CN111231309A

CN111231309A - 一种下沉式3d打印设备及打印方法

Info

Publication number: CN111231309A
Application number: CN202010097638.7A
Authority: CN
Inventors: 吴晶军; 谢涛
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明公开了一种沉式3D打印设备，包括1个光源及光源移动机构、2个以上树脂槽、与树脂槽数量相同的打印平台及升降机构、与树脂槽数量相同的刮刀。本发明还公开了一种上述下沉式3D打印设备的打印方法：1)光源在第1个树脂槽上方投影，第1个树脂槽中的树脂固化；2)投影完毕后，打印平台下降，刮刀开始运动强制刮平树脂液面，同时光源移动至第2个树脂槽上方；3)重复步骤1)‑2)，直至光源依次将所有树脂槽内的树脂都投影一遍；4)光源重新移动至第1个树脂槽上方，开始第二层投影，重复步骤1)‑2)，直至光源将所有树脂槽内的树脂再投影一遍。本发明提供的下沉式3D打印设备及打印方法，大大提升了现有下沉式面投影3D打印的速度。

Description

一种下沉式3D打印设备及打印方法

技术领域

本发明涉及快速成型技术，具体涉及一种下沉式3D打印设备及打印方法。

背景技术

光固化3D打印使用液态光敏树脂作为打印材料，以特定波长的光进行固化，整个过程无机械力和加热过程，具有最高的成型精度。光固化3D打印机根据平台运动方式或光源位置可分为上拉式(底照式)和下沉式(顶照式)两种。

桌面型光固化打印机主要采用上拉式结构，树脂固化为受限固化，其离型过程中涉及已固化树脂与离型膜的剥离。所以，虽然采用上拉式结构的打印机具有更高的打印精度，但是为了保证离型的可靠性其成型面积相对较小。工业级光固化打印机通常采用下沉式结构，最具有代表性的就是SLA打印机。SLA打印过程中树脂固化界面为树脂-空气界面，不存在离型过程，所以SLA打印设备的成型面积可以大至100*100cm以上，非常适合工业级零部件打印。SLA的光源为激光，其点扫描的方式导致其打印速度非常低。

行业内还有一类打印机也采用了下沉式结构，但是用LCD屏或者DMD光机取代了激光，实现了面投影曝光，提升了打印速度。普利生机电的锐打系列打印机是这类中的代表。实际打印过程中发现，虽然投影曝光的时间大大缩短，投影完之后需要刮刀辅助树脂流平。这个过程根据树脂粘度和树脂槽大小的不同通常需要15s以上(这个过程中光源处于熄灭状态，所以也可以等效于打印过程中光源的“黑屏时间”)，甚至超过了投影曝光时间(根据树脂不同，通常在3-10s)。所以，整体的打印速度还是比较低的，而且很大程度受制于树脂流平过程的时间。

因此，如何提高下沉式3D打印机的打印速度是目前本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种下沉式3D打印设备及打印方法，大大提升了现有下沉式面投影3D打印的速度。

本发明所提供的技术方案为：

一种下沉式3D打印设备，包括1个光源及光源移动机构、2个以上树脂槽、与树脂槽数量相同的打印平台及升降机构、与树脂槽数量相同的刮刀。

其中，所述光源为基于DMD芯片的DLP光机或者LCD液晶显示屏。同时所述光源可通过步进电机或伺服电机的控制依次在不同树脂槽上方移动、投影。

作为优选，树脂槽的数量应该满足以下条件：一个树脂槽内刮刀运行一次的时间小于等于光源在所有树脂槽之间移动及投影一遍的总时间。其中，刮刀运行一次的时间由树脂粘度及树脂槽尺寸共同确定。树脂粘度越大，树脂槽尺寸越大，刮刀运行一次的时间越大。光源在树脂槽之间的移动速度通过电机控制，同时需考虑光源运动的精度。光源的投影时间由树脂的固化速度确定，固化速度越快，投影时间越短。

进一步优选，树脂槽的数量应该满足以下条件：一个树脂槽内刮刀运行一次的时间等于光源在所有树脂槽之间移动及投影一遍的总时间。

本发明还提供了一种基于上述下沉式3D打印设备的打印方法，包含如下步骤：

1)光源在第1个树脂槽上方投影，第1个树脂槽中的树脂固化；

2)投影完毕后，打印平台下降，刮刀开始运动强制刮平树脂液面，同时光源移动至第2个树脂槽上方；

3)重复步骤1)-2)，直至光源依次将所有树脂槽内的树脂都投影一遍；

4)光源重新移动至第1个树脂槽上方，开始第二层投影，重复步骤1)-2)，直至光源依次将所有树脂槽内的树脂再投影一遍。

作为优选，一个树脂槽内刮刀运行一次的时间小于等于光源在所有树脂槽之间移动及投影一遍的总时间。

本发明的技术关键点是采用1个光源和多个树脂槽结合作为一个整体的设备结构。当光源位于一个树脂槽上方，对该树脂槽内的树脂进行投影曝光的时候，其他几个树脂槽都是处于刮刀对树脂液面进行强制刮平的状态。从光源的角度来看，光源一直处于移动-投影曝光的状态。

