[发明专利]打印具平滑表面的三维结构体和打印制品的方法

说明书

技术领域

本创造发明是有关三维结构体的打印方法的。这种打印方式已经众所周知。比如国际专利申请WO 2010/091 888 A1展示的使用光导向结构照射基板的方法，这种光导向结构由几乎透明的材料制作的大量溶滴印刷，通过喷墨打印机的方式一层累积到另一层上，一排并一排到基板为止。

背景技术

通过现有技术，印刷结构体可通过后期加工进行平滑处理，如研磨、砂磨、冲刷、上漆等，以获得高品质的平滑表面。这一方法的一个缺点是这种后期加工增加了制造时间，产生额外成本，因为要在打印过程后将打印制品放入额外的后期加工工具中。尤其注意的是要将打印制品精确定位定向在后期加工工具中。

发明内容

(一)要解决的技术问题

因此本创造发明的目的是提供一种印刷三维结构体的方式，使这一三维结构体在印刷后即有平滑表面，彻底避免昂贵又耗费时间的后期加工步骤。

(二)技术方案

这一创造发明的目的可以通过打印具平滑表面的三维结构体的如下步骤实现：第一步将打印材料的溶滴一个挨一个或者一个在另一个上沉积，通过光照射固化沉积溶滴来建立三维预模型；第二步是通过在相邻的沉积溶滴的边界区和/或表面的边缘使用补充溶滴来使三维预模型的至少一个平面呈现平滑状态，这样打印具有平滑表面的三维结构体。

这样就可以打印至少具备一个平滑表面的三维结构体，因为实际印刷过程产生的预模型表面的边缘和其他凹凸不平处都经补充溶滴平滑处理了。这一方法在打印过程中添加一道额外的程序，即在打印机内部加工预模型的表面，这样就不需要其他后期加工步骤来获得具有高品质平滑表面的三维结构体打印产品了。更重要的是，可以在短时间内打印预模型，如通过使用更大更快的固化单体或聚合物溶滴，仅在需要的时候使用密集又费时的平滑化过程。其结果是，制造类似三维结构体的打印制品的生产时间和成本与现有技术相比大大缩小。打印材料主要包括印刷墨，如透明或半透明的油墨用来印刷具光导向结构的制品，如透镜(凹的、凸的或菲涅尔透镜)、棱镜或光导体，或几乎印刷任何固体的有色印刷油墨。可以想象的是，为了建立有色以及/或者带图案的三维结构体，要使用不同颜色的印刷墨。最好的是，印刷墨包含UV固化液态单体，通过固化成为聚合体。最好的是，将溶滴打印在基板上。基板可以是打印制品的一部分或者支撑板，仅在打印过程支撑沉积溶滴。可以想象的是，三维结构体的平滑表面由补充层涂覆，使凹凸表面变平滑。

根据本发明的优选实施方案，补充溶滴的位置依靠沉积溶滴的位置计算。较好的是，由打印头喷射出建立预模型的溶滴。首先，计算建立预模型的个别溶滴的位置(这些信息被称为打印数据)。随后，将打印头移至计算好的位置，以准备在倾向的位置上沉积特定溶滴。可以通过组成预模型的溶滴位置计算出平滑预模型表面需要的补充溶滴的数量、位置以及/或者尺寸，因为预模型形状的边缘和凹凸不平信息可直接从印刷数据中导出。最好的是，根据印刷数据和算法计算打印预模型的3D模型，找出3D模型形状的边缘和凹凸不平处，并计算如何通过补充溶滴平滑边缘和凹凸不平处。然后，用打印头将需要的补充溶滴打印出来，平滑表面。

根据本发明的另一优选实施方案，在中间步骤测量预模型表面的形状，也就是第一步和第二步中间。补充溶滴的位置根据预模型的形状计算。因此可依靠预模型实际的形状来沉积补充溶滴以平滑预模型的表面。这一方式可以弥补未能在理论上预测出的预模型表面偏差的问题。测量步骤使用光学相机。可以想象的是，使用测量装置的打印头是欧洲专利申请(申请号EP11000072.6，尚未发表)提出的。本发明使用了这种方法，所述预模型的真正形状使用这种测量装置测量。这一欧洲专利申请号EP11000072.6公开的内容在此引用并入本文。

根据本发明的另一优选实施方案，第二个步骤中沉积的补充溶滴比第一步骤沉积的溶滴的平均直径要小。这样就可以相对较快地建立预模型，并填补预模型的凹凸不平的表面，以获得更高品质的平滑表面。最好的是，在第二个步骤沉积的补充溶滴经光照射固化。

本发明的另一优选方案实施过程中，第二个步骤的补充溶滴在一定时间段后才开始固化过程，这使沉积的补充溶滴分散开并且/或者与相邻的沉积溶滴融合，然后再进行固化。这一方式使补充溶滴至少部分扩散，并与预模型的相邻沉积溶滴融合，然后才经彻底固化，以改善表面的光滑度。