一種雙光路投影曝光3d打印裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D打印裝置及方法，具體涉及一種雙光路投影曝光3D打印裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，光固化3D打印技術(shù)是通過光源對液態(tài)光敏材料的選擇性照射實(shí)現(xiàn)液態(tài)光敏材料的選擇性固化，然后逐層疊加，形成具有一定機(jī)械特性的零件。光源掃描方式主要以逐層點(diǎn)掃描成形為主，有學(xué)者研究逐排掃描和面投影曝光成形，通過增加單次成形面積來增加成形速度，理論上這種方法能夠提高效率。但目前的投影曝光成形裝置主要存在以下問題:①一般投影曝光3D打印裝置制作細(xì)微結(jié)構(gòu)時(shí)，有效掩模部分只占動(dòng)態(tài)掩模板的很小一部分，無法充分利用動(dòng)態(tài)掩模板的像素，導(dǎo)致制件細(xì)微結(jié)構(gòu)精度低，若以增加動(dòng)態(tài)掩模板分辨率的方法提高制件細(xì)微結(jié)構(gòu)的制作精度則會(huì)大大增加成形裝置成的本；②拼接式投影曝光3D打印裝置把單層掩模圖形進(jìn)行劃分成若干個(gè)矩形區(qū)域，并逐個(gè)對這些區(qū)域進(jìn)行曝光固化，該方法可提高動(dòng)態(tài)掩模板像素的利用率，進(jìn)而提高制件制作精度，但是該方法具有耗時(shí)長，效率低的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)，提供了一種雙光路投影曝光3D打印裝置及方法，該裝置及方法可在制作單層零件時(shí)先利用大面積投影曝光裝置制作零件中精度要求較低的部分后利用精密投影曝光裝置制作零件中精度要求較高的部分，最后逐層疊加完成零件的制作，在提高零件細(xì)微結(jié)構(gòu)制作精度的同時(shí)保證了零件的制作效率。
[0004]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0005]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，提供了一種雙光路投影曝光3D打印裝置，裝置包括計(jì)算機(jī)、以及與所述計(jì)算機(jī)相連的高精度位移平臺、大面積投影曝光裝置、精密投影曝光裝置和成形裝置；
[0006]所述大面積投影裝置至少包括1#紫外光源、與1#紫外光源出射光束呈傾斜設(shè)置的1#動(dòng)態(tài)掩模板、與1#動(dòng)態(tài)掩模板反射光束面平行設(shè)置的放大投影鏡頭，以及與放大投影鏡頭透光面呈角度設(shè)置的反射鏡；
[0007]所述精密投影曝光裝置至少包括2#紫外光源、與2#紫外光源出射光束呈傾斜設(shè)置的2#動(dòng)態(tài)掩模板，以及與2#動(dòng)態(tài)掩模板反射光束面平行設(shè)置的縮小投影鏡頭；
[0008]所述成形裝置包括光敏溶液槽、置于光敏溶液槽中的零件成形托板，以及與所述零件成形托板相連的垂直運(yùn)動(dòng)工作臺；
[0009]1#紫外光源發(fā)出的紫外光經(jīng)1#動(dòng)態(tài)掩模板的反射，放大投影鏡頭的透射以及反射鏡的反射后照射到光敏溶液槽中的零件成形托板工作面上，進(jìn)行大面積投影曝光制作；2#紫外光源發(fā)出的紫外光經(jīng)2#動(dòng)態(tài)掩模板的反射以及縮小投影鏡頭的透射后照射到光敏溶液槽中的零件成形托板工作面上，進(jìn)行精密投影曝光制作，從而實(shí)現(xiàn)雙光路投影曝光3D打印。
[0010]優(yōu)選地，所述1#紫外光源、2#紫外光源為波長為315?400nm的紫外光源，1#紫外光源、2#紫外光源、1#動(dòng)態(tài)掩模板、2#動(dòng)態(tài)掩模板和高精度位移平臺分別與計(jì)算機(jī)相連。
