一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备，包括机架、成型平台、光敏树脂槽及驱动成型平台作升降运动的Z轴运动模块，光敏树脂槽设置于机架上，成型平台位于光敏树脂槽对应的上方，还包括设置于机架位于光敏树脂槽下方的第一光源系统和设置于机架上用于承载第一光源系统的X‑Y轴运动模块，第一光源系统包括从下到上朝底膜方向依次设置的LED紫外光源、凹透镜、菲涅尔透镜、LCD液晶显示屏和凸透镜，凸透镜的焦距为f，LCD液晶显示屏与凸透镜的距离大于2f，底膜与凸透镜之间的距离大于f且小于2f。本实用新型专利技术可进行分区打印并进行拼接，可解决现有技术无法实现的高精度、大尺寸纳米级材料及器件的3D打印。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备
本技术属于微纳米高精度制造
，尤其涉及一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备。
技术介绍
增材制造又称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。其中光固化3D打印技术由于其制备原理简单，打印精度较高，并且能够保证很好的打印效率，光固化打印技术包括SLA(激光点光源固化)、DLP(投影仪面光源固化)和LCD(液晶面光源固化)3种。其中现有的LCD打印技术所使用的光源多为可见光源，这就要求光固化所用的树脂中需要添加可见光型的光引发剂，而可见光的光引发剂的成本较高并且不易保存，并且，现有的LCD打印设备的分辨率、精度并不高，多为黑白液晶屏或2K彩色液晶屏，偏向于大尺寸打印，很难实现微纳米尺度打印，并且在打印较小尺寸器件时，打印设备的成材率较低。高精度减材制造(微纳米加工)方面，除了高精度微米级的数控雕刻机床外，微纳米级，尤其是纳米级精度减材制造主要是使用高精度曝光机。近些年来，智能手机、平板电脑、微型投影仪等等一些高科技电子产品越来越多地出现在人们的视野，影响着人们的日常生活、工作和学习。人们对这些产品的性能要求也越来越高，所以作为其中核心部件的电路板的性能也在不断提高，高分辨率、微细化成为曝光机目前的主要发展趋势。现在常用的曝光机为紫外曝光机，主要由光源(高压球形汞灯)、椭球面反光杯、冷光镜、透射式复眼透镜阵列、二向色镜和球面平行光反射镜组成，通过这些光学器件进行一系列复杂的调整后通过最终光线进行曝光，该器件系统复杂，价格非常昂贵(几千万或者上亿美元一台)、工作条件苛刻(需要在高真空条件下工作)、工序复杂、成本高、后期酸碱腐蚀污染严重等缺点。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术的目的之一在于提供一种打印精度高的大尺寸微纳米加工及增材制造设备。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备，包括机架、成型平台、光敏树脂槽及驱动成型平台作升降运动的Z轴运动模块，所述光敏树脂槽设置于机架上，所述光敏树脂槽的底部为透光的底膜，所述成型平台位于所述光敏树脂槽对应的上方，还包括设置于机架位于所述光敏树脂槽下方对树脂进行光固化的第一光源系统和设置于机架上用于承载所述第一光源系统的X-Y轴运动模块，所述第一光源系统包括从下到上朝底膜方向依次设置的LED紫外光源、凹透镜、菲涅尔透镜、高分辨率LCD液晶显示屏和凸透镜，所述凸透镜的焦距为f,所述LCD液晶显示屏与凸透镜的距离大于2f，所述底膜与凸透镜之间的距离大于f且小于2f；所述Z轴运动模块、X-Y轴运动模块、LCD液晶显示屏及LED紫外光源分别与控制系统电连接。