一种3D打印系统的制作方法

本发明实施例涉及3d打印技术，尤其涉及一种3d打印系统。

背景技术：

快速成型(即3d打印)技术是一种根据物体的三维模型数据，通过成型设备以逐层叠加的方式制造实体的技术，它可以实现任意复杂结构部件的简单化生产，能克服传统机械加工无法制作特殊结构的障碍。现有的3d打印技术主要包括熔融沉积成型(fdm)、选择性激光烧结(sls)、立体平板印刷(sla)、数字光处理(dlp)几种方式。

对于基于液晶面板的立体平板印刷(sla)技术，现有的基本实现方式是：采用直下式385nm/405nm/420nm近紫外点阵led光源作为背光源，在打印过程中利用液晶面板充当光罩，控制背光源在特定图案位置进行精确曝光。以采用负性树脂为例，被曝光的树脂材料会发生固化，通过逐层固化的方式，最终打印出所需要的3d模型。

传统液晶面板主要做显示用途，3d打印所用的背光源一般为近紫外光。若3d打印采用传统的液晶面板作为光罩，3d打印所用的背光源在传统的液晶面板下的光学透过率较低，例如传统液晶面板的液晶层的延迟量主要针对人眼较为敏感的黄绿光进行设计，一般设计在330nm-370nm，用于3d打印时，当背光源波长选择405nm时，透过率约0.8％-1％，从而导致3d打印的功耗较高。此外，近紫外光在传统的液晶面板下的透过率低还会导致液晶面板发热，降低液晶面板的寿命。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种3d打印系统，通过合理设计液晶面板的延迟量，提高液晶面板对3d打印背光的透过率，降低光源功率，降低液晶面板温度，提高液晶面板寿命。

本发明实施例提供一种3d打印系统，包括：

光源，所述光源的波长范围为365nm～420nm；

树脂槽，位于所述光源的出光侧，用于储存液态光敏树脂；

液晶面板，位于所述光源与所述树脂槽之间，所述液晶面板包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；

所述液晶层对入射光的延迟量大于或等于250nm，小于或等于320nm；

其中，所述延迟量为所述液晶层中液晶的双折射率差与所述液晶层厚度的乘积。

本发明实施例提供的3d打印系统，包括：光源，光源的波长范围为365nm～420nm，需要说明的是，这里的波长指的是主波长；树脂槽，位于光源的出光侧，用于储存液态光敏树脂；液晶面板，位于光源与树脂槽之间，液晶面板包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板与第二基板之间的液晶层；液晶层对入射光的延迟量大于或等于250nm，小于或等于320nm；其中，延迟量为液晶层中液晶的双折射率差与液晶层厚度的乘积。通过针对3d打印时光源的波长，优化设置液晶面板的液晶层的延迟量在大于或等于250nm，小于或等于320nm，可以有效提高液晶面板的透过率，从而起到降低光源功率、降低液晶面板温度、提高液晶面板寿命的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种3d打印系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的不同波长的光源在不同延迟量时透过率的模拟结果示意图；

图3为本发明实施例提供的一种液晶面板的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种3d打印系统的光源的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种液晶面板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种液晶面板的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种液晶面板的俯视结构示意图；

图8为沿图7中剖线aa'的剖面结构示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种液晶面板的俯视结构示意图；

图10为本发明实施例提供的又一种液晶面板的俯视结构示意图；

图11为本发明实施例提供的又一种液晶面板的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为本发明实施例提供的一种3d打印系统的结构示意图。参考图1，本实施例提供的3d打印系统包括：光源10，光源10的波长范围为365nm～420nm；树脂槽20，位于光源10的出光侧，用于储存液态光敏树脂21；液晶面板30，位于光源10与树脂槽20之间，液晶面板30包括相对设置的第一基板31和第二基板32，以及位于第一基板31与第二基板32之间的液晶层33；液晶层33对入射光的延迟量大于或等于250nm，小于或等于320nm；其中，延迟量为液晶层中液晶的双折射率差与液晶层厚度的乘积。承载机构40，位于液态光敏树脂21内，固化后的光敏树脂固定在承载机构40上，承载机构40基于液晶面板30的显示时序在z方向上移动，z方向与液晶面板30的光束出射方向相同。

