一種高速光固化3d打印裝置和打印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高速光固化3D打印裝置和打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]快速成型(RP)技術(shù)是九十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是為制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù)，對促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動(dòng)作用。
[0003]SLA (Stereo Lithography Appearance，立體光固化成型法)是最早實(shí)用化的快速成形技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹脂原料。其工藝過程是，首先通過CAD設(shè)計(jì)出三維實(shí)體模型，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行切片處理，設(shè)計(jì)掃描路徑，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制激光掃描器和升降臺的運(yùn)動(dòng)；激光光束通過數(shù)控裝置控制的掃描器，按設(shè)計(jì)的掃描路徑照射到液態(tài)光敏樹脂表面，使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化后，當(dāng)一層加工完畢后，就生成零件的一個(gè)截面；然后升降臺下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進(jìn)行第二層掃描，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。
[0004]DLP (Digital Light Process1n)全稱叫“數(shù)字光投影”技術(shù)，基于DLP的打印工藝與SLA光固化成型方法類似，都是采用液態(tài)光敏樹脂為原料。不同之處在于，DLP采用數(shù)字投影儀作為光源，而SLA為激光頭。其工藝過程是，首先通過CAD設(shè)計(jì)出三維實(shí)體模型，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行切片處理，產(chǎn)生的許多幀圖像通過數(shù)字投影儀照射到液態(tài)光敏樹脂表面，使表面特定區(qū)域內(nèi)的一層樹脂固化。當(dāng)一層加工完畢后，就生成了打印件的一個(gè)截面，然后打印平臺移動(dòng)一定距離，等待固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，在進(jìn)行第二層照射，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型。
[0005]目前的DLP打印技術(shù)主要存在兩個(gè)問題。一、在底部數(shù)字投影儀的照射下，表面液態(tài)光敏樹脂的固化可以很快。但是過快的固化速度會使固化了的樹脂粘在下方的透光玻璃窗口上，將打印平臺與下面的玻璃窗口粘合，導(dǎo)致打印失敗。為解決該問題，申請?zhí)枮镃N201510045357.6的專利文獻(xiàn)公開了一種基于DMD的光固化成型方法，其采用工作的左電機(jī)帶動(dòng)樹脂槽的左端由上往下移動(dòng)的同時(shí)，右電機(jī)還同時(shí)帶動(dòng)樹脂槽的右端由上往下移動(dòng)，且左電機(jī)帶動(dòng)樹脂槽的左端移動(dòng)行程與右電機(jī)帶動(dòng)樹脂槽的右端移動(dòng)行程不同，從而使剛被固化的樹脂薄層與樹脂槽內(nèi)的液態(tài)樹脂相剝離，使得剛被固化的樹脂薄層很好地與樹脂槽內(nèi)的液態(tài)樹脂相剝離，相對減少液態(tài)樹脂對剛被固化的樹脂薄層的損害，從而提高了固化模型的精度。但是該方法操作復(fù)雜，同時(shí)在剝離過程中，容易損壞已經(jīng)固化的樹脂薄層。二、由于液態(tài)光敏樹脂具有一定粘稠度，在DLP打印平臺完成一層的固化并抬升后，光敏樹脂不會迅速填補(bǔ)打印區(qū)域的空缺，而是緩慢流入打印區(qū)域。在光敏樹脂填滿打印區(qū)域之前，是無法進(jìn)行照射固化的。需要等待光敏樹脂將打印區(qū)域完全填充后，再開始新一層的固化。目前DLP打印通常采用的方法是降低打印速度，在樹脂完全固化之前停止照射并上升打印平臺，使液體樹脂重新充滿縫隙，然后開始照射固化，并重復(fù)這個(gè)過程。正是這兩個(gè)原因，限制了光固化方式的3D打印速度。所以在提高光固化3D打印速度方面，不僅要解決光敏樹脂固化時(shí)附著在底板上的問題，還要增加底部液態(tài)光敏樹脂的流動(dòng)性，使光敏樹脂能夠在打印平臺抬升后快速補(bǔ)充空缺區(qū)域，以便開始下一層的照射固化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決光敏樹脂附著和液體的問題，本發(fā)明提供了一種基于透明抗粘層的高速光固化3D打印裝置，避免激光束照射下液態(tài)光敏樹脂在透明玻璃板上的粘附，并加速液態(tài)樹脂在打印完成區(qū)域的補(bǔ)充，提高打印速度。
[0007]本發(fā)明同時(shí)也提供了一種利用上述高速光固化3D打印裝置進(jìn)行3D打印的方法，打印效率高。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0009]—種高速光固化3D打印裝置，包括裝有液態(tài)光敏樹脂的液池、打印平臺以及照射光源，所述液池底部設(shè)有與所述打印平臺和照射光源對應(yīng)的透明板，所述透明板朝向打印平臺的一側(cè)覆設(shè)有透明的抗粘涂層；
