阅读说明：本技术 一种3d打印用液晶掩膜版及其打印系统 (Liquid crystal mask plate for 3D printing and printing system thereof ) 是由 丁兴立 于 2020-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3D打印用液晶掩膜版,包括液晶面板,所述液晶面板由第一液晶盒和第二液晶盒组成,所述第一液晶盒和第二液晶盒相互平行叠放在一起。一种3D打印系统,包括光源、液体树脂槽和位于光源与液体树脂槽之间的液晶掩膜版,所述光源为平行光源,竖直照射在液晶面板上,所述液体树脂槽内盛放有待打印的液体树脂,位于液晶掩膜版与光源相背一侧。本发明液晶面板采用相互平行且重叠设置的第一液晶盒和第二液晶盒,利用两种液晶盒共同作用,可以减小光透过率,实现黑态的产生并降低黑态的透过率,可以提高液晶器件的对比度与3D打印系统的打印精度。(The invention discloses a liquid crystal mask for 3D printing, which comprises a liquid crystal panel, wherein the liquid crystal panel consists of a first liquid crystal box and a second liquid crystal box, and the first liquid crystal box and the second liquid crystal box are mutually stacked in parallel. The utility model provides a 3D printing system, includes light source, liquid resin groove and is located the liquid crystal mask between light source and the liquid resin groove, the light source is parallel light source, vertical irradiation on liquid crystal display panel, the liquid resin that waits to print is held in the liquid resin groove, is located liquid crystal mask and the light source one side of carrying on the back mutually. The liquid crystal panel adopts the first liquid crystal box and the second liquid crystal box which are parallel to each other and are arranged in an overlapped mode, and the light transmittance can be reduced under the combined action of the two liquid crystal boxes, so that the generation of a black state is realized, the transmittance of the black state is reduced, and the contrast of a liquid crystal device and the printing precision of a 3D printing system can be improved.)

一种3D打印用液晶掩膜版及其打印系统

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印用液晶掩膜版及其打印系统。

背景技术

3D打印技术是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制作出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以及最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺，不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使得生产制造得以向更广的生产人群范围延伸，因此3D打印被广泛的应用于医疗、教育、消费品以及工业等诸多领域。

3D打印的基本原理是分层加工、叠加成型，即通过逐层增加材料来生成3D实体，在进行3D打印时，首先由计算机通过设计、扫描等方式得到待打印物体的三维模型，再通过电脑辅助设计技术(例如CAD)沿某个方向完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，由计算机根据切片生成机器指令，3D打印机根据该机器指令打印出薄型层面，并将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型，形成三维立体实物，完成3D打印。

现有的3D打印采用已经开始使用传统液晶显示面板作为光罩进行光固化，但传统单液晶盒黑态透过率较低，同时存在视角的问题，使3D模型固化不是很精确，故我们采用两种重叠的液晶盒提高打印精度。

发明内容

本发明目的在于提供一种3D打印用液晶掩膜版及其打印系统，该3D打印用液晶掩膜版及其打印系统可以提高液晶器件的对比度与3D打印系统的打印精度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种3D打印用液晶掩膜版及，包括液晶面板，所述液晶面板由第一液晶盒和第二液晶盒组成，所述第一液晶盒和第二液晶盒相互平行叠放在一起。

上述技术方案中进一步改进的技术方案如下：

1. 上述方案中，所述第一液晶盒和第二液晶盒均为TN显示模式。

2. 上述方案中，所述第一液晶盒包括第一液晶层和位于第一液晶层两侧的第一上基板和第一下基板，所述第一上基板与第一液晶层相背一侧设有第一偏光片；

所述第二液晶盒包括第二液晶层和位于第二液晶层两侧的第二上基板和第二下基板，所述第二下基板与第二液晶层相背一侧设有第二偏光片；

所述第一液晶盒和第二液晶盒之间设有第三偏光片。

3. 上述方案中，所述第一偏光片和第三偏光片允许通过的偏光的振动方向是互相垂直的，所述第二偏光片和第三偏光片允许通过的偏光的振动方向是互相垂直的。

4. 上述方案中，所述第一上基板和第一下基板与第一液晶层相接触的侧面均设有PI摩擦，所述第一上基板侧面的PI摩擦方向与第一偏光片偏光方向一致，所述第一下基板侧面的PI摩擦方向与第三偏光片偏光方向一致，所述第一上基板和第一下基板PI摩擦角度呈90°。

