[发明专利]一种DMD倾斜扫描的3D打印装置及方法

权利要求书

1.一种DMD倾斜扫描的3D打印装置，其特征在于：包括控制系统，DMD倾斜扫描系统和位移平台，其中，所述的DMD倾斜扫描系统固定于位移平台之上，DMD倾斜扫描系统、位移平台均由所述的控制系统控制。

2.根据权利要求1所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印装置，其特征在于：所述的控制系统包括计算机和三轴运动控制器，其中，所述的计算机的第一输出端连接DMD倾斜扫描系统；所述的计算机的第二输出端连接三轴运动控制器的输入端，三轴运动控制器的输出端连接位移平台。

3.根据权利要求2所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印装置，其特征在于：所述的DMD倾斜扫描系统包括光源、反光镜、DMD芯片和物镜组，其中，所述的光源、反光镜和DMD芯片构成反射回路；

所述的光源发出的均匀光路经过反光镜反射到DMD芯片，再经过物镜组生成一组倾斜的倾斜点阵列，所述的倾斜点阵列投影到位移平台上。

4.根据权利要求3所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印装置，其特征在于：所述的物镜组包括第一物体平面、第一成像平面、微透镜和空间滤波器阵列、第二物体平面、点阵列、投影面、第一镜头和第二镜头，其中，所述的第一物体平面固定于DMD芯片的反射面；所述的第一镜头固定于微透镜和空间滤波器阵列的上端面之上；所述的第二镜头固定于微透镜和空间滤波器阵列的下端面之下；所述的微透镜和空间滤波器阵列的上端面固定有第一成像平面，微透镜和空间滤波器阵列的下端面固定有第二物体平面；所述的投影面固定于第二镜头的下方，投影面上固定有点阵列；

经DMD芯片反射的光束依次经过第一物体平面、第一镜头、第一成像平面、微透镜和空间滤波器阵列、第二物体平面、第二镜头和点阵列，最终将生成的倾斜点阵列投影到投影面上。

5.根据权利要求4所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印装置，其特征在于：所述的位移平台包括液槽、刮板、工作台、工作箱、弹簧和升降台，其中，所述的液槽用于盛载光敏树脂材料；所述的工作箱、弹簧和升降台均位于液槽内，工作箱和升降台通过若干根弹簧连接；所述的工作台的上端面设置有刮板，工作台固定在液槽的开口处；所述的升降台连接XYZ三轴控制系统；所述的点阵列投影到工作箱上。

6.根据权利要求5所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印装置，其特征在于：所述的位移平台还包括电源，所述的电源设置在三轴运动控制器上，用于控制弹簧的伸缩。

7.根据权利要求6所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印装置，其特征在于：所述的工作箱的材料采用轻型铁质；所述的工作箱的长宽小于液槽长宽的1/2，工作箱的高度加弹簧的极限压缩高度小于工作台高度，工作箱的高度加弹簧正常状态下的高度大于工作台的高度。

8.根据权利要求1所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印装置，其特征在于：所述的DMD倾斜扫描系统还包括光滤波器，所述的光滤波器设置在光源的前方，用于挑选出所需的波长。

9.根据权利要求6或7所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印装置的打印方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：曝光准备阶段：计算机控制三轴运动控制器工作，升降台带动工作箱沿Z轴下降一定高度，刮板在工作箱内匀涂一层光敏树脂材料，此时，电源通电，弹簧得电压缩，工作箱与工作台分离，工作箱暴露在光敏树脂材料中；

S2：倾斜点阵列形成阶段：计算机控制DMD芯片倾斜一个小角度，利用物镜组将经过DMD芯片反射的均匀光路转变成一组倾斜点阵列；

S3：扫描曝光阶段：计算机控制三轴运动控制器工作，此时电源断电，升降台断电，工作箱在弹簧回复力的作用下回到初始高度，扫描步骤S2中得到的倾斜点阵列，光敏树脂材料在工作箱与工作台形成的封闭空间内在XY面运动，倾斜点阵列上的亮点之间的重叠曝光产生线条或图案，并进行光固化，完成一层曝光面；

S4：重复步骤S1-S3,逐层完成曝光面，最终成型为期望物体。

10.根据权利要求9所述的一种DMD倾斜扫描的3D打印方法，其特征在于：步骤S3相关参数包括：短轴点阵列像素数量N，长轴点阵列像素数量M，点阵列在平行与扫描方向的直线上相互重叠的重复量K，光斑尺寸dsp，光斑间距d，倾斜角度θ和最小水平分量X，其中，

所述的光斑尺寸dsp是微透镜和空间滤波器阵列的焦距与物镜组缩放倍数的乘积；

所述的光斑间距d是DMD芯片间距与物镜组缩放倍数的乘积；

所述的倾斜角度θ的计算公式如下：

所述的最小水平分量X的计算公式如下：

X＝dsinθ

扫描正常方向上的点重叠率计算公式如下：

扫描方向上的点重合率计算公式如下：

其中，F_r是DMD芯片帧频，V_s是扫描速度。