3d打印系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種3D打印系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：數(shù)字微鏡器件DMD移動設(shè)備；光源，固定在DMD移動設(shè)備上，用于發(fā)出紫外光；多個DMD，裝載在DMD移動設(shè)備上，用于接收光源發(fā)出的紫外光，生成3D物體截面光；透鏡，用于接收DMD反射的3D物體截面光，并將3D物體截面光折射放大；料盒，用于盛裝和提供打印材料；工作臺，透鏡折射來的3D物體截面光，照射在料盒提供的打印材料上，將打印材料固化為3D物體，承載在工作臺上；提升設(shè)備，用于提升工作臺。本發(fā)明3D打印系統(tǒng)，通過改變3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，移動原有DMD或拼接多個DMD，靈活實現(xiàn)打印截面積更大、DPI不變的3D打印物體。
【專利說明】3D打印系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及3D打印系統(tǒng)，尤其涉及一種利用特別涉及數(shù)字光處理（Digital Light Procession, DLP)的 3D 打印系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字光處理技術(shù)是一項使用在投影儀和背投電視中的顯像技術(shù)，先把影像信號 經(jīng)過數(shù)字處理，然后再把光投影出來。在數(shù)字光處理投影儀中，圖像是由數(shù)字微鏡器件 (Digital Micromirror Device, DMD)產(chǎn)生的，DMD是在半導(dǎo)體芯片上布置一個由微鏡片 (精密、微型的反射鏡）所組成的矩陣，每一個微鏡片控制投影畫面中的一個像素，即數(shù)字 光處理投影技術(shù)應(yīng)用了數(shù)字微鏡晶片作為主要關(guān)鍵處理元件以實現(xiàn)數(shù)字光學(xué)處理過程。
[0003] 3D打印屬于快速成形技術(shù)的一種，通過軟件將3D模型進(jìn)行分層離散化處理，由數(shù) 控成型系統(tǒng)利用激光束、紫外線、熱熔等方式將樹脂、陶瓷粉末、塑料等特殊材料在X-Y平 面進(jìn)行逐層成型掃描，并在Z軸進(jìn)行堆積黏結(jié)，最終疊加成實體產(chǎn)品。
[0004] 將數(shù)字光處理技術(shù)與3D打印技術(shù)相結(jié)合，便形成了數(shù)字光處理3D打印技術(shù)，它是 3D打印技術(shù)的一種，利用高分辨率的DLP器件和紫外光源，將3D物體的截面投影在工作臺 上，使液態(tài)光聚合物（光敏樹脂）逐層進(jìn)行光固化。當(dāng)?shù)趇層的固化完成之后，3D打印機(jī)控 制Z軸將工作臺提升一層的厚度，進(jìn)行第i+Ι層的固化。該流程重復(fù)，直至徹底將模型構(gòu)建 完成。
[0005] 當(dāng)前數(shù)字光處理打印機(jī)內(nèi)部的DMD有且僅有一個且只能固定，這會造成多方面的 限制，如：打印物體的底面積固定等。目前還沒有一個針對當(dāng)前DMD由于固定所造成的限 制的解決方案，因此，如何改變數(shù)字光處理打印機(jī)DMD固定的現(xiàn)狀，成為一個亟待解決的問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種3D打印系統(tǒng)，可以有效的增大打 印物體的截面積。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種3D打印系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0008] 數(shù)字微鏡器件DMD移動設(shè)備；
[0009] 光源，固定在所述DMD移動設(shè)備上，用于發(fā)出紫外光；
[0010] 多個DMD，裝載在所述DMD移動設(shè)備上，用于接收所述光源發(fā)出的紫外光，生成3D 物體截面光；
[0011] 透鏡，用于接收所述DMD反射的所述3D物體截面光，并將所述3D物體截面光折射 放大；
[0012] 料盒，用于盛裝和提供打印材料；
[0013] 工作臺，所述透鏡折射來的所述3D物體截面光，照射在所述料盒提供的打印材料 上，將所述打印材料固化為3D物體，承載在所述工作臺上；
[0014] 提升設(shè)備，用于提升所述工作臺。
[0015] 進(jìn)一步的，所述DMD是由微鏡片組成的矩陣，每個所述微鏡片對應(yīng)控制投影畫面 中的一個像素。
[0016] 進(jìn)一步的，所述微鏡片在DLP控制板產(chǎn)生的數(shù)字驅(qū)動信號的控制下改變角度。