5. 上述方案中，所述第二上基板和第二下基板与第二液晶层相接触的侧面均设有PI摩擦，所述第二上基板侧面的PI摩擦方向与第三偏光片偏光方向一致，所述第二下基板侧面的PI摩擦方向与第二偏光片偏光方向一致，所述第二上基板和第二下基板PI摩擦角度呈90°。

6. 上述方案中，所述第一液晶盒和第二液晶盒上各设有一个驱动，便于控制液晶分子偏转，所述驱动包括公共电极和TFT开关，所述第一液晶盒的公共电极和TFT开关分别设置在第一上基板和第一下基板上，所述第二液晶盒的公共电极和TFT开关分别设置在第二上基板和第二下基板上。

7. 上述方案中，所述第一上基板、第一下基板、第二上基板和第二下基板均为透明基板，所述第一上基板、第一下基板、第二上基板和第二下基板的像素采用BM隔离。

8. 上述方案中，所述第一液晶盒和第二液晶盒间距控制采用spacer或者PhotoSpacer控制。

本发明采用的另一技术方案是：一种3D打印系统，包括光源、液体树脂槽和位于光源与液体树脂槽之间的液晶掩膜版，所述光源为平行光源，竖直照射在液晶掩膜版上，所述液体树脂槽内盛放有待打印的液体树脂，位于液晶面板与光源相背一侧。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明3D打印用液晶掩膜版及其打印系统，其液晶面板采用相互平行且重叠设置的第一液晶盒和第二液晶盒，利用两种液晶盒共同作用，可以减小光透过率，实现黑态的产生并降低黑态的透过率，可以提高液晶器件的对比度与3D打印系统的打印精度。

附图说明

附图1为本发明结构示意图。

图中：1、光源；2、液体树脂槽；3、第一液晶盒；31、第一液晶层；32、第一上基板；33、第一下基板；34、第一偏光片；4、第二液晶盒；41、第二液晶层；42、第二上基板；43、第二下基板；44、第二偏光片；5、第三偏光片。

具体实施方式

在本专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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专利的具体含义。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：一种3D打印用液晶掩膜版，包括液晶面板，所述液晶面板由第一液晶盒3和第二液晶盒4组成，所述第一液晶盒3和第二液晶盒4相互平行叠放在一起。

所述第一液晶盒3包括第一液晶层31和位于第一液晶层31两侧的第一上基板32和第一下基板33，所述第一上基板32与第一液晶层31相背一侧设有第一偏光片34；

所述第二液晶盒4包括第二液晶层41和位于第二液晶层41两侧的第二上基板42和第二下基板43，所述第二下基板43与第二液晶层41相背一侧设有第二偏光片44；

所述第一液晶盒3和第二液晶盒4之间设有第三偏光片4，所述第三偏光片4位于第一下基板33和第二上基板42之间。

所述第一偏光片34和第三偏光片5允许通过的偏光的振动方向是互相垂直的，所述第三偏光片5和第二偏光片44允许通过的偏光的振动方向是互相垂直的。

所述第一上基板32和第一下基板33与第一液晶层31相接触的侧面均设有PI摩擦，所述第一上基板32侧面的PI摩擦方向与第一偏光片34偏光方向一致，所述第一下基板33侧面的PI摩擦方向与第三偏光片5偏光方向一致，所述第一上基板32和第一下基板33PI摩擦角度呈90°；所述第二上基板42和第二下基板43的与第二液晶层41相接触的侧面均设有PI摩擦，所述第二上基板42侧面的PI摩擦方向与第三偏光片5偏光方向一致，所述第二下基板43侧面的PI摩擦方向与第二偏光片44偏光方向一致，所述第二上基板42和第二下基板43PI摩擦角度呈90°。

