一種大幅面led點陣屏面曝光快速成型方法
【專利摘要】一種大幅面LED點陣屏面曝光快速成型方法屬于快速成型制造【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于，包括如下步驟：將樹脂儲液槽放置于LED點陣屏上方，采用接觸式下曝光方法逐層曝光，每層厚度200μm～400μm，即每層曝光固化后，Z軸運動系統(tǒng)控制成型件托板相應(yīng)上移200μm～400μm，每層固化時間為4s～15s，模型固化完全后，用有機溶劑沖洗。本發(fā)明成型尺寸大，并且點陣屏可以根據(jù)需要無限拓展。無論是激光成型、投影成型或者是掃描成型均需要很大的設(shè)備尺寸來滿足光路配置，而本發(fā)明采用點陣屏成像直接接觸式曝光成型，光路短，機器尺寸小。
【專利說明】一種大幅面LED點陣屏面曝光快速成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用紫外LED點陣屏進行大幅面曝光快速成型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是新型快速成型制造技術(shù)(RP)。它以累加方法實現(xiàn)模型的快速成型技術(shù)，是制造【技術(shù)領(lǐng)域】的一項重大突破。它能克服傳統(tǒng)機械加工無法實現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)障礙，可以實現(xiàn)任意復雜結(jié)構(gòu)部件的簡單化生產(chǎn)，可以自動、直接、精確地將將設(shè)計思想從CAD模型，轉(zhuǎn)化為具有一定功能的模型或器件?，F(xiàn)有的3D打印技術(shù)分為熱熔塑膠基礎(chǔ)技術(shù)FDM，激光燒結(jié)成型技術(shù)，光固化液態(tài)樹脂選擇區(qū)域固化成型技術(shù)。但是，現(xiàn)有的快速成型制造技術(shù)尚存在著只能對小模型進行制造、制造時間長等缺陷。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、工藝的完善及價格的降低等，對快速成型制造技術(shù)的普及應(yīng)用具有重要的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上內(nèi)容，有必要提出一種大幅面、高速度的快速成型制造方法，用來對大器件模型進行快速制造。
[0004]一種大幅面LED點陣屏面曝光快速成型方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0005]將樹脂儲液槽放置于LED點陣屏上方，采用接觸式下曝光方法逐層曝光，每層厚度200 μ m?400 μ m,即每層曝光固化后，Z軸運動系統(tǒng)控制成型件托板相應(yīng)上移200 μ m?400 μ m,每層固化時間為4s?15s,模型固化完全后,用有機溶劑沖洗。
[0006]LED點陣屏采用紫外光LED點陣屏，紫外LED芯片發(fā)光波長可在300nm?405nm范圍內(nèi)變化，LED發(fā)光芯片尺寸為I?3mm2，功率為IOmw?20mw。
[0007]進一步，樹脂儲液槽底部采用涂有硅膠的玻璃底板。
[0008]本發(fā)明的工作原理是:一般光敏樹脂由聚合物單體與預聚體組成，還加有光(紫外光)引發(fā)劑，在對應(yīng)波長的光照射下發(fā)生聚合反應(yīng)，完成固化。利用與所需固化樹脂峰值感光波長相對應(yīng)的LED點陣屏。在計算機及驅(qū)動電路控制下，由計算機程序提供圖像信號，點陣屏顯示圖案，即對應(yīng)LED點亮。這樣，被LED照射到的樹脂就會發(fā)生反應(yīng)固化，而LED沒被點亮的區(qū)域則不會反應(yīng)(紫外LED發(fā)出的光不可見)。通過計算機控制點陣屏曝光時間和Z軸運動系統(tǒng)移動成型件托板，實現(xiàn)逐層曝光固化。當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，則整個三維模型的實體加工完成。
[0009]本發(fā)明的特點是:
[0010]1.與傳統(tǒng)的激光掃描固化方式相比，本發(fā)明成型時間短，成本低。
[0011]2.本發(fā)明成型尺寸大，并且點陣屏可以根據(jù)需要無限拓展。無論是激光成型、投影成型或者是掃描成型均需要很大的設(shè)備尺寸來滿足光路配置，而本發(fā)明采用點陣屏成像直接接觸式曝光成型，光路短，機器尺寸小。
[0012]3.本發(fā)明中，樹脂儲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，儲液槽可以儲存更多量樹脂，同時有利于大幅面成型。
[0013]4.本發(fā)明中，紫外光源可以根據(jù)樹脂材料靈活選取，從300nm?405nm波長均可實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明中紫外LED點陣屏大幅面曝光快速成型原理圖