可以理解的是，3d打印系统还包括支撑各部分的支架及控制机构，图1中未示出。液晶面板30可以为平面场转换(inplaneswitching，ips)或边缘场转换(fringefieldswitching，ffs)模式的液晶面板。双折射是指一条入射光线产生两条折射光线的现象。光线入射到各向异性的晶体(例如石英、方解石等)，分解为振动方向互相垂直、传播速度不同的两种偏振光，其中，满足折射定律的光束称为寻常光，不满足折射定律的光束称为非常光。液晶分子为各向异性分子，对寻常光的折射率为no，对非常光的折射率为ne，液晶的双折射率差δn＝|no-ne|，δn与液晶层厚度d的乘积即为液晶层对入射光的延迟量。

传统的用于彩色显示的显示面板，液晶层的延迟量一般固定设计在大概330-370nm之间，可以实现可见光的最大透过率，根据液晶面板透过率对可见光的经验公式：

透过率t取最大时：

考虑降低盒内散射，做低盒厚，即：

计算得λ取405nm时最佳透过率对应的延迟量为203nm，然而申请人通过模拟与实验验证发现，波长为405nm时，透过率最高时的延迟量在295nm附近，由此可知，传统显示用的液晶面板延迟量的设计思路使用近紫外光源的3d打印系统中会损失透过率。

图2所示为本发明实施例提供的不同波长的光源在不同延迟量时透过率的模拟结果示意图。参考图2，在光源波长为365nm-420nm范围内，当设置延迟量在250nm-320nm之间时，液晶面板的透过率最高(透过率均大于5.16％)。由图2可知，当延迟量大于500nm时，液晶面板的透过率还有其他峰值，但高延迟量对于液晶面板制程和材料而言可行性较低，而且延迟量较高时可能会存在暗态漏光，影响3d打印效果，因此本实施例中仅取曲线中的第一个峰值范围内的延迟量。

本发明实施例的技术方案，通过针对3d打印时光源的波长，优化设置液晶面板的液晶层的延迟量在大于或等于250nm，小于或等于320nm，可以有效提高液晶面板的透过率，从而起到降低光源功率、降低液晶面板温度、提高液晶面板寿命的目的。

在上述实施例的基础上，可选的，光源的波长为365nm时，液晶层对入射光的延迟量大于或等于250nm，小于或等于270nm；光源的波长为385nm时，液晶层对入射光的延迟量大于或等于270nm，小于或等于290nm；光源的波长为395nm时，液晶层对入射光的延迟量大于或等于280nm，小于或等于300nm；光源的波长为405nm时，液晶层对入射光的延迟量大于或等于285nm，小于或等于305nm；光源的波长为420nm时，液晶层对入射光的延迟量大于或等于300nm，小于或等于320nm。

继续参考图2，当光源波长为365nm时，液晶层的延迟量在250nm-270nm之间具有最大透过率5.43％；当光源波长为385nm时，液晶层的延迟量在270nm-290nm之间具有最大透过率8.45％；当光源波长为395nm时，液晶层的延迟量在280nm-300nm之间具有最大透过率10.49％；当光源波长为405nm时，液晶层的延迟量在285nm-305nm之间具有最大透过率12.44％；当光源波长为420nm时，液晶层的延迟量在300nm-320nm之间具有最大透过率14.66％。需要说明的是，即使光源选择波长为365nm，延迟量选择320nm，其透过率也可达到5.16％，相对于传统液晶显示面板来说透过率有提升，需要说明的是，不同的光源波长在上述的延迟量范围内具有最大的透过率，并且在一定的工艺误差或者工艺波动下仍然成立。

可选的，液晶面板包括至少两类阵列排布的多个区域，且相邻两个区域的类型不同，每一区域包括至少一个像素单元，不同类区域内的液晶层对同一入射光的延迟量不同。

示例性的，图3所示为本发明实施例提供的一种液晶面板的俯视结构示意图。参考图3，该液晶面板30包括两类阵列排布的多个区域，分别为第一区域301和第二区域302，每个区域可以包括一个像素单元，也可以包括多个像素单元，第一区域301和第二区域302内的液晶层对同一入射光的延迟量不同。