一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备，包括机架、成型平台、光敏树脂槽及驱动成型平台作升降运动的Z轴运动模块，所述光敏树脂槽设置于机架上，所述光敏树脂槽的顶部通过透光的顶膜密封，所述成型平台位于所述光敏树脂槽内，还包括设置于机架位于所述光敏树脂槽上方对树脂进行光固化的第一光源系统和设置于机架上用于承载所述第一光源系统的X-Y轴运动模块，所述第一光源系统包括从上到下朝顶膜方向依次设置的LED紫外光源、凹透镜、菲涅尔透镜、高分辨率LCD液晶显示屏和凸透镜，还包括用于将光敏树脂槽内的树脂液面保持在设定位置的负压抽吸装置，所述凸透镜的焦距为f,所述LCD液晶显示屏与凸透镜的距离大于2f，所述树脂液面与凸透镜之间的距离大于f且小于2f；所述Z轴运动模块、X-Y轴运动模块、LCD液晶显示屏及LED紫外光源分别与控制系统电连接。进一步的，所述光敏树脂槽套装固定在顶部开口的外槽体中，所述光敏树脂槽的底部与所述外槽体连通，所述光敏树脂槽的顶部通过所述顶膜密封从而在顶膜与光敏树脂槽中的树脂液面之间形成负压吸附腔室，所述光敏树脂槽位于负压吸附腔室的侧壁上设有与负压抽吸装置连通以抽取负压吸附腔室内空气形成负压的抽气孔。进一步的，在所述X-Y轴运动模块上还承载有第二光源系统，所述第二光源系统为投影方向朝向成型平台沉积面的DLP投影机，所述DLP投影机的光源采用紫外LED灯珠光源，所述改装DLP投影机与所述控制系统电性连接。进一步的，所述第一光源系统还包括与LED紫外光源固定连接的镜筒，所述凹透镜、菲涅尔透镜、LCD液晶显示屏和凸透镜同轴集成在所述镜筒内。进一步的，所述的X-Y轴运动模块为金属X-Y滑动交叉滑台，带有精准刻度尺。进一步的，所述LED紫外光源采用405nm紫外灯珠，并含有配套的散热系统；所述凹透镜、菲涅尔透镜和凸透镜采用高纯度石英材质透镜。进一步的，所述LCD液晶显示屏的分辨率为2K或者4K。进一步的，所述Z轴运动模块为由电机控制的滚珠丝杆和直线导轨组成。进一步的，所述底膜为聚四氟乙烯透明膜。进一步的，所述成型平台与Z轴运动模块的采用相机球头云台连接。进一步的，Z轴运动模块和X-Y轴运动模块运行精度为纳米级别。本技术在现有的LCD打印基础上进行改进，使用紫外光作为光源，从而降低了可见光引发剂的成本，使用2K、4K分辨率液晶屏与光学透镜结合的组件设计大大提高了打印设备的分辨率。此外，通过光汇聚作用和X-Y轴运动模块结合计算机中的图像分切软件，可以进行分区域打印，一层内的各个区域打印完，再进行下一层的各个分区打印，最终，逐层完成3D打印。这样，既实现了在常温常压条件下高光强面光源光固化3D打印，提高了打印速度和成品成功率，又实现了高精度微纳米级别的3D打印，同时实现了打印产品的大尺寸。本技术在现有的DLP打印基础上进行改造，将DLP打印设备的可将光光源改造为紫外光光源，祛除投影仪原有的滤光透镜组，并将DLP设备中的发散透镜组件改为汇聚型透镜组，将改造后的设备与X-Y轴运动模块连接，在降低成本的同时，大大提高了DLP打印设备的分辨率，同时通过图像分切技术和水平X-Y轴运动模块进行分区域拼接打印大尺寸单层图案，再重复逐层打印来实现大尺寸3D打印。本技术基于LED紫外光源、高分辨率液晶屏和透镜调整聚焦光源系统，DLP紫外聚焦改装光源系统构建了紫外曝光机设备，该设备成本低，并且可以在常温常压下实现微纳高精度加工处理和增材制造。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：1.