晶屏幕的圖像透明區(qū)域?qū)饩€阻隔減小，在沒(méi)有圖像顯示的區(qū)域，光線被阻擋，透過(guò)液晶屏的光線構(gòu)成圖像區(qū)域。利用與所需固化樹(shù)脂峰值感光波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的光源，在計(jì)算機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路控制下，由計(jì)算機(jī)程序提供圖像信號(hào)，液晶屏顯示圖案，即液晶屏出現(xiàn)選擇性區(qū)域透明。這樣，被光線照射到的樹(shù)脂就會(huì)發(fā)生反應(yīng)固化，而不透光區(qū)域則不會(huì)反應(yīng)。在液晶屏與樹(shù)脂儲(chǔ)液槽之間放置菲涅爾透鏡，可以使光垂直并均勻照射到儲(chǔ)液槽。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制曝光時(shí)間和Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)移動(dòng)成型件托板，實(shí)現(xiàn)逐層曝光固化。當(dāng)把三維模型切片而成的面模型逐層曝光固化完全后，用溶劑把未固化部分沖洗掉，則整個(gè)三維模型的實(shí)體加工完成。
[0011]本發(fā)明的特點(diǎn)是:
[0012]1.與傳統(tǒng)的激光掃描固化方式相比，本發(fā)明成型時(shí)間短，成本低。每層固化時(shí)間根據(jù)樹(shù)脂材料和所調(diào)節(jié)光源功率可達(dá)到I?8S。
[0013]2.本發(fā)明光源更換簡(jiǎn)單方便，LED光源可以根據(jù)樹(shù)脂材料靈活選取，從300nm?700nm波長(zhǎng)均可實(shí)現(xiàn)，要求是和光源驅(qū)動(dòng)輸出電壓相匹配。此外選定光源功率亦可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
[0014]3.本發(fā)明中，樹(shù)脂儲(chǔ)液槽底部采用涂有硅膠的玻璃底板，易于固化層與底板分離，區(qū)別于一般底部采用透明薄膜的方式，儲(chǔ)液槽可以?xún)?chǔ)存更多量樹(shù)脂，同時(shí)有利于對(duì)有高度要求的模型成型。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1本發(fā)明中光固化快速成型系統(tǒng)原理圖
[0016]圖中:1，成型件托板，2，光敏樹(shù)脂，3，樹(shù)脂儲(chǔ)液槽，4，涂有硅膠的玻璃底板，5，偏振膜，6，IXD液晶屏，7，偏振膜，8，菲涅爾透鏡，9，鍍鋁LED反射燈罩，IO，LED光源。
[0017]圖2固化成型實(shí)物圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]首先有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0019]本發(fā)明采用的快速成型裝置包括計(jì)算機(jī)、LCD液晶屏及驅(qū)動(dòng)、菲涅爾透鏡、大功率光路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、成型件托板Z軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接的數(shù)據(jù)線，材料為對(duì)不同波長(zhǎng)光敏感的樹(shù)脂。
[0020]具體的步驟包括:
[0021](I)在計(jì)算機(jī)中用3D建模軟件建立制造模型。
[0022](2)利用專(zhuān)業(yè)軟件將三維模型切片為面模型。
[0023](3)根據(jù)待固化樹(shù)脂類(lèi)型、模型種類(lèi)，合理選擇光源波長(zhǎng)和調(diào)節(jié)功率。
[0024](4)利用IXD液晶屏配合LED光源曝光時(shí)間，按照生成的面模型逐層對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行固化。每層固化時(shí)間為I?8s。
[0025](5)用溶劑沖洗掉未固化部分，將成型件從托板取下，完成模型固化制造。
[0026]所述的3D 建模軟件可以是:3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD 等
[0027]所述的面模型是指將三維模型離散成各個(gè)面所獲得的二位截面數(shù)據(jù)信息。
[0028]所述的固化樹(shù)脂類(lèi)型是指對(duì)感光峰值不同的光敏樹(shù)脂。
[0029]所述的切片精度是指結(jié)合三維模型尺寸和加工系統(tǒng)的層精度來(lái)確定把三維模型離散成多少面，精度越高，離散面越多。
[0030]所述的加工平臺(tái)是指一個(gè)能在豎直方向進(jìn)行精確移動(dòng)的平臺(tái)，用來(lái)在豎直方向(Z軸)移動(dòng)成型件托板。[0031]所述的光源是指大功率LED光源，可根據(jù)樹(shù)脂材料及成型要求靈活選取。
[0032]所述的固化時(shí)間由樹(shù)脂材料及光源調(diào)節(jié)功率決定。
[0033]所述的溶劑應(yīng)用易得、無(wú)毒的有機(jī)溶劑，在樹(shù)脂粘稠度較低時(shí)，應(yīng)用水沖洗即可。
[0034]實(shí)例I
[0035]本發(fā)明采用IXD選擇性區(qū)域透光原理，利用大功率405nm LED光源曝光成型；利用步進(jìn)電機(jī)控制Z軸運(yùn)動(dòng)；選用峰值感光波長(zhǎng)為405nm的光敏樹(shù)脂作為待固化材料；選用五
角星模型。
[0036]本實(shí)例按以下方法進(jìn)行:將樹(shù)脂儲(chǔ)液槽清洗干凈，待干燥后加入樹(shù)脂，置于加工平臺(tái)上；利用3Dmax畫(huà)出五角星閉合曲線，通過(guò)放樣生成立體模型，高度為1.0cm，和保存為OBJ格式；將文件導(dǎo)入專(zhuān)業(yè)軟件切片離散成面模型，切片精度調(diào)整為200 μ m左右，保存各面模型圖像為jpg格式，；將這些圖像文件導(dǎo)入控制軟件；設(shè)定光源曝光時(shí)間為3s，Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)每次曝光后上升200 μ m (針對(duì)粘桐度較聞的樹(shù)脂，Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在每次曝光后應(yīng)提起較高高度，然后再下降到與上次曝光時(shí)高度差為200 μ m的地方)，進(jìn)行逐層曝光固化；固化完全后，取出成型件托板，用溶劑沖洗掉未固化部分，將成型件從托板上取下即可得到三維模型的成型件。實(shí)物圖見(jiàn)圖2。
【權(quán)利要求】
1.一種IXD選擇性區(qū)域透光原理的樹(shù)脂快速成型方法，其特征在于，包括如下步驟:將樹(shù)脂儲(chǔ)液槽放置于LCD液晶屏上方，采用接觸式下曝光方法逐層曝光，液晶屏與與光源之間放置一菲涅爾透鏡，固化時(shí)每層厚度200 μ m?400 μ m,即每層曝光固化后，Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制成型件托板相應(yīng)上移200 μ m?400 μ m,每層固化時(shí)間為Is?8s,模型固化完全后，用有機(jī)溶劑沖洗； 光源為大功率LED光源；根據(jù)待固化樹(shù)脂類(lèi)型、模型種類(lèi)，選擇對(duì)應(yīng)于樹(shù)脂峰值吸收波長(zhǎng)的光源，功率為50W?200W，波長(zhǎng)300nm?700nm ； 樹(shù)脂儲(chǔ)液槽底部采用涂有硅膠的玻璃底板，便于固化樹(shù)脂與底板脫離。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK103722745SQ201310743352
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】陳繼民, 黃寬, 方浩博 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)