[发明专利]采用LED阵列微投影光源的光固化3D成型系统

说明书

技术领域

本发明涉及光固化成型技术领域的一种光固化成型系统，具体地，涉及一种采用LED阵列微投影光源的光固化3D成型系统。

背景技术

随着CAD/CAM技术的发展，利用材料累加原理可实现工件原型的快速制造，其中，光固化法因其成型精度高以及材料120％利用率成为最受欢迎的快速成型方法。光源是光固化快速成型技术中最关键的设备之一，其类型、结构形式、发射波长范围、功率大小、长时间使用过程中的发光稳定性等指标，将直接影响固化的成败以及固化质量、固化效率等，而国内外主要致力于紫外光敏材料的开发，致使固化用光源几乎全部采用紫外光源如高压泵灯、紫外激光等，而激光系统(包括激光器、冷却器、电源和外光路)的价格及维护费用昂贵，导致快速成形设备的制造成本和使用成本过高，在一定程度上限制了紫外光固化快速成形技术的推广。尽管高压泵灯成本较低，但寿命短、辐射不均匀、发热量大，且污染环境。

LED因其成本低，体积小，寿命长，发热小，输出功率稳定性好等优点逐渐被考虑应用到固化光源中，目前，LED在可见光如白光波段的应用已经较为成熟，在紫外光领域的研发仍处于起步阶段，美国和日本已相继成功研制出大功率紫外LED，其工作波段可集中在常用固化波段365nm附近，揭示了紫外LED可应用于光固化技术的可能性，仍未大规模投入市场使用。华中科技大学的谢军等人对光固化快速成形中的单个紫外LED光源系统进行研究，经过多透镜结构聚焦后的光源光强分布均匀稳定、能够满足紫外光固化过程对光源的指标要求，具有可操作性，但是因聚焦面上功率较弱，导致制件加工速度较慢，成型效率远低于紫外激光固化。大连海事大学的许文海提出了一种应用大功率紫外发光二极管(UV LED)空间阵列作为光源的新型固化光源系统，系统中各行LED等距排布在一定半径的弧面基板上，从而使LED阵列发出的紫外光经过光学系统准直、会聚后得到一条均匀的光带，很大程度上提高了辐照强度，可实现紫外光固化用线(面)光源的作用。但是单行LED会聚到20mmX20mm的大尺寸方形光斑区域内，各行等距排布形成长度为10cm的连续辐照光带，此外，该光源系统仅可以调节整体光带的辐照度，来兼顾各种固化材料对紫外辐照度的需求，辐照面积大，未考虑满足结构精细的小尺寸零件的制作。而相对于紫外光，可见光具有穿透力好，对人体无害，光源系统廉价等优点，长期以来，可见光固化材料的研究一直是可见光固化领域的难点，目前，已研制出用于可见光固化的光敏树脂材料，如变性乙烯基酯树脂，并证实其固化速度较快，无需添加促进剂和固化剂，在提高生产效率的同时大幅度降低施工成本。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用LED阵列微投影光源的光固化3D成型系统，将LED阵列光源作为光固化成型机的固化光源，通过透镜阵列组与光掩模版装置将其汇聚为可进行扫描固化的微投影光束阵列，通过计算机与单片机通信独立控制微投影光束阵列，采用从下至上的光源辐照方式进行扫描，在保证成型效率的前提下提高成型精度并有效降低成本。

为实现以上目的，本发明提供一种采用LED阵列微投影光源的光固化3D成型系统，包括：LED阵列光源、透镜阵列组、光掩膜版、树脂槽、网版、LED驱动控制装置、XY移动平台、Z轴升降装置，其中：LED阵列光源由单个LED光源以阵列形式排列固定在一PCB板上构成，并置于XY移动平台上；透镜阵列组置于LED阵列光源的上方，用于将LED阵列光源聚焦为直径为80μm～120μm的光斑阵列；光掩膜板置于透镜阵列组上方；树脂槽固定在光掩膜版的正上方，用于存储光固化树脂材料；网版位于树脂槽底板的正上方，用于承载支撑及固化后的工件模型；LED驱动控制装置为单片机驱动装置，LED驱动控制装置的输入端与输出端分别与计算机的第一输出端及LED阵列光源的单个LED光源的控制端电连接，同时计算机与LED驱动控制装置并口通信控制；XY移动平台的底部固定在地面上，XY移动平台执行机构的控制端与计算机的第二输出端电连接，用于控制LED阵列光源在二维XY平面上的运动；Z轴升降装置固定在地面上，其直线导轨副的滑块与网版相连接，计算机的第三输出端与Z轴升降装置的伺服电机控制端电连接，带动网版相对树脂槽向上做一个层厚的移动。

优选地，所述LED阵列光源中各LED光源在y方向为等距排布，在x方向为交错等距排布。

优选地，所述光掩膜版上排布有直径同光斑阵列的微孔阵列，且与光斑阵列一一对应，所述光斑阵列透过微孔阵列整合为微投影光束阵列。