[0017] 進(jìn)一步的，所述DMD移動設(shè)備具體為拼接式DMD移動設(shè)備，每個所述DMD對應(yīng)一個 所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起。
[0018] 進(jìn)一步的，所述DMD移動設(shè)備具體為條狀移動式DMD移動設(shè)備，每個所述DMD對應(yīng) 一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起，所述DMD和所述光源同步按條移動。
[0019] 進(jìn)一步的，所述DMD沿第一方向平行移動，從而打印所述3D物體的第一層，所述 DMD沿第一方向的反方向平行移動，從而打印所述3D物體的第二層。
[0020] 進(jìn)一步的，所述DMD移動設(shè)備具體為塊狀移動式DMD移動設(shè)備，每個所述DMD對應(yīng) 一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起，所述DMD和所述光源同步按塊移動。 [0021 ] 進(jìn)一步的，每個所述DMD對應(yīng)一個打印區(qū)域，每個所述DMD逐層打印所對應(yīng)的所述 打印區(qū)域，從而完成所述3D物體的打印。
[0022] 進(jìn)一步的，所述打印材料為光敏樹脂。
[0023] 進(jìn)一步的，所述提升設(shè)備具體用于，在所述工作臺上的所述3D物體打印第一層結(jié) 束后，提升所述工作臺，從而進(jìn)行所述3D物體第二層的打印。
[0024] 本發(fā)明3D打印系統(tǒng)，通過改變3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，移動原有DMD或拼接多個DMD，靈活實 現(xiàn)打印截面積更大、DPI不變的3D打印物體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明3D打印系統(tǒng)的三個示意圖之一；
[0026] 圖2為本發(fā)明3D打印系統(tǒng)的三個示意圖之二；
[0027] 圖3為本發(fā)明3D打印系統(tǒng)的三個示意圖之三。

【具體實施方式】
[0028] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0029] 本發(fā)明的3D打印系統(tǒng)是一種移動式/拼接式DMD的DLP3D打印系統(tǒng)，平行移動打 印系統(tǒng)內(nèi)部原固定DMD或拼接多個DMD的方法，主要為了在DMD微鏡片數(shù)量一定的前提下， 增加3D打印物體的截面積，即在原有每英寸點數(shù)（Dots Per Inch，DPI)不變的前提下，解 決了原3D打印系統(tǒng)打印物體的截面積無法超越單個固定DMD光投影范圍的瓶頸問題。
[0030] 本發(fā)明的3D打印系統(tǒng)，將打印系統(tǒng)的固定DMD進(jìn)行移動或拼接，突破原DMD打印 3D物體的底面固定等的限制，最大化利用現(xiàn)有的3D打印系統(tǒng)資源。
[0031] 圖1、圖2和圖3為本發(fā)明3D打印系統(tǒng)的三個示意圖，如圖所示：本發(fā)明的3D打 印系統(tǒng)包括：DMD移動設(shè)備1、光源3、DMD2、透鏡4、料盒5、工作臺6和提升設(shè)備7。
[0032] 本實施例中將上述拼接DMD的個數(shù)及待打印區(qū)域平分的部分N取為4,即拼接4個 DMD，或?qū)⒋蛴^(qū)域平均分成4部分。
[0033] 光源3固定在DMD移動設(shè)備2上，用于發(fā)出紫外光；DMD2裝載在DMD移動設(shè)備上 1，用于接收光源3發(fā)出的紫外光，生成3D物體截面光；透鏡4用于接收DMD2反射的3D物 體截面光，并將3D物體截面光折射放大；料盒2用于盛裝和提供打印材料，具體的，打印材 料可以是光敏樹脂；透鏡4折射來的3D物體截面光，照射在料盒5提供的打印材料上，將打 印材料固化為3D物體，承載在工作臺上7 ;提升設(shè)備7用于提升工作臺6。
[0034] 具體的，DMD2是由微鏡片組成的矩陣，每一個微鏡片控制投影畫面中的一個像素， 微鏡片的數(shù)量與投影畫面的分辨率相符，微鏡片在數(shù)字驅(qū)動信號的控制下能夠迅速改變角 度，由DLP控制板控制數(shù)字驅(qū)動信號。因此，通過DLP控制板控制數(shù)字驅(qū)動信號，再由數(shù)字 驅(qū)動信號控制微鏡片角度，DMD即可生成3D物體截面。
[0035] 進(jìn)一步的，通過DMD移動設(shè)備1移動DMD2或裝載多個DMD2,實現(xiàn)移動式或拼接式 數(shù)字微鏡器件。為了實現(xiàn)拼接式DMD，需按照需求，拼接2個至N個DMD2,拼接規(guī)則以用戶需 求為主，一般是采取對稱平分方式。將待打印區(qū)域，平均分成N部分，每部分放置一個DMD， 每個DMD配備一個光源，打印時，由N個DMD協(xié)同工作，共同打印，打印的關(guān)鍵點是每兩個相 鄰DMD對邊緣的處理，要保證打印物體的完整性和平滑過渡性。