此时，树脂固化一层的时间从t_总＝t_投影+t_刮平转变成t_总＝t_投影+t_移动。其中，t_总为树脂固化分层厚度所需要的总时间，t_投影为树脂固化分层厚度所需要的投影曝光时间，t_刮刀为刮刀运行一次所需要的时间，t_移动为光源在前后两个树脂槽之间移动所需要的时间。因为t_刮刀﹥﹥t_移动，而且通常t_刮刀﹥﹥t_投影，所以整体而言，树脂固化一层的时间大大降低，整体的打印速度就大大提高。

本发明提出的下沉式3D打印设备及打印方法所采用的光源为基于DMD芯片的DLP光机或者LCD液晶显示屏，所兼容的树脂为任何市售的或自制的与DLP光机或LCD液晶显示屏发射波长所匹配的光敏树脂。作为优选，DLP光机的发射波长为365nm、385nm、405nm、455nm，LCD液晶显示屏的发射波长为405nm。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明通过对单个光源与多个树脂槽的***集成，大大提升了打印速度。

(2)本发明提出的下沉式3D打印设备结构简单、成本非常低。

附图说明

图1为实施例中下沉式3D打印设备的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实际应用并不仅限于图示的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他替换实施例，都应被认为属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例中的下沉式3D打印设备包括1个光源1、光源传动机构2、4个树脂槽5(从左到右依次为第1个树脂槽、第2个树脂槽、第3个树脂槽和第4个树脂槽)及对应的打印平台4和刮刀3。

其中，4个树脂槽5树脂槽的尺寸60*60cm，打印平台4的尺寸为45*45cm，光源1为WinTech 4K DLP光机，树脂槽5中的树脂6为自制光敏树脂(配方：NeoRad^TM U-25-20D 50份，IBOA30份，AgiSyn^TM 2836 20份，光引发剂8193份，苏丹三0.03份。该树脂100μm层厚时固化时间为3s)。

此实施例中，t_投影＝3s，t_移动＝2s，t_刮刀＝17s。

上述下沉式3D打印设备的打印方法，包含如下步骤：

1)光源1在第1个树脂槽上方投影，第1个树脂槽中的树脂6固化；

2)投影完毕后，打印平台4下降，刮刀3开始运动强制刮平树脂液面，同时光源1移动至第2个树脂槽上方；

3)重复步骤1)-2)，直至光源1依次将第2个树脂槽、第3个树脂槽和第4个树脂槽中的树脂6都投影一遍；

4)光源1重新移动至第1个树脂槽上方，开始第二层投影，重复步骤1)-2)，直至光源1依次将所有树脂槽内的树脂再投影一遍。

Claims

1.一种下沉式3D打印设备，其特征在于，包括1个光源及光源移动机构、2个以上树脂槽、与树脂槽数量相同的打印平台及升降机构、与树脂槽数量相同的刮刀。

2.根据权利要求1所述的下沉式3D打印设备，其特征在于，一个树脂槽内刮刀运行一次的时间小于等于光源在所有树脂槽之间移动及投影一遍的总时间。

3.根据权利要求1所述的下沉式3D打印设备，其特征在于，所述光源通过步进电机或伺服电机的控制依次在不同树脂槽的上方移动、投影。

4.根据权利要求1所述的下沉式3D打印设备，特征在于，所述光源为基于DMD芯片的DLP光机或者LCD液晶显示屏。

5.一种权利要求1-4任一所述的下沉式3D打印设备的打印方法，其特征在于，包含如下步骤：

1)光源在第1个树脂槽上方投影，第1个树脂槽中的树脂固化；

4)光源重新移动至第1个树脂槽上方，开始第二层投影，重复步骤1)-2)，直至光源将所有树脂槽内的树脂再投影一遍。

6.根据权利要求5所述的下沉式3D打印设备的打印方法，其特征在于，一个树脂槽内刮刀运行一次的时间小于等于光源在所有树脂槽之间移动及投影一遍的总时间。