[发明专利]一种3D打印机

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光技术进行三维实物模型制作的增材制造(即3D打印)设备，尤其是光固化的3D打印设备。

背景技术

目前公知的3D打印技术被誉为“第三次工业革命”，被广泛的应用于工业设计、医疗、教学、航空航天等领域。3D打印技术的主流技术包括激光立体光固化技术(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光熔化技术(SLM)、数字光处理技术(DLP)、三维打印黏结成型(3DP)等。

激光立体光固化技术(StereoLithographyAppearance，简称SLA)，是最早出现的快速原型制造工艺，SLA技术所用光源为激光，具有波长单一、光斑尺寸小和功率密度大的特点，通过精确控制扫描头，可以实现零件高速度、高精度加工。但现有的SLA系统设计复杂，在成型过程中，为了保证树脂液体加工表面的平整度，需要复杂且昂贵的设备去调节液面平整度，使得整体系统体积过大并且造价昂贵；另一方面，在成型过程中，往往需要一个大体积树脂储池，导致树脂材料利用率很低，昂贵的成本和过重的设备不利于SLA技术的推广及实用化。

熔融沉积成型(FusedDepositionModeling，简称FDM)，又称熔丝 沉积，是一种快速成型技术。FDM是将低熔点材料熔化后，通过由计算机数控的精细喷头按CAD分层截面数据进行二维填充，喷出的丝材经冷却粘结固化生成一薄层截面，层层叠加成三维实体。其特点是不采用激光系统，使用和维护简单，设备体积小巧，易于搬运，适用于办公环境易于被大众人群接受，但由于其需要保证出丝过程挤出速度和填充速度进行合理匹配，影响加工速度，挤出丝实际轮廓线超出理想轮廓线区域，影响成型件精度，相比SLA、DLP技术精度和打印速度有很大差距。

发明内容

针对以熔融沉积成型(FDM)技术为依托的3D打印设备打印速度低、成型精度低，以激光立体光固化(SLA)技术为依托的3D打印设备造价高、成型幅面偏小、树脂利用率低的特点，提出一种集加工速度快、成型精度较高、成型幅面大，树脂利用率高、成本较低的特点于一体的3D打印机。

一种3D打印机，其特征在于：包括计算机控制系统，紫外激光器，Z轴方向运动电机、Z轴平台，x/y轴数控系统，搭载在直线电机上的反射镜、储液池和补液箱；紫外激光经搭载在Y直线电机转子上的反射镜，反射至搭载在X直线电机转子上的反射镜，最终辐照到储液池中液态光敏树脂表面；储液池中有Z轴方向运动电机驱动的Z轴平台，Z轴平台上方为基托板，储液池通过压力控制装置与补液箱相连接；通过控制反射镜和Z轴平台的运动实现紫外激光束对液态树脂的 固化，所述基托板的材质为聚苯乙烯树脂，所述聚苯乙烯树脂的成分组成包括高抗冲聚苯乙烯、通用级聚苯乙烯、抗氧剂、白油和炭黑；其中高抗冲聚苯乙烯的重量含量为85％-95％，通用级聚苯乙烯的重量含量为8％-27％,抗氧剂、白油和炭黑为余量。

进一步，Z轴平台下方的设有活动隔板与储液池的底部密闭连接，所述丙烯酸酯橡胶的制备步骤为：

(1)首先将各原料按照重量含量用高速搅拌机搅拌混匀15min；

(2)然后转入双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却；其中，挤出时双螺杆挤出机的料筒温度为：后段190-220℃，中段220-230℃，前段225-230℃，机头温度245-250℃，机头压力：5-9Mpa；

(3)最后造粒得圆柱状颗粒产品；

所述加工助剂为白油；

所述稳定剂为抗氧剂；

所述染料为炭黑。

进一步，紫外激光器波长在355～405nm。

X方向直线电机运动速度在2m/s～7m/s，加速度40～50m/s2；Y方向直线电机运动速度在2m/s～7m/s，加速度20～30m/s2。

本发明中所用的紫外激光器波长单一、光斑尺寸小、功率密度大，在极端的时间内即可实现树脂的固化，故可实现比FDM技术更快速、更精确的成型。而该方法所用激光器仅为普通紫外光源，对光束进行一定准直聚焦后通过反射镜的运动即可控制光束在加工件正上方的移动，而不需要复杂的光学系统，也不需要苛刻的工作环境，加之使 用带活动隔板和补液箱的储液池，设备成本和使用成本相对SLA技术要更低。