本發(fā)明涉及一種快速成型裝置及其成型方法，尤其涉及一種基于數(shù)字光處理技術(shù)的三維打印機(jī)，以及該三維打印機(jī)的打印方法。

背景技術(shù)：

三維打印機(jī)是一種基于三維物體的數(shù)字模型，利用塑料、液態(tài)光固化樹脂、粉末狀金屬等材料，通過逐層打印的方式構(gòu)造三維物體的設(shè)備。

數(shù)字光處理技術(shù)(Digital Light Processing，簡稱DLP) 是一種基于數(shù)字微鏡晶片(Digital Micromirror Device，簡稱DMD，也稱數(shù)字微器件) 的新式投影技術(shù)，數(shù)字微鏡晶片為一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，其在CMOS 硅基片上集成了50-130 萬個(gè)微鏡片，每一微鏡片代表一個(gè)像素，當(dāng)一個(gè)微鏡片處于" 開" 狀態(tài)時(shí)，入射光將被反射并通過投影鏡將影像投射至屏幕上，當(dāng)一個(gè)微鏡片處于" 關(guān)" 狀態(tài)時(shí)，入射光將被反射至光吸收器而被吸收。光固化三維打印機(jī)是一種基于數(shù)字光處理技術(shù)，以液態(tài)光固化樹脂為成型材料的快速成型設(shè)備，其具有成型速度快及成型精度高的優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)有的光固化三維打印機(jī)具有承載成型材料的成型槽，打印平臺設(shè)置于成型槽內(nèi)，且打印平臺通過移動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)在成型槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)豎直平移，得以在定量成型材料中實(shí)現(xiàn)材料的逐層固化；而現(xiàn)有的光固化三維打印機(jī)存在的問題是，打印平臺及其裝置驅(qū)動(dòng)存在于成型槽內(nèi)，成型槽的尺寸難以縮小，造成打印材料浪費(fèi)的浪費(fèi)以及空間的浪費(fèi)；打印平臺在成型材料，即樹脂液體中移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致液面晃動(dòng)，進(jìn)而對打印工作以及成品的精度造成影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一發(fā)明目的在于提供一種節(jié)約材料且具有高打印精度的光固化三維打印機(jī)。

本發(fā)明的第二發(fā)明目的在于提供一種節(jié)約材料且具有高打印精度的三維打印方法。

本發(fā)明第一發(fā)明目的提供的光固化三維打印機(jī)包括用于承載成型材料的成型槽、設(shè)置于成型槽上方的光固化裝置、容納腔和阻擋件，容納腔與成型槽之間設(shè)置連通通道，容納腔和成型槽之間由連接壁阻隔，連接壁上設(shè)置有通氣微孔；阻擋件可選擇地對通氣微孔進(jìn)行阻擋封閉；容納腔僅與成型槽連通，且容納腔僅通過連通通道和通氣微孔與成型槽連通；成型槽的底面為打印平臺。

由上述方案可見，由于成型槽底部為打印平臺，連接壁上的通氣微孔從氣壓平衡上控制容納腔與成型槽之間的成型材料流通，在氣壓平衡下實(shí)現(xiàn)成型材料在成型槽內(nèi)的液面高度控制，無需安裝移動(dòng)裝置移動(dòng)打印平臺則可實(shí)現(xiàn)成型材料的逐層固化，成型槽的尺寸得以最小化，且成型材料的液面不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，節(jié)約材料的同時(shí)提高了打印機(jī)的打印精度。

進(jìn)一步的方案是，連通通道的出口與打印平臺位于同一水平面上。

由上可見，由于工作初狀態(tài)時(shí)所有通氣微孔密封，當(dāng)成型材料漫越連通通道的出口后則形成氣壓平衡不在送料，因此連通通道的出口與打印平臺位于同一水平面上可保證第一固化層的位置，提高打印精度。

進(jìn)一步的方案是，連通通道的入口設(shè)置于容納腔的底部。

由上可見，連通通道作為成型材料的唯一轉(zhuǎn)移通道，設(shè)置于容納腔底部有效保證出料順暢。

進(jìn)一步的方案是，多個(gè)通氣微孔等距離設(shè)置在連通通道的出口上方。

由上可見，打印過程中，每當(dāng)有一層材料固化完畢以后，需要由下往上逐漸打開密封的通氣微孔，去實(shí)現(xiàn)另外一層材料的打印工作，因此多個(gè)通氣微孔等距離設(shè)置在連通通道上方可保證每層厚度的均勻性，提高打印精度。