[0036] 如圖1所示的拼接式DMD移動設(shè)備，DMD移動設(shè)備1可以是拼接式DMD移動設(shè)備， DMD移動設(shè)備1可以用于裝載DMD和光源，每個DMD配備一個光源，每組光源與DMD固定在 一起，拼接式數(shù)字微鏡器件方法不需要移動DMD和光源。
[0037] 而為了實現(xiàn)移動式DMD,采取兩種移動方式：條狀移動和塊狀移動。
[0038] 如圖2所示的條狀移動式DMD移動設(shè)備，其中，條狀移動是DMD沿第一方向平行移 動，從而打印所述3D物體的第一層，所述DMD沿第一方向的反方向平行移動，從而打印所述 3D物體的第二層。具體的，按照一個方向平行移動，從左方移動至右方打印第i層，再從右 方移動至左方打印第i+Ι層，如此往復(fù)，直至打印完成整個物體，條狀移動適用于打印截面 積較大且長寬比例較大的3D物體。
[0039] 再如圖2所示，DMD移動設(shè)備1是條狀移動DMD移動設(shè)備，DMD2只能在這個設(shè)備 上以條狀來回移動，光源3與DMD2固定在一起，兩者一起移動：從左至右移動一次完成第i 層3D物體的橫截面打印，從右至左移動一次完成第i+1層3D物體的橫截面打印，該流程重 復(fù)，直至徹底將3D物體打印完成。
[0040] 此外，DMD移動設(shè)備1可以是條狀移動式DMD移動設(shè)備，用于移動DMD，這里DMD與 光源同拼接式，兩者固定在一起同步移動，移動方式是按條移動。
[0041] 如圖3所示的塊狀移動式DMD移動設(shè)備，塊狀移動類似于拼接式DMD，每個所述 DMD對應(yīng)一個打印區(qū)域，每個所述DMD逐層打印所對應(yīng)的所述打印區(qū)域，從而完成所述3D物 體的打印。
[0042] 具體的，將待打印區(qū)域平均分成N部分，DMD由部分1依次移動至部分N，當(dāng)打印過 所有部分之后，完成第i層的打印，提升設(shè)備提升一層高度，開始打印第i+Ι層，打印的關(guān)鍵 點是部分1到部分N的打印間隔不能太長，以免開始打印的部分先于稍后打印的部分固化， 同樣需要保證打印物體的完整性和平滑過渡性，塊狀移動適用于打印截面積較大且長寬比 例相近的3D物體。
[0043] 此時，DMD移動設(shè)備1可以是塊狀移動式DMD移動設(shè)備，用于移動DMD，這里DMD與 光源同條狀移動式DMD移動設(shè)備，兩者固定在一起同步移動，移動方式是按塊移動。
[0044] 再如圖3所示，DMD移動設(shè)備1是塊狀移動DMD移動設(shè)備，DMD2可以依次移動到相 鄰的塊狀區(qū)域進(jìn)行打印，光源3與DMD2固定在一起，兩者一起移動。圖3中3D打印系統(tǒng)中 將待打印區(qū)域平均分成了 4部分，DMD2依次從第一部分移動到第四部分算作一次3D物體 的橫截面打印完成，DMD在依次移動到每一部分的過程中要配合DMD上待打印圖像的切換， 在打印過程中要保持DMD在相鄰兩個打印區(qū)域的移動速度與DMD的打印圖像切換速度以及 光敏樹脂的固化速度相適應(yīng)，以免先打印的部分早于后打印的部分固化，影響打印物體的 完整性和平滑性。第i層3D物體橫截面打印完成后，重復(fù)流程，進(jìn)行第i+Ι層3D物體橫截 面的打印，直至徹底將3D物體打印完成。
[0045] 光源3發(fā)射的是紫外光，紫外光照射到光敏樹脂可以使其固化，光源發(fā)射紫外光 照射到DMD，DMD將生成的3D物體截面光反射到透鏡，透鏡再將其折射到光敏樹脂，光敏樹 脂固化出一個3D物體截面。
[0046] 透鏡4用來折射DMD反射過來的紫外光，作用是放大紫外光的照射域。DMD2生成 待打印3D物體的橫截面。DMD由軟件系統(tǒng)控制微鏡片的角度，顯示出待打印3D物體的橫截 面，DMD的作用是將光源3投射過來的紫外光通過DMD反射到透鏡4并投影出3D物體橫截 面形狀的紫外光。透鏡4放大從DMD反射過來的3D物體橫截面形狀的紫外光，并將其折射 到3D打印材料光敏樹脂上，進(jìn)行3D物體的截面固化。
[0047] 料盒5是盛裝打印材料的容器，這里打印材料使用的是光敏樹脂。工作臺6固定 固化生成的光敏樹脂3D物體。提升設(shè)備7用于當(dāng)?shù)趇層的光敏樹脂固化完成之后，將工作 臺提升一層的厚度，同時進(jìn)行第i+Ι層的固化，直至徹底將模型構(gòu)建完成，即整個物體打印 完成。
[0048] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：在當(dāng)前單個固定DMD面積無法增加微鏡片數(shù)量的現(xiàn)狀下， 突破3D打印固有思維，通過改變3D打印系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，移動原有DMD或拼接多個DMD，靈活實現(xiàn) 打印截面積更大、DPI不變的3D打印物體。
