[发明专利]一种光固化3D打印装置与方法

说明书

本发明涉及一种光固化3D打印装置与方法，装置包括：树脂槽、打印平台和光源系统，其特征在于，所述树脂槽的底面为硬质透明板，所述硬质透明板上设有透明的水凝胶层；所述打印平台位于树脂槽上部；所述光源系统的光源设置在硬质透明板下部。该装置能显著降低离型时的拉拔力，进而提高打印速度，提高大截面模型打印的成功率。

技术领域

本发明涉及快速成型技术，具体涉及一种光固化3D打印装置与方法。

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打印主要包括两类技术：立体光刻快速成型技术(Stereolithography,SLA)和数字光处理技术(Digital LightProcessing,DLP)。其中，DLP的工艺过程是设计出三维实体模型并进行切片处理，产生的图像通过数字投影仪投射到液态光敏树脂表面，使特定区域内的树脂固化。然后打印平台往上移动一定距离，待已固化层表面完全补充上液态树脂后，进行下一次投影，使后续固化层粘结在前一固化层上，这样层层叠加最终形成三维模型。

DLP型的打印设备目前多采用硅胶或者聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)薄膜作为树脂槽中的上表面(也就是通常说的离型膜)与液态光敏树脂直接接触。以广泛使用的FEP膜为例，光敏树脂固化过程中与FEP膜之间会产生较大的粘结力，导致打印平台上升时模型与FEP膜产生较大的拉拔力。这个拉拔力会形成两个问题。第一，打印平台如果只是抬升分层厚度(比如50微米)，模型并不能与FEP膜分离。所以通常是抬升几个厘米的高度，再下降至分层厚度所需高度，这一过程大大降低了打印效率。第二，如果固化层的面积过大，随之产生的拉拔力也就越大，很有可能在打印平台上升的过程中导致模型损坏。

为了减小拉拔力，现有技术中对打印装置也进行了不同的改进。例如，CN105946237 A公开一种用于三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，包括计算机控制系统、打印平台、DLP投影系统、供料系统、树脂液槽以及用于驱动树脂液槽的树脂液槽平向往复运动系统，在树脂液槽底部透明玻璃的上表面涂覆有PDMS薄膜。PDMS薄膜还是会与模型存在较大的拉拔力，而且增加了树脂液槽平向往复运动系统，导致装置的结构变得复杂。CN 106466918 A公开一种降低光照式拘束液面成型拉拔力的三维打印装置，包括：树脂槽、成型机构和动态光罩产生器。树脂槽具有透光性的底板，底板包括一弹性层及设置于该弹性层上的离形薄膜。由于离形薄膜的材质为铁氟龙，还是存在与模型存在较大的拉拔力。无效有效地解决打印平台上升时模型与离形薄膜产生的拉拔力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光固化3D打印装置，能显著降低离型时的拉拔力，进而提高打印速度，提高大截面模型打印的成功率。

本发明所提供的技术方案为：

一种光固化3D打印装置，包括：树脂槽、打印平台和光源系统，所述树脂槽的底面为硬质透明板，所述硬质透明板上设有透明的水凝胶层；所述打印平台位于树脂槽上部；所述光源系统的光源设置在硬质透明板下部。

本发明在树脂槽的底面上引入了透明的水凝胶层。水凝胶是一种亲水性高分子网络形成的软物质，具有非常高的含水量，其表面始终存在一层稳定的水膜。光敏树脂通常具有疏水性，不会扩散、渗透进入水凝胶层中。光敏树脂固化时形成的是固体树脂，固体树脂与液体水膜就形成了固-液界面，界面处的粘结力远远低于常规树脂槽使用硅胶或FEP膜时的固-固界面的情况，导致离型时的拉拔力大大地降低。

本发明中硬质透明板主要起支撑作用，硬质透明板需要满足的条件是高透明度、强度及稳定性。硬质透明板可以选自高硼玻璃、石英玻璃等高透明度无机玻璃，也可以选自高透明度有机塑料如亚克力、聚碳酸酯、聚氯乙烯等。作为优选，所述硬质透明板为高硼玻璃、石英玻璃或亚克力。

本发明中硬质透明板的厚度为0.5～10mm，优选为1～5mm。