進(jìn)一步的方案是，多個(gè)通氣微孔沿成型槽的高度方向布置。

由上可見，多個(gè)通氣微孔沿成型槽的高度方向布置更便于進(jìn)行對通氣微孔間距的測量，即打印層厚的計(jì)算和設(shè)定，優(yōu)化打印機(jī)的打印性能。

進(jìn)一步的方案是，阻擋件滑動(dòng)連接于容納腔，阻擋件在成型槽的高度方向上平移。

由上可見，多個(gè)通氣微孔在成型槽的高度方向上成排布置，當(dāng)阻擋件組件從下往上解除對通氣微孔的阻擋密封時(shí)，則可實(shí)現(xiàn)成型槽內(nèi)成型材料液面高度的逐漸上升，以實(shí)現(xiàn)逐層固化；阻擋件設(shè)置于容納腔側(cè)防止成型材料進(jìn)入通氣微孔后的微量泄漏，結(jié)構(gòu)簡單且進(jìn)一步提高打印精度。

進(jìn)一步的方案是，容納腔的外壁和/或成型槽的外壁采用非透光材料制成。

由上可見，出于光固化成型材料的感光性，容納腔以及成型槽均采用非透光材料制成，可有效防止未使用或者回收的樹脂成型材料與光接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)以及物理反應(yīng)，最后導(dǎo)致成型材料不可使用。

本發(fā)明第二發(fā)明目的提供的光固化三維打印機(jī)用的打印方法， 光固化三維打印機(jī)包括用于承載成型材料的成型槽、設(shè)置于成型槽上方的光固化裝置、容納腔和阻擋件，容納腔與成型槽之間設(shè)置連通通道，容納腔和成型槽之間由連接壁阻隔，連接壁上設(shè)置有通氣微孔，阻擋件可選擇地對通氣微孔進(jìn)行阻擋封閉；容納腔僅與成型槽連通，且容納腔僅通過連通通道和通氣微孔與成型槽連通；成型槽的底面為打印平臺；打印方法包括：（1）阻擋件對所有通氣微孔進(jìn)行阻擋封閉，容納腔中的成型材料從連通通道進(jìn)入成型槽；（2）光固化裝置照射打印平臺上的第一層成型材料并使該層成型材料固化；（3）移動(dòng)阻擋件使至少一個(gè)通氣微孔導(dǎo)通，容納腔中的成型材料再次從連通通道進(jìn)入成型槽；（4）光固化裝置照射成型材料并使該層成型材料固化于上一層已固化的成型材料上；（5）重復(fù)步驟（3）和步驟（4）直至打印品完成。

由上述方案可見，成型槽中需要的成型材料最先從容納腔經(jīng)連通通道到達(dá)成型槽中，此時(shí)容納腔氣壓處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)此時(shí)成型材料液面處固化完成后，阻擋件移動(dòng)，通氣微孔使容納腔與成型槽連通，氣壓變?yōu)榉瞧胶鉅顟B(tài)且空氣從通氣微孔進(jìn)入容納腔，一定量的成型材料再次從連通通道進(jìn)入成型槽中，直至成型材料漫越通氣微孔，氣壓再次到達(dá)平衡狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行下一層材料固化工作。其中，成型槽底部為工作平臺，不設(shè)置工作平臺的驅(qū)動(dòng)裝置，成型槽的尺寸得以最小化，且成型材料的液面不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，節(jié)約材料的同時(shí)提高了打印機(jī)的打印精度。

進(jìn)一步的方案是，在重復(fù)步驟（3）和步驟（4）直至打印品完成的步驟后，三維打印方法還包括：（6）將容納腔以及成型槽傾斜，成型槽中的成型材料從連通通道返回容納腔。

由上可見，步驟（6）為成型材料的回收步驟，只需將容納腔以及成型槽一同沿容納腔一側(cè)進(jìn)行傾斜，在氣壓條件下，成型槽上多余的成型材料則可通過連通通道返回到容納腔中，以備下次使用，實(shí)現(xiàn)成型材料的回收以達(dá)到節(jié)省效果。

進(jìn)一步的方案是，多個(gè)通氣微孔沿成型槽的高度方向等間距布置。移動(dòng)阻擋件使至少一個(gè)通氣微孔導(dǎo)通，還包括阻擋件在成型槽的高度方向從低往高平移使至少一個(gè)通氣微孔導(dǎo)通。

由上可見，多個(gè)通氣微孔逐漸打開則實(shí)現(xiàn)成型槽中成型材料液面以一定的單位高度上升，保證打印層厚度的統(tǒng)一性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明光固化三維打印機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明光固化三維打印機(jī)實(shí)施例另一狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明光固化三維打印機(jī)實(shí)施例另一狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明光固化三維打印機(jī)用的打印方法實(shí)施例的流程圖。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