可以理解的是，本实施例提供的液晶面板用于3d打印系统中，可以不设置彩色滤光片。通过对液晶面板分区域设置不同的延迟量，可以使同一液晶面板适用于不同光源的3d打印系统中，例如第一区域301对405nm的光的延迟量设计为295nm，第二区域302对405nm的光的延迟量设计为285nm，此时第二区域302对395nm的光的延迟量约为290nm，恰好为395nm光的最佳延迟量，这样当针对405nm的光源打印时，第一区域和第二区域均可实现打印，当然，为了实现均一的打印效果，也可以控制第二区域关闭，如通过驱动芯片给信号，控制第二区域关闭，当用395nm的光源打印时，同样可以利用驱动芯片给信号，实现第一区域的关闭。需要说明的是，可以根据实际需求设计不同区域对应同一波长的光源有不同的延迟量，也可以设计不同区域对应不同的波长有不同的延迟量，这里不做限定。这样液晶面板可以适用于不同种波长的光源，在其他实施例中，还可以设置其他的分区方式，实现不用区域用不同的紫外光实现3d打印。

需要说明的是，图3中所示的分区数量以及分区方式仅是示意性的，具体实施时可以根据实际需求设计，本发明实施例对此不做限定。

可选的，本实施例提供的3d打印系统的光源包括至少两种发出不同波长的发光二极管。

示例性的，图4所示为本发明实施例提供的一种3d打印系统的光源的结构示意图，该光源10包括发出405nm波长的第一发光二极管101和发出395nm波长的第二发光二极管102，第一发光二极管101与图3中的第一区域301对应，第二发光二极管102与图3中的第二区域302对应，当第一发光二极管101工作时，第二发光二极管102以及第二区域的像素可以通过驱动电路控制关闭，进一步的，光源可以选用微发光二极管micro-led，每个micro-led发出的光与对应设置最佳延迟量的区域对应，以提升3d打印系统的性能，需要说明的是，为了实现均一的打印效果，不同的发光二极管可以间隔排布。

可选的，不同区域内的液晶层的厚度不同。

示例性的，图5所示为本发明实施例提供的一种液晶面板的结构示意图，参考图5，通过在第二基板32上设置不同厚度的光学胶层321，调整不同区域液晶层的厚度，从而使不同区域对同一入射光的延迟量不同。

可以理解的是，第一基板32上还设置有黑矩阵322，黑矩阵包括多个开口，每个开口形成一个像素单元的透光区域。

图6所示为本发明实施例提供的另一种液晶面板的结构示意图，参考图6，通过在第一基板31上设置不同厚度的绝缘层311，调整不同区域液晶层的厚度，从而使不同区域对同一入射光的延迟量不同。

需要说明的是，在其他实施例中，还可以同时设置不同区域的第一基板和第二基板的厚度都不同，从而实现不同区域的液晶层厚度不同，本发明实施例对此不做限定。

可选的，不同区域内的液晶层的液晶材料不同。

可以理解的是，由于液晶层的延迟量为液晶的双折射率差与液晶层厚度的乘积，除了设置液晶层厚度不同，还可以通过改变不同区域的液晶材料改变液晶层的延迟量。

可选的，本实施例提高的3d打印系统的液晶面板还包括挡墙结构，挡墙结构用于防止不同类区域的液晶发生混合。

示例性的，图7所示为本发明实施例提供的另一种液晶面板的俯视结构示意图，图8所示为沿图7中剖线aa'的剖面结构示意图，参考图7和图8，不同区域之间设置挡墙结构34，挡墙结构34可以为梳状结构，分别从不同的灌晶口灌入不同类型的液晶，两个连续的封闭挡墙呈咬合的梳齿状结构。具体实施时，挡墙结构34可以通过设置在第二基板32上的黑矩阵部分延伸至第一基板31，也可以通过在第一基板31上设置包括多个凹槽的有机层，每个凹槽对应一个区域，凹槽的顶部与第二基板32紧密接触，防止不同类区域的液晶发生混合。

