[发明专利]一种连续下沉式高效3D打印方法及设备

说明书

技术领域

本发明属于3D打印机及其打印方法技术领域，具体涉及一种连续下沉式高效3D打印方法及设备。

背景技术

现有的光固化3D打印技术，主要是基于叠层制造的原理。计算机通过对三维模型进行分层，获得每一层固化的几何参数，再通过逐层打印的方式来构造物体。这种逐层的打印方法受制于打印精度，需要减少单层厚度来保证打印精度，通常需要大量的时间来完成打印项目。

为了解决这一问题，美国北卡罗来纳大学的DeSimone团队开发出了一种改进的3D打印技术，称为“连续液体界面制造技术”(CLIP)，这种技术采用聚四氟乙烯作为透光底板，通过氧阻聚的原理，实现一种快速连续的3D打印过程。但是，该方法较复杂，需要定期更换聚四氟乙烯薄膜。同时，对于上拉式打印设备，由于重力和树脂阻力的作用，打印台与打印制品之间需要较大的结合强度，因此对于大型件的打印难度很大。此外，打印光需要透过聚四氟乙烯薄膜，这也会影响光的传输效率与传播路径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续下沉式高效3D打印方法及设备，该方法能够克服现有技术的不足，并具有成型速度较快、成型精度较高的优点。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种连续下沉式高效3D打印设备，包括封闭料槽和设置在封闭料槽上方的光源，其中封闭料槽的顶部为透明材质，封闭料槽内竖直地设置有滑轨，滑轨上设有打印台和用于控制打印台沿滑轨上下移动的伺服电机，封闭料槽的上部设有用于向封闭料槽内输送氧气并调节氧气的温度和压力的氧气输入及控制装置，封闭料槽的下部设有用于向封闭料槽内输送液态自由基引发光敏树脂的光敏树脂入料口。

所述的光源为面光源或激光光源。

所述的封闭料槽的上方设有用于将光源发出的光线射入封闭料槽中的反射镜。

基于所述的连续下沉式高效3D打印设备的连续下沉式高效3D打印方法，包括以下步骤：

1)获得打印成型参数：将设计好的样品三维CAD模型载入3D打印软件中，输入打印要求，由3D打印软件得出连续下沉式高效3D打印设备的打印成型参数；其中打印要求包括液态自由基引发光敏树脂中的引发剂浓度、打印类型和打印精度；打印成型参数包括打印台的下降速度、光源的发光波长和发射功率、以及注入的氧气温度和封闭料槽中的氧气压强；

2)注入氧气：向封闭料槽中加入液态自由基引发光敏树脂，对整个封闭料槽进行除气处理，然后通过氧气输入及控制装置向封闭料槽中注入氧气，使其达到步骤1)中的要求；

3)进行连续下沉式打印：将打印台移动到封闭料槽上部的光敏树脂固化位置，打开光源，使其发出满足步骤1)要求的光线，光线从封闭料槽的顶部射入，使得位于光敏树脂固化位置处的液态自由基引发光敏树脂进行固化成型，固化成型形成的打印半成品粘在打印台上并随着打印台连续向下移动，同时未固化的液态自由基引发光敏树脂不断向光敏树脂固化位置处进行补充并完成下一步的固化成型，直至整个样品成型完毕。

所述步骤2)中注入的氧气温度为-30～100℃，封闭料槽中的氧气压强为0～5bar。

所述步骤3)中打印台的下降距离的最小调节精度为10μm。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明利用在液态自由基引发光敏树脂液面上施加氧气，氧分子可在树脂表面形成氧分子浓度平衡点(即固化反应中液相引发剂分子对氧分子的消耗与气相氧气对氧分子的补充达到平衡)的原理，提出了连续下沉式高效3D打印方法。该方法采用氧气作为光源传播介质，避免了打印光源的影响，而下沉式打印可以满足大型、复杂结构制件的3D打印，同时该方法避免了传统3D打印的机械剥离过程，能够实现快速连续的3D打印，且该方法原理简单，操作方便，易于实现。此外，该方法可用于大型、复杂结构的3D打印制件成型，成型速度快，成型精度高。

本发明提供的连续下沉式高效3D打印设备，包括用于盛放液态自由基引发光敏树脂的封闭料槽，封闭料槽中设有能够连续下降的打印台，氧气通过氧气输入及控制装置通入封闭料槽中，并能够调控输入的氧气温度及压力，而且光源位于封闭料槽上方，其发出的光线能够通过顶部透明的封闭料槽照射到液态自由基引发光敏树脂中，因此能够保证液态自由基引发光敏树脂与氧气发生固化反应，且得到的打印半成品能够随着打印台连续下降，从而实现样品的连续下沉式3D打印。该设备具有结构简单，操作方便，成型速度快，成型精度高等优点，可用于大型、复杂结构的3D打印制件成型。

附图说明