光固化三維打印機(jī)實(shí)施例

參見圖1，圖1為光固化三維打印機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明光固化三維打印機(jī)包括相互連通的容納腔1和成型槽2，成型槽2的底部為打印平臺22，成型材料8容納在容納腔1內(nèi)，并且可以從容納腔1流向成型槽2，成型槽2上方的光固化裝置6對成型材料8進(jìn)行照射固化。

容納腔1的外壁與成型槽2的外壁均采用非透光材料制成，容納腔1與成型槽2之間設(shè)置有連通通道3，連通通道3實(shí)現(xiàn)成型材料8于容納腔1和成型槽2之間的流動(dòng)。連通通道3可為軟質(zhì)管道或者硬質(zhì)管道，連通通道3的入口31設(shè)置于容納腔1的底部，連通通道3的出口32設(shè)置于成型槽2側(cè)壁的底部；入口31與容納腔之間設(shè)置有第一密封件311以保證容納腔1的密封性，且連通通道3可從入口31處進(jìn)行拆卸。

容納腔1與成型槽2之間設(shè)置有連接壁5對容納腔1與成型槽2進(jìn)行阻隔，連接壁5上設(shè)置有沿成型槽2高度方向等距離布置的多個(gè)通氣微孔51，通氣微孔51實(shí)現(xiàn)容納腔1與成型槽2之間實(shí)現(xiàn)空氣流通。容納腔1內(nèi)靠近連接壁5的一側(cè)上設(shè)置有阻擋件4，阻擋件4與連接壁5鄰接。

阻擋件4與可相對于容納腔1滑動(dòng)，容納腔1的頂面上設(shè)置有阻擋件4的滑動(dòng)安裝位，阻擋件4一端與驅(qū)動(dòng)裝置7連接，另一端穿過滑動(dòng)安裝位后到達(dá)容納腔1內(nèi)部，在驅(qū)動(dòng)裝置7的控制下，阻擋件4沿所述成型槽2的高度方向上下滑動(dòng)。阻擋件4與容納腔1的連接處，即滑動(dòng)安裝位處設(shè)置有第二密封件41，以保證容納腔1的密封性；阻擋件4可在容納腔1內(nèi)沿成型槽2的高度方向平移，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對多個(gè)通氣微孔51的其中一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行阻擋封閉。其中，連通通道3的出口32與成型槽2底面上的打印平臺22位于同一水平面上，多個(gè)通氣微孔51均位于出口32的上方。

需要說明的是，容納腔1僅以連通通道3以及通氣微孔51與外界實(shí)現(xiàn)物質(zhì)或者空氣的交互，且容納腔1僅與成型槽2連通。

成型材料運(yùn)送原理：

參見圖2，結(jié)合圖1，圖2為光固化三維打印機(jī)另一狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的光固化三維打印機(jī)送料原理基于氣壓平衡原理，初狀態(tài)A設(shè)定為：容納腔1內(nèi)已經(jīng)存在有一定量的成型材料8，而成型槽2中沒有成型材料8，且阻擋件4對所有通氣微孔51進(jìn)行阻擋封閉。

設(shè)定打印機(jī)的打印工作從初狀態(tài)A開始進(jìn)行，此時(shí)容納腔1與成型槽2之間僅以連通通道3實(shí)現(xiàn)交互，在氣壓平衡自身調(diào)節(jié)作用下，容納腔1內(nèi)的成型材料8從連通通道3的出口31流向成型槽2內(nèi)，且同時(shí)外部的空氣從出口31經(jīng)連通通道3進(jìn)入容納腔1內(nèi)。

當(dāng)成型槽2內(nèi)成型材料8的第一液面81漫越出口31后，由于外部的空氣無法進(jìn)入容納腔1內(nèi)，在氣壓平衡下，容納腔1內(nèi)的成型材料8無法往外運(yùn)送，因此形成穩(wěn)定的第一液面81；此時(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)備7驅(qū)動(dòng)光固化裝置6對成型材料1進(jìn)行照射并形成首層固化層。