[0010]還包括:
[0011]設(shè)置在液池側(cè)壁的液體出口和液體入口 ；
[0012]將液體出口和液體入口相連的管路；
[0013]設(shè)置在所述管路上用于驅(qū)動(dòng)液態(tài)光敏樹脂在液體出口、液體入口和管路間循環(huán)流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元。
[0014]本發(fā)明在底部透光玻璃窗口上涂覆有透明抗粘層，透明抗粘涂層的表面能低于光敏樹脂，抑制光敏樹脂在底板上的附著。在數(shù)字投影儀激光束的照射下，液態(tài)樹脂快速固化而不會附著于底面涂層。解決了光敏樹脂因過渡附著造成破壞的技術(shù)問題。
[0015]本發(fā)明在液池底部打印區(qū)域兩側(cè)分別有樹脂循環(huán)管路的液體入口和液體出口，在栗的驅(qū)動(dòng)下，液態(tài)光敏樹脂從一側(cè)流出并從另一側(cè)流入，保持底部液態(tài)樹脂的流動(dòng)狀態(tài)，提高液態(tài)光敏樹脂的流動(dòng)性。當(dāng)打印平臺完成一側(cè)打印向上抬升后，流動(dòng)的液態(tài)光敏樹脂可以迅速填補(bǔ)因打印件抬升產(chǎn)生的空缺區(qū)域。完美解決了液態(tài)光敏樹脂流動(dòng)性差的技術(shù)問題。
[0016]本發(fā)明的照射光源可選用數(shù)字投影儀或者激光產(chǎn)生裝置，用于對固化提供光源。
[0017]作為優(yōu)選，所述打印平臺與透明板之間形成打印區(qū)域，所述液體出口和液體入口設(shè)置在液池底部，直線對稱的設(shè)置在所述打印區(qū)域兩側(cè)。采用該技術(shù)方案，保證在打印區(qū)域所在的平面，液態(tài)光敏樹脂的流動(dòng)性更好，填補(bǔ)效率更高。
[0018]作為優(yōu)選，所述液體出口和液體入口處分別設(shè)有出口管和入口管，出口管和入口管端部均為相互對正的扁嘴形結(jié)構(gòu)。采用扁嘴形結(jié)構(gòu)，可以在打印區(qū)域所在的平面形成涵蓋范圍大且穩(wěn)定的液體流動(dòng)，提高打印效率的同時(shí)，保證了打印質(zhì)量。
[0019]作為優(yōu)選，所述透明抗粘涂層采用納米防水鍍膜。作為進(jìn)一步，所述抗粘涂層為特氟龍薄層或臺灣摩奇納米噴霧式鍍膜層或聚二甲基硅氧烷薄膜。
[0020]作為優(yōu)選，還包括控制器，所述控制器在打印平臺上打印區(qū)域的液態(tài)光敏樹脂固化完成后，關(guān)閉所述照射光源，同時(shí)驅(qū)動(dòng)打印平臺上移設(shè)定距離，開啟所述驅(qū)動(dòng)單元，液態(tài)光敏樹脂填補(bǔ)完成后再關(guān)閉驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)打開照射光源，進(jìn)行下一循環(huán)的固化流程。本發(fā)明中，照射光源的投影數(shù)據(jù)由控制器同步提供，與打印層結(jié)構(gòu)信息一一匹配。所述的控制器一般可采用計(jì)算機(jī)。
[0021]作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)單元可采用液體栗。
[0022]本發(fā)明還提供了一種利用上述任一技術(shù)方案所述的高速光固化3D打印裝置進(jìn)行打印的方法，包括:
[0023](I)利用照射光源對位于液池內(nèi)打印平臺進(jìn)行照射；照射光源的投影數(shù)據(jù)一般由計(jì)算機(jī)提供；
[0024](2)待打印平臺上打印區(qū)域固化后，向上移動(dòng)打印平臺設(shè)定距離，固化層與所述抗粘涂層分離；打印平臺移動(dòng)的距離，由計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)定，與三維層結(jié)構(gòu)切片數(shù)據(jù)一致；
[0025](3)開啟驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)液池內(nèi)液體從液體出口向液體入口流動(dòng)，充滿打印平臺與透明板之間的打印區(qū)域；
[0026](4)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)開啟照射光源，返回步驟(I)，循環(huán)下一層的打印，最終得到3D打印產(chǎn)品。
[0027]本發(fā)明具有的有益的效果是:
[0028]本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于采用低表面能的透明抗粘涂層涂覆于底部玻璃表面，解決由于過快的激光照射導(dǎo)致的固化光敏樹脂粘附在玻璃板上的問題。液態(tài)光敏樹脂固化時(shí)的附著問題。同時(shí)采用液態(tài)樹脂循環(huán)管路，使底部的液態(tài)光敏樹脂處于流動(dòng)狀態(tài)，提升光敏樹脂的補(bǔ)充效率。
[0029]由于解決了光敏樹脂固化附著和流動(dòng)性差的問題，采用此方法的SLA打印，打印平臺可以在打印過程中較為連續(xù)的抬升，提高打印速度。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的高速光固化3D打印裝置的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
[0031]圖2是本發(fā)