[0015]圖中:1，成型件托板，2，光敏樹脂，3，樹脂儲液槽，4，涂有硅膠的玻璃底板，5，單顆LED發(fā)光芯片，6，大面積紫外LED點陣屏。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明理論上可以實現(xiàn)加工幅面的無限拓展，受實驗環(huán)境影響，實驗室現(xiàn)制備了lm*lm的紫外LED陣列。使用定制特殊紫外LED芯片燈珠既突破了大幅面加工的限制又保證了成型精度。此外，紫外LED燈珠功率、波長有多種，通過使用不同功率及波長的LED燈珠可以滿足不同的加工要求。
[0017]本發(fā)明采用的快速成型裝置包括計算機、紫外LED陣列及驅(qū)動、成型件托板Z軸運動控制系統(tǒng)、計算機與陣列及電機驅(qū)動連接的數(shù)據(jù)線，材料為對不同波長光敏感的樹脂。
[0018]其步驟包括:
[0019](I)在計算機中用3D建模軟件建立制造模型。
[0020](2)利用專業(yè)軟件將三維模型切片為面模型。
[0021](3)根據(jù)待固化樹脂類型、模型種類，合理選擇燈珠波長和調(diào)整切片精度。
[0022](4)利用紫外LED點陣屏配合加工平臺，按照生成的面模型逐層對樹脂進行固化。每層固化時間為4s?15s。
[0023](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。
[0024]所述的3D 建模軟件可以是:3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD 等
[0025]所述的面模型是指將三維模型離散成各個面所獲得的二位截面數(shù)據(jù)信息。
[0026]所述的固化樹脂類型是指對感光峰值不同的光敏樹脂。
[0027]所述的切片精度是指結(jié)合三維模型尺寸和加工系統(tǒng)的層精度來確定把三維模型離散成多少面，精度越高，離散面越多。
[0028]所述的加工平臺是指一個能在豎直方向進行精確移動的平臺，用來在豎直方向(Z軸)移動成型件托板。
[0029]所述的固化時間由樹脂材料及所需固化強度決定。
[0030]所述的紫外LED點陣屏是指用特定波長的特殊定制LED芯片按普通LED點陣屏原理制成的紫外LED點陣屏，單個發(fā)光芯片約I?3_2，可根據(jù)成型精度選用不同發(fā)光芯片。
[0031]所述的溶劑應(yīng)用易得、無毒的有機溶劑，在樹脂粘稠度較低時，應(yīng)用水沖洗即可。
[0032]首先有必要在此指出的是本實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0033]實例I
[0034]本發(fā)明采用紫外LED點陣屏進行大幅面曝光樹脂快速成型；制作LED點陣屏的燈珠芯片發(fā)光波長為385nm ;利用步進電機控制Z軸運動；選用峰值感光波長為385nm的光敏樹脂作為待固化材料；選用150mm*50mm*50mm立方體模型。
[0035]本實例按以下方法進行:將樹脂儲液槽清洗干凈，待干燥后加入樹脂，置于加工平臺上；利用3Dmax畫出矩形閉合曲線，通過放樣生成立體模型，高度為5.0cm，保存為OBJ格式；將文件導入專業(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，；將這些圖像文件導入控制軟件；設(shè)定光源曝光時間為5s，Z軸運動系統(tǒng)每次曝光后上升200 μ m (針對粘桐度較聞的樹脂，Z軸運動系統(tǒng)在每次曝光后應(yīng)提起較聞高度，然后再下降到與上次曝光時高度差為200 μ m的地方)，進行逐層曝光固化；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。
【權(quán)利要求】
1.一種大幅面LED點陣屏面曝光快速成型方法，其特征在于，包括如下步驟: 將樹脂儲液槽放置于LED點陣屏上方，采用接觸式下曝光方法逐層曝光，每層厚度200 μ m?400 μ m,即每層曝光固化后，Z軸運動系統(tǒng)控制成型件托板相應(yīng)上移200 μ m?400 μ m,每層固化時間為4s?15s,模型固化完全后,用有機溶劑沖洗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大幅面LED點陣屏面曝光快速成型方法，其特征在于: LED點陣屏采用紫外光LED點陣屏，紫外LED芯片發(fā)光波長可在300nm?405nm范圍內(nèi)變化，LED發(fā)光芯片尺寸為I?3mm2,功率為IOmw?20mw。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大幅面LED點陣屏面曝光快速成型方法，其特征在于: 樹脂儲液槽底部采用涂有硅膠的玻璃底板。
【文檔編號】B29C67/00GK103707510SQ201310741837
【公開日】2014年4月9日 申請日期: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, 黃超 申請人:北京工業(yè)大學