图9所示为本发明实施例提供的又一种液晶面板的俯视结构示意图，参考图9，该液晶面板中同类区域的挡墙结构34相互连通，即图9所示的液晶面板仅设置有两个灌晶口。

图10所示所示为本发明实施例提供的又一种液晶面板的俯视结构示意图，参考图10，本实施例中的显示面板的挡墙结构减少，可以有效降低工艺难度。可选的，例如当显示面板包含两种液晶材料时，将其中一种液晶材料用挡墙形成相互连通的结构，并且包括一个灌晶口，另外一种液晶不设置挡墙(图中未)，也可以实现两种液晶分隔开，并且减少挡墙工艺，本发明实施例对此不作限定。可选的，液晶显示面板之间还包括框胶，将阵列基板和彩膜基板贴合后，留出灌晶口，本发明实施例对此不作限定。

可选的，不同区域内的液晶层对同一入射光的延迟量之差的绝对值小于或等于10nm。可以理解的是，设置不同区域液晶层对同一入射光的延迟量相差太大可能会导致仅用一种波长的光源时透过率不均匀，在本实施例中，设置不同区域内的液晶层对同一入射光的延迟量之差的绝对值小于或等于10nm，可以使液晶面板适用于至少两种波长的光源，也可以避免由于工艺误差导致的偏差。

图11所示为本发明实施例提供的又一种液晶面板的俯视结构示意图。参考图11，可选的，第一基板包括多个薄膜晶体管312形成的阵列、像素电极313和公共电极314；还包括多条沿第一方向x延伸、沿第二方向y排列的扫描线315和多条沿第二方向y延伸、第一方向x排列的数据线316，第一方向x与第二方向y相交，相邻两条扫描线315和相邻两条数据线316之间形成像素区；第二基板包括黑矩阵322，黑矩阵322在第一基板的投影覆盖薄膜晶体管312、扫描线315以及数据线316在第一基板的投影，黑矩阵322包括多个与像素区一一对应的开口3221，开口3221在第一方向x的尺寸等于开口3221在第二方向y的尺寸。

可以理解的是，本实施例提供的液晶面板可以为ips或ffs模式的液晶面板，由于该液晶面板不需要实现彩色显示，因此无需设置彩色滤光片。图8中仅示意性的示出4个像素区，每个像素区的液晶受到到像素电极313与公共电极314形成的电场的控制，当不同像素区对应不同的延迟量时，其像素区打开与关闭(透光和不透光)与对应区域光源的状态相同。通过设置黑矩阵322的开口3221在第一方向x的尺寸等于开口3221在第二方向y的尺寸，可以保证第一方向x和第二方向y的打印精度相同。

可选的，开口在第一基板的投影为正方形或圆形。

可以理解的是，图11中所示的开口3221为正方形仅是示意性的，在其他实施例中，还可以这种开口3221的形状为圆形，本发明实施例对此不作限定。

可选的，液晶层的厚度大于或等于2.7μm，小于或等于3.4μm。

可以理解的是，由于液晶分子双折射率差有限，液晶层太薄或太厚都无法达到预设的延迟量，且液晶层设置太薄会增加工艺难度，导致成本增加，液晶层太厚可能会导致漏光，导致液晶面板对比度下降。本实施例中，设置液晶层的厚度范围为2.7μm-3.4μm，如当液晶层的厚度为3.1μm时，光源的波长为395nm时，液晶层对入射光的延迟量大于或等于280nm，小于或等于300nm；当液晶层的厚度为3.1μm时，光源的波长为405nm时，液晶层对入射光的延迟量大于或等于285nm，小于或等于305nm，即同一个液晶层的厚度实现不同光源波长的打印，也可以是不同液晶层的厚度但是同一光源波长实现打印，这里不做限定。

可选的，液晶层中液晶的双折射率差大于或等于0.097，小于或等于0.102。本实施例所用的液晶在365nm-420nm波长范围内的对非常光的折射率ne的范围为1.611-1.595，对寻常光的折射率no的折射率范围为1.509-1.498，液晶层中液晶的双折射率差大于或等于0.097，小于或等于0.102。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。