[发明专利]一种光固化3D打印光学模块及光固化3D打印系统

说明书

本发明公开了一种光固化3D打印光学模块包括液晶屏组件和背光组件，所述背光组件包括中空的遮光罩，所述遮光罩一端设有LED光源，另一端设有集光组件，所述遮光罩内LED光源和集光组件之间设有导光组件，所述LED光源与一散热组件相连，所述集光组件和导光组件通过支撑组件固定在遮光罩内壁上，所述遮光罩的集光组件所在端与所述液晶屏组件相连，所述LED光源为m*n个LED(m、n均为大于等于1的正整数)均匀排布的LED阵列，所述集光组件为光轴与LED阵列中LED光轴一一对应的菲涅耳透镜阵列。解决了现有LCD‑3D打印光学模块及系统光打印均一性差、利用率低、能耗高、寿命短的问题。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种光固化3D打印光学模块及光固化3D打印系统。

背景技术

3D打印又称增材制造，是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术发展至今，已出现多种不同的制造技术。其中有代表性的有：原材料为光敏树脂的光固化成型技术(stereo lithography apparatus，SLA)、原材料为热熔型树脂的熔融沉积制造技术(fused deposition modeling，FDM)、原材料为非金属粉末的选区激光烧结技术(selective laser sitering，SLS)和原材料为金属粉末的选区激光熔化技术(selectivelaser melting，SLM)。其中光固化技术发展最早、最为成熟。从最初使用激光振镜扫描技术实现光固化成型、逐步发展出利用数字光处理(digital light processing，DLP)技术和液晶显示(liquid crystal display，LCD)新型光固化技术。液晶显示光固化技术既有DLP光固化技术的高分辨率、单层固化时间短的特点，同时由于其没有机械震动，又避免了数字微镜工作中由于镜片偏转误差造成的问题。同时液晶显示技术发展成熟，分辨率高，成本低、易于集成，是一种具有广泛应用前景和应用价值的光固化技术。

虽然LCD光固化技术有着诸多优点，但是目前市面上流通的液晶显示屏并非针对3D打印专门设计，使用起来存在光利用效率低、导致固化所用的光源功率高、发热量大，不利于集成。而且由于强紫外线会打断长链液晶分子的化学键，发生裂解，导致分子排列变差，因此紫外吸收会影响液晶器件的光稳定性和使用寿命。此外强紫外照射还会使液晶器件表现出电阻率下降，功耗增大；长时间照射会使其阈值下降、功耗增加，表现出颜色变黄，清亮点下降、屏幕变暗发黑等现象，从而降低液晶显示屏性能。因此很有必要在不牺牲的3D打印光固化性能的同时，降低液晶显示器件所消耗的紫外光能量。这也是LCD-3D打印技术走向普及要攻克的重点之一。

如图1和图2所示，一种常见的现有LCD-3D打印光学模块及系统结构，包括打印组件100，其中101是光敏树脂槽、102打印平台运动结构组件、103光固化材料即光敏树脂；液晶显示屏200，包括第一基板201、第二基板207、阵列基板多层膜202、彩色滤光片(colorfilter，CF，参见图2)基板多层膜206、第一配向层203、第二配向层205。液晶材料204被封装在第一基板201与第二基板207之间。虽然图1中未画出，但液晶屏组件200还包括用于液晶材料封装的周边封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子(隔离物)、配套驱动板等。背光组件300包括散热部件301、光源302、导光部303。现有技术虽然可以实现光固化效果，但一方面采用单颗光源会使得液晶屏光照不均匀，导致光固化不均匀；另一方面受限于彩色滤光片对波长的选择性，其光固化并不理想，通常仅能在打印平台中心位置附近取得较好的效果，而且紫外光能耗较高，液晶屏容易老化减少使用寿命。

发明内容

鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种光固化3D打印光学模块及光固化3D打印系统，能够解决现有LCD-3D打印光学模块及系统光打印均一性差、利用率低、能耗高、寿命短的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：