[发明专利]一种利用光固化3D打印机的打印方法以及3D打印系统

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别涉及一种以旋转方式局部固化的3D打印方法以及利用该方法的3D打印系统。

背景技术

目前，光固化成型装置主要包括SLA光固化3D打印机以及DLP光固化打印机。

其中，SLA光固化3D打印机具有能够容纳液态光敏树脂的光敏树脂池以及用于承载打印薄层的承载平台。其采用将特定波长(405nm)的激光聚焦到液态光敏树脂表面，使之由点到线、由线到面的固化，最终完成第一个薄层的固化。然后承载该薄层的承载平台向上移动一定距离并且停止数秒，之后承载平台向下移动，使第一薄层至液态光敏树脂池底部的距离等于第二薄层厚度。以激光照射液态光敏树脂，则第二薄层固化于第一薄层的下表面之上。以此类推，通过薄层的累积，最终形成打印物体。这样操作是由于液态光敏树脂具粘度，流动性差，因此需要有足够的时间等待液态光敏树脂在承载平台与光敏树脂池的底部之间的空隙中均匀分布。由于承载平台需要在薄层的固化间隔向上运动、停止、向下运动，因此，这样的打印过程不连续，导致打印效率下降。

另一种DLP光固化3D打印机是采用DLP投影设备，将图案直接照射到液态光敏树脂的表面，使其固化成第一薄层。之后与SLA光固化3D打印机相同，承载平台需要上升、停止、向下运动，开始固化叠加于第一薄层下表面的第二薄层。以此类推，最终形成打印物体。DLP光固化3D打印机具有与SLA光固化3D打印机相同的缺陷，打印过程被间断，从而影响了打印效率。

因此，提供一种新的打印方式以提高打印效率的方法成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用光固化3D打印机的打印方法，包括单层打印步骤：

设定横截面图案：确定待打印物体的横截面图案以及横截面厚度；

设定扫描区域：设定能够覆盖所述打印物体的横截面图案的圆，并以所述圆的一部分扇形区域为扫描区域；

旋转显示：使所述扫描区域沿所述圆的圆心顺时针或逆时针地转动，直至其轨迹遍布整个所述横截面图案；以LCD显示单元同步显示处于所述扫描区域内的图案；

照射固化：执行旋转显示步骤的同时，以光束透过所述LCD显示单元照射液态光敏树脂，使得所述液态光敏树脂以与所述扫描区域内的图案相同的形状且以所述横截面厚度固化于承载单元上。

在本发明的一些实施方式中，所述打印方法包括：重复所述单层打印步骤，以形成多个具有所述横截面厚度的叠加的薄层，直至形成完整的打印物体；在此过程中，所述承载单元连续移动。

在本实施方式中，承载单元连续移动，以使下一薄层固化于上一薄层，最终形成完整的3D打印物体。在形成一个薄层的过程中，承载单元移动一定的距离时，液态光敏树脂按照扫描区域显示的图案固化于承载单元。因此，薄层的固化程度具有梯度，即先被固化的区域由于照射时间达到预定时间，因此固化程度高，而后被照射的区域由于照射时间暂未达预定时间，固化程度略低。液态光敏树脂不断的补充到承载单元或薄层与光敏树脂池之中，完全不同于现有的每打印一层都要停滞一段时间的3D打印方法，打印效率得到显著提升。

在本发明的一些实施方式中，在所述旋转显示步骤和所述照射固化步骤中，所述承载单元移动一个所述横截面厚度时，所述扫描区域的转动轨迹至少一次遍布所述待打印物体的横截面图案。

在本发明的一些实施方式中，所述扇形的面积为1/4所述圆的面积。

在本发明的一些实施方式中，所述LCD显示单元以透光部分和遮光部分组成所述图案。

本发明还提供了一种光固化3D打印系统，包括：用于根据待打印物体的横截面图案设定能够覆盖所述打印物体的横截面图案的圆，并以所述圆的一部分为扇形单位扫描区域的控制单元；用于根据所述控制单元设定的所述单位扫描区域的运动轨迹，同步显示处于所述单位扫描区域内的图案的LCD显示单元。

本发明提供的一种利用光固化3D打印机的打印方法，由于液态光敏树脂具有一定粘度，因此局部固化部分会对液体形态的光敏树脂存在较强的分子间作用力，使得液体形态的光敏树脂被牵拽到形成的薄层和光敏树脂池底部的间隙中，以利于随后的光固化。因此，本发明具有很高的成型精度以及相对于现有打印方法20～100倍的成型速度。

附图说明

图1为所采用的3D打印机的结构示意图；

图2为选定的待打印物体；

图3为图2所示的待打印物体的一个横截面图案；

图4为图3所示横截面图案处于圆形区域内的示意图；