[0011]優(yōu)選地，所述精密投影曝光裝置設(shè)在高精度位移平臺上，能夠在高精度位移平臺上做二維運(yùn)動(dòng)。
[0012]優(yōu)選地，所述反射鏡設(shè)在高精度位移平臺上，能夠在高精度位移平臺上做轉(zhuǎn)換曝光模式的直線運(yùn)動(dòng)。
[0013]優(yōu)選地，所述零件成形托板和垂直運(yùn)動(dòng)工作臺相連，零件成形托板能夠隨垂直運(yùn)動(dòng)工作臺做垂直運(yùn)動(dòng)。
[0014]優(yōu)選地，所述光敏溶液槽內(nèi)填充有光敏溶液，零件成形托板處于光敏溶液中。
[0015]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種雙光路投影曝光3D打印方法，包括以下步驟:
[0016]I)獲取零件的三維模型，利用Magics軟件，根據(jù)零件不同區(qū)域?qū)庸ぞ纫蟮牟煌瑢⒘慵澐譃榇竺娣e加工部分和精密加工部分，并得到每個(gè)精密加工部分在整體零件中的相對位置；
[0017]2)分別對零件的大面積加工部分和精密加工部分進(jìn)行切層處理，得到大面積加工部分和精密加工部分的掩模圖形；
[0018]3)對精密加工部分的掩模圖形進(jìn)行放大處理，使其放大倍數(shù)與精密投影曝光裝置縮小投影鏡頭的縮小倍數(shù)耦合，最終使該部分掩模圖形經(jīng)過精密投影曝光裝置后投影在光敏液體表面的尺寸與該部分零件的尺寸一致；
[0019]4)計(jì)算機(jī)控制反射鏡在高精度位移平臺移動(dòng)，使雙光路投影曝光3D打印裝置進(jìn)入大面積投影曝光模式；1#動(dòng)態(tài)掩模板形成與當(dāng)前層零件大面積加工部分形狀相同的影像，1#紫外光源發(fā)出紫外光經(jīng)1#動(dòng)態(tài)掩模板影像反射、放大投影鏡頭透射以及反射鏡反射后在光敏液體表面形成掩模，使光敏液體選擇性固化，完成當(dāng)前層零件大面積加工部分的制作；同時(shí)計(jì)算機(jī)控制反射鏡在高精度位移平臺移動(dòng)，使雙光路投影曝光3D打印裝置進(jìn)入精密投影曝光模式；
[0020]5)計(jì)算機(jī)控制精密投影曝光裝置在高精度位移平臺移動(dòng)，使精密投影曝光裝置移動(dòng)到制作當(dāng)前精密加工部分的位置，2#動(dòng)態(tài)掩模板形成與當(dāng)前精密加工部分形狀相同的影像，2#紫外光源發(fā)出紫外光經(jīng)2#動(dòng)態(tài)掩模板的影像部分反射以及縮小投影鏡頭的透射后在光敏液體表面形成掩模，使光敏液體選擇性固化，完成當(dāng)前精密加工部分的制作；
[0021]6)重復(fù)步驟5)，直至完成該層中所有精密加工部分的制作，同時(shí)零件成形托板向上移動(dòng)一個(gè)層厚；
[0022]7)重復(fù)步驟4)、5)、6)，直至完成該零件的制作。
[0023]優(yōu)選地，所述各層零件成形所用時(shí)間為0.5?120s。
[0024]優(yōu)選地，各層零件的厚度為0.01?0.2mm。
[0025]優(yōu)選地，所述1#動(dòng)態(tài)掩模板和2#動(dòng)態(tài)掩模板的像素大小范圍為0.005?0.05mm。
[0026]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]本發(fā)明所述的雙光路投影曝光3D打印裝置及方法在制作零件時(shí)，首先對零件的三維模型進(jìn)行分離和分層處理，分別得到每層結(jié)構(gòu)中大面積加工部分和精密加工部分的掩模圖形以及每個(gè)精密加工部分掩模圖形在該層結(jié)構(gòu)中的相對位置；其次利用大面積投影曝光裝置制作零件單層結(jié)構(gòu)中精度要求較低的部分；再次利用精密投影曝光裝置制作零件單層結(jié)構(gòu)中精度要求較高的部分；最后逐層疊加完成零件的制作。該方法在制作零件細(xì)微結(jié)構(gòu)時(shí)充分利用了動(dòng)態(tài)掩模板的像素，在提高了零件細(xì)微結(jié)構(gòu)制作精度的同時(shí)保證了零件的制作效率。