本技术可实现微纳米高精度的加工及增材制造，同时，通过光源系统的汇聚改装配合X-Y轴运动模块，实现了分区打印，一层内的各个区域打印完，还可以进行下一层的各个分区打印，逐层完成3D打印，从而实现大尺寸加工及增材制造，同时在一定程度上提高了打印速度。2.本技术涉及的微纳米高精度加工及增材制造设备可在常温常压下进行运作，避免了现有技术对操作环境与操作条件的苛刻要求。3.本技术基于LCD及DLP光固化3D打印设备进行自主优化改装，采用汇聚型紫外面光源，既提高了设备的精度及设备加工制造的成功率，又降低了成本，同时降低了现有技术对环境造成的污染。4.本技术采用两种光源系统，可以根据不同需要，调整光源系统，并且两种光源系统都可以完成光固化3D打印机及曝光机的功能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备，包括机架、成型平台、光敏树脂槽及驱动成型平台作升降运动的Z轴运动模块，所述光敏树脂槽设置于机架上，所述光敏树脂槽的底部为透光的底膜，所述成型平台位于所述光敏树脂槽对应的上方，其特征在于：还包括设置于机架位于所述光敏树脂槽下方对树脂进行光固化的第一光源系统和设置于机架上用于承载所述第一光源系统的X‑Y轴运动模块，所述第一光源系统包括从下到上朝底膜方向依次设置的LED紫外光源、凹透镜、菲涅尔透镜、高分辨率LCD液晶显示屏和凸透镜，所述凸透镜的焦距为f,所述LCD液晶显示屏与凸透镜的距离大于2f，所述底膜与凸透镜之间的距离大于f且小于2f；所述Z轴运动模块、X‑Y轴运动模块、LCD液晶显示屏及LED紫外光源分别与控制系统电连接。

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备，包括机架、成型平台、光敏树脂槽及驱动成型平台作升降运动的Z轴运动模块，所述光敏树脂槽设置于机架上，所述光敏树脂槽的底部为透光的底膜，所述成型平台位于所述光敏树脂槽对应的上方，其特征在于：还包括设置于机架位于所述光敏树脂槽下方对树脂进行光固化的第一光源系统和设置于机架上用于承载所述第一光源系统的X-Y轴运动模块，所述第一光源系统包括从下到上朝底膜方向依次设置的LED紫外光源、凹透镜、菲涅尔透镜、高分辨率LCD液晶显示屏和凸透镜，所述凸透镜的焦距为f,所述LCD液晶显示屏与凸透镜的距离大于2f，所述底膜与凸透镜之间的距离大于f且小于2f；所述Z轴运动模块、X-Y轴运动模块、LCD液晶显示屏及LED紫外光源分别与控制系统电连接。2.一种大尺寸微纳米加工及增材制造设备，包括机架、成型平台、光敏树脂槽及驱动成型平台作升降运动的Z轴运动模块，所述光敏树脂槽设置于机架上，其特征在于：所述光敏树脂槽的顶部通过透光的顶膜密封，所述成型平台位于所述光敏树脂槽内，还包括设置于机架位于所述光敏树脂槽上方对树脂进行光固化的第一光源系统和设置于机架上用于承载所述第一光源系统的X-Y轴运动模块，所述第一光源系统包括从上到下朝顶膜方向依次设置的LED紫外光源、凹透镜、菲涅尔透镜、高分辨率LCD液晶显示屏和凸透镜，还包括用于将光敏树脂槽内的树脂液面保持在设定位置的负压抽吸装置，所述凸透镜的焦距为f,所述LCD液晶显示屏与凸透镜的距离大于2f，所述树脂液面与凸透镜之间的距离大于f且小于2f；所述Z轴运动模块、X-Y轴运动模块、LCD液晶显示屏及LED紫外光源分别与控制系统电连接。3.根据权利要求2所述的大尺寸微纳米加工及增材制造设备，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，赵风君，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43