當(dāng)需要進(jìn)行下一層成型材料1的運(yùn)送時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7以控制阻擋件4向上平移，以解除阻擋件4對一個(gè)或多個(gè)通氣微孔51（接觸密封通氣微孔51的數(shù)量根據(jù)產(chǎn)品需要的打印層厚決定）的阻擋密封，氣壓平衡再次進(jìn)行自身調(diào)節(jié)，外部的空氣10從打開的通氣微孔51中進(jìn)入容納腔1中。相對地，容納腔1中的成型材料8則再次經(jīng)過連通通道3從出口31進(jìn)入成型槽2中，直至打開的通氣微孔51均被第二液面82漫越，氣壓再次達(dá)到穩(wěn)定平衡態(tài)，第二液面82穩(wěn)定形成，此后再次進(jìn)行固化加工；隨后同理循環(huán)進(jìn)行阻擋件4調(diào)節(jié)以及光固化加工，直至產(chǎn)品完成。

其中，容納腔1的進(jìn)料方式為：先驅(qū)動(dòng)阻擋件4對所有通氣微孔51進(jìn)行阻擋密封，將連通通道3從入口31處拆卸，材料通過正壓或負(fù)壓從入口31處進(jìn)入容納腔1內(nèi)，其后再將連通通道3重新連接即可。

本發(fā)明光固化三維打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，打印平臺22與成型槽2一體或相對固定，固定的打印平臺22消除液面的晃動(dòng)，提高打印精度；無需在成型槽2內(nèi)設(shè)置升降機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)打印平臺22的升降以形成不同的固化層，因此成型槽2的體積可設(shè)計(jì)為更小，或是說成型槽2的尺寸可調(diào)范圍更廣，同時(shí)成型槽2整體有效利用，成型槽2設(shè)計(jì)得更小的同時(shí)，成型材料8則得到有效利用，其只需將容納腔1和成型槽2同時(shí)傾斜一定角度，成型槽2內(nèi)的成型材料8則可返回容納腔1內(nèi)，再次利用。

光固化三維打印機(jī)的打印方法實(shí)施例

本實(shí)施例的打印方法基于光固化三維打印機(jī)，光固化三維打印機(jī)的結(jié)構(gòu)在以上的光固化三維打印機(jī)實(shí)施例以及送料方法實(shí)施例中已作介紹，故不再對其結(jié)構(gòu)贅述。

參見圖4，結(jié)合圖1，圖4為光固化三維打印機(jī)的打印方法流程圖。首先執(zhí)行步驟S1，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)阻擋件4對所有通氣微孔51進(jìn)行阻擋密封，成型材料8從容納腔1經(jīng)連通通道3進(jìn)入成型槽2內(nèi)，直至成型材料8漫越連通通道3的出口32，在氣壓平衡下，氣體無法進(jìn)入容納腔1內(nèi)，相對的成型材料8也無法再流至成型槽2中，因此形成穩(wěn)定的首層材料層。

其后執(zhí)行步驟S2，驅(qū)動(dòng)裝置7驅(qū)動(dòng)光固化裝置6對第一層成型材料8進(jìn)行照射，使第一層成型材料8固化為固化層。

然后執(zhí)行步驟S3，驅(qū)動(dòng)裝置7驅(qū)動(dòng)阻擋件4向上平移，解除阻擋件4對一個(gè)或多個(gè)通氣微孔51的封閉，使空氣從新從通氣微孔51進(jìn)入容納腔1中，部分成型材料8再次經(jīng)連通通道3從出口32進(jìn)入成型槽2，直至成型材料8漫越打開的通氣微孔51。

然后執(zhí)行步驟S4，驅(qū)動(dòng)裝置7驅(qū)動(dòng)光固化裝置6對成型材料8進(jìn)行照射，直至成型材料8固化于上一層固化層上；其后系統(tǒng)執(zhí)行判斷步驟S5，判斷產(chǎn)品是否打印完成，若沒有打印完成，則返回步驟S3，繼續(xù)循環(huán)步驟S3和步驟S4；

結(jié)合圖3，圖3為三維打印機(jī)材料回收狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖，若打印完成，則執(zhí)行步驟S6，驅(qū)動(dòng)裝置7驅(qū)動(dòng)容納腔1以及成型槽2以容納腔1一側(cè)往下運(yùn)動(dòng)的方向進(jìn)行側(cè)翻，成型槽2內(nèi)沒使用的成型材料8從連通通道3中重新進(jìn)入容納腔1中，且容納腔1內(nèi)的空氣10通過通氣微孔51外排，進(jìn)行成型材料8的回收，其后結(jié)束打印過程。

本發(fā)明光固化三維打印機(jī)的打印方法由于打印平臺穩(wěn)定于成型槽2底部，因消除了液面的晃動(dòng)而具有較高的打印精度；其次成型材料8得到充分利用而且便于回收與再次使用，降低打印成本的同時(shí)貫徹、響應(yīng)環(huán)保。

最后需要強(qiáng)調(diào)的是，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種變化和更改，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。