【附圖說明】
[0028]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中:
[0029]圖1是本發(fā)明的大面積曝光模式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是本發(fā)明的精密光模式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]其中，I為1#紫外光源；2為1#動(dòng)態(tài)掩模板；3為放大投影鏡頭；4為反射鏡；5為2#紫外光源；6為2#動(dòng)態(tài)掩模板；7為縮小投影鏡頭；8為光敏溶液槽；9為零件成形托板；10為垂直運(yùn)動(dòng)工作臺；11為高精度位移平臺。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0033]參考圖1及圖2，本發(fā)明所述的雙光路投影曝光3D打印裝置，包括計(jì)算機(jī)、與所述計(jì)算機(jī)相連的高精度位移平臺11、大面積投影曝光裝置、精密投影曝光裝置和成形裝置。其中:
[0034]大面積投影裝置，包括1#紫外光源1、與1#紫外光源I出射光束呈傾斜設(shè)置的1#動(dòng)態(tài)掩模板2、與1#動(dòng)態(tài)掩模板2反射光束面平行設(shè)置的放大投影鏡頭3，以及與放大投影鏡頭3透光面呈角度設(shè)置的反射鏡4 ;1#動(dòng)態(tài)掩模板2將1#紫外光源I出射光束反射至放大投影鏡頭3，經(jīng)放大投影鏡頭3透光后，透射光束經(jīng)反射鏡4反射后至成形裝置。
[0035]1#紫外光源I與計(jì)算機(jī)相連，以實(shí)現(xiàn)光源的開閉；1#動(dòng)態(tài)掩模板2與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)掩模圖形的加載。反射鏡4設(shè)在高精度位移平臺11上，并可在高精度位移平臺11上做直線運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)曝光模式的轉(zhuǎn)換。
[0036]精密投影曝光裝置，包括2#紫外光源5、與2#紫外光源5出射光束呈傾斜設(shè)置的2#動(dòng)態(tài)掩模板6，以及與2#動(dòng)態(tài)掩模板6反射光束面平行設(shè)置的縮小投影鏡頭7 ；2#動(dòng)態(tài)掩模板6將2#紫外光源5出射光束反射至縮小投影鏡頭7，經(jīng)縮小投影鏡頭7透光后，透射光束至成形裝置。
[0037]2#號紫外光源5與計(jì)算機(jī)相連，以實(shí)現(xiàn)光源的開閉.’2#動(dòng)態(tài)掩模板6與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)掩模圖形的加載。精密投影曝光裝置設(shè)在高精度位移平臺11上，能夠在高精度位移平臺11上做二維運(yùn)動(dòng)。
[0038]成形裝置，包括光敏溶液槽8、置于光敏溶液槽8中的零件成形托板9，以及與零件成形托板9相連的垂直運(yùn)動(dòng)工作臺10 ;光敏溶液槽8內(nèi)填充有光敏溶液，零件成形托板9處于光敏溶液中。零件成形托板9和垂直運(yùn)動(dòng)工作臺10相連，零件成形托板9隨垂直運(yùn)動(dòng)工作臺10能夠做垂直運(yùn)動(dòng)。