[0049] 專業(yè)人員應(yīng)該還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的 單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬 件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。 這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。 專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn) 不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。
[0050] 結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的 軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲器（RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器 (ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或【技術(shù)領(lǐng)域】 內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。
[0051] 以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步 詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種3D打印系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 數(shù)字微鏡器件DMD移動設(shè)備； 光源，固定在所述DMD移動設(shè)備上，用于發(fā)出紫外光； 多個DMD，裝載在所述DMD移動設(shè)備上，用于接收所述光源發(fā)出的紫外光，生成3D物體 截面光； 透鏡，用于接收所述DMD反射的所述3D物體截面光，并將所述3D物體截面光折射放 大； 料盒，用于盛裝和提供打印材料； 工作臺，所述透鏡折射來的所述3D物體截面光，照射在所述料盒提供的打印材料上， 將所述打印材料固化為3D物體，承載在所述工作臺上； 提升設(shè)備，用于提升所述工作臺。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DMD是由微鏡片組成的矩陣，每個所 述微鏡片對應(yīng)控制投影畫面中的一個像素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微鏡片在DLP控制板產(chǎn)生的數(shù)字驅(qū)動 信號的控制下改變角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DMD移動設(shè)備具體為拼接式DMD移動 設(shè)備，每個所述DMD對應(yīng)一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DMD移動設(shè)備具體為條狀移動式DMD 移動設(shè)備，每個所述DMD對應(yīng)一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起，所述DMD 和所述光源同步按條移動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DMD沿第一方向平行移動，從而打印 所述3D物體的第一層，所述DMD沿第一方向的反方向平行移動，從而打印所述3D物體的第 二層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DMD移動設(shè)備具體為塊狀移動式DMD 移動設(shè)備，每個所述DMD對應(yīng)一個所述光源，每組所述光源與所述DMD固定在一起，所述DMD 和所述光源同步按塊移動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個所述DMD對應(yīng)一個打印區(qū)域，每個所 述DMD逐層打印所對應(yīng)的所述打印區(qū)域，從而完成所述3D物體的打印。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述打印材料為光敏樹脂。 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述提升設(shè)備具體用于，在所述工作臺上的 所述3D物體打印第一層結(jié)束后，提升所述工作臺，從而進(jìn)行所述3D物體第二層的打印。
【文檔編號】B29C67/00GK104093547SQ201480000261
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】沈震, 唐迪, 熊剛, 王飛躍 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所