所述第一液晶盒3和第二液晶盒4均为TN显示模式，并且采用常白模式。所述第一上基板32和第二上基板42上设有公共COM电极，所述第一下基板33和第二下基板43通过刻蚀TFT开关进行每隔像素的精细控制，达到驱动液晶分子的目的，且两个液晶盒可以共用一个驱动，所述第一上基板32、第一下基板33、第二上基板42和第二下基板43均为透明基板，所述第一上基板32、第一下基板33、第二上基板42和第二下基板43的像素采用BM隔离，BM为Black Mask（遮黑），作用是每个像素的边界用BM分开，防止相邻两像素之间的电场串扰导致液晶分子不规则排列引起的漏光，像素使用TFT开关进行驱动；上下液晶盒的像素要求大小一致，对位精确，一般可以在液晶面板上有标记，通过光对位；液晶面板的上下基板也是这样对位的（包括每层的刻蚀均需对位）。

所述第一液晶盒3和第二液晶盒4间距控制采用spacer或者PhotoSpacer控制，第一液晶盒3和第二液晶盒4的液晶盒厚度符合液晶光学设计，即光学延迟量为入射光双折射率（Δn）和盒后的乘积。

一种3D打印系统，包括光源1、液体树脂槽2和位于光源1与液体树脂槽2之间的液晶掩膜版，所述光源1为平行光源，可采用LED光源或者汞灯光源，以达到要求波长的光，光源前部尽可能的添加散射膜、增透膜、全反射膜等光学膜，使光源尽可能的成为平行光，向下照射在液晶掩膜版上，透过液晶掩膜版对液体树脂槽2中的树脂进行固化。

本发明上述内容进一步解释如下：

3D打印为光固化，根据软件设计，在每层特定的位置曝光，形成特定的图案，多层叠在一起形成立体图形；液晶分子在里面起到开关的作用（光是否通过）。举例：不加电，光通过，树脂曝光固化，加电后，液晶分子转动，光不通过，树脂不会固化；再加上固定的软件设计，可以每层按照固定的图形进行打印，多层打印形成立体结构。

本发明在于使用两种液晶盒平行重叠排列，像素精确对位，且液晶采用TN显示模式（TN模式理论上为光利用率最好一种理想化显示模式），并且采用常白模式，当白态时光的通过量达到最大，曝光量最大；当黑态时，因为两个液晶盒的PI均为正交排列，故可以最大范围的把光遮挡，防止液体树脂固化；同时为了防止其他方向的杂光（因为光源无论怎么处理肯定会有杂光）对液态树脂进行固化，两个液晶盒偏光片呈90°交叉排列，但排列后要求液晶盒像素依然重叠。因为TN模式的视角为左右视角，此特征在3D打印过程中会导致曝光像素左右两侧的像素有微量固化，故采用第一液晶盒3和第二液晶盒4的偏光片正交的模式，即允许通过的偏光的振动方向是互相垂直的，使光尽可能的垂直通过两组液晶盒给树脂进行曝光，同时其他杂光可以有效的通过液晶盒的正交设置进行屏蔽，达到较好的提高打印精度的目的。

因此使用本发明公开的3D打印用液晶掩膜版及其打印系统，通过液晶面板控制，可以：一、开态时，使光最大的通过液晶面板，达到使树脂固化的目的；二、关态时，两组偏光片的重叠作用，使光尽可能的呈现暗态，液态树脂不会固化；三、两组液晶盒的正交重叠设置，可以屏蔽像素周围的杂光，使像素周围的像素不会固化。

两个液晶面板的光学设计可以采用TN常白模式光学设计，满足入射波长与盒厚的乘积第一极小的设计进行设计盒厚。满足入射光能够最大程度的出射液态树脂固化。加电后，液晶分子偏转，入射光被偏光片遮挡，入射光不再透射，液态树脂不再固化。

液晶面板制备好之后，第一液晶面板和第二液晶面板紧密贴合，必须保证两块面板像素完全重合。液晶面板下安置液体树脂槽；液晶面板通过软件控制像素开关，达到每层光照固化固定图形的目的，满足3D打印的效果。

当然，3D打印系统还包括光源和液体树脂槽，光源尽可能的使用光学膜使光成为近似平行光，液体树脂槽可以添加上下左右移动装置，同时液晶面板添加软件驱动，使光能够按照磨具的行态进行曝光，达到制备3D部件的目的。

本发明是两组面板重合（double cell），可以在光不通过的时候，两组面板使光更难通过，防止微量的光透过造成树脂聚合，从而提高打印精度。光通过时，两组面板可以有效的遮挡杂光，使打印精度提高。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。