[发明专利]使用双光源来控制凝固位置的3D打印部件

说明书

形成三维部件的装置和方法包括用一定体积的可固化树脂(30)填充贮存器(26)，所述树脂被配置为当暴露于第一波长的光(42)时经历第一反应以形成第一产物并且当暴露于第二波长的光(62)时经历第二反应以形成第二产物。所述第一产物和所述第二产物在所述树脂中的共同位置处的存在导致第三反应，所述第三反应在所述共同位置处产生固体聚合物。所述方法还包括：将所述第一波长的第一光源(34)引导到所述贮存器中；将所述第二波长的第二光源(54)引导到所述贮存器中，使得所述第一光源和所述第二光源在所述贮存器内的第一预定位置(78)处相交；以及允许所述第三反应在所述第一预定位置处形成所述固体聚合物。

技术领域

本公开总体上涉及3D打印，并且更具体地涉及使用双光源来控制凝固位置的3D打印部件。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

增材制造(AM)，也称为3D打印，是一种当前用于通过在空间限定位置有序沉积和凝固树脂材料使得部件被逐渐组装并且通常在一个维度上增长来制造原型和小批量零件的制造技术。虽然当前存在许多AM技术，但是立体平版印刷术(SLA)是利用紫外光(UV)可固化树脂的最商业化使用的类型之一。

UV可固化树脂通常需要一种配方，所述配方允许当暴露于特定波长的光时快速聚合，随后在移除该一个波长时立即停止固化。这些聚合反应通常是基于丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能聚合物，所述聚合物可为氨基甲酸酯、聚酯或聚醚。除了聚合物之外，这些配方通常还包含光引发剂(PI)，所述光引发剂在吸收UV光时经历快速的键断裂以产生催化剂并引发聚合。UV固化通常是快速的，并且可在一秒的时间范围内将液体树脂转变为固体。

为了通过UV固化树脂来进行3D打印，液体树脂通常被逐层固化。所需的原型通常在CAD程序中产生，所述CAD程序将零件切割成一系列具有适当厚度的基本上为2D的横截面层。然后将UV激光光栅化在打印液体的表面上，这使该层凝固成物体的2D横截面的形状。然后将凝固层向下变址一定距离，将新鲜树脂擦拭在表面上，并且将下一个2D层固化在前一层的顶部上，但沿着与固化第一层相同的平面进行。随着其他层的固化，凝固的零件继续降低并浸没到树脂浴槽中。当零件完成时，将其从浴槽中移除并冲洗以移除未固化的树脂。这种方法的一个变型使用数字光处理(DLP)系统来将整个层投射到浴槽的表面上，而不是使用光栅移动。另一个变型涉及在浴槽的底部上使用透明且半透性的窗口，随后将零件从浴槽中向上变址出来，而不是将零件降低到浴槽中。在所有这些方法中，仅沿树脂内的固定2D平面形成零件(即，凝固树脂)，并且使零件相对于该2D平面变址，使得零件的下一个2D横截面将与所述2D平面对准。

虽然对于一些应用有用，但是典型的3D打印过程可能具有一些缺点。一个这样的缺点可能是：如果支撑件未内置在3D打印零件中，则零件在树脂内翻转或移动。此外，由于清洗完成的零件，可能浪费树脂。一些其他缺点可能是逐层方法可能会降低零件的保真度，零件的变址可能会限制打印速率，可使用的典型树脂可能限于多种昂贵的专利树脂，并且典型的3D打印树脂的耐久性可能小于期望值。

本教导解决了部件的3D打印的这些问题，所述教导包括控制反应位点和速率的根本不同的设备和方法。

发明内容

在一种形式中，一种形成三维部件的方法包括用一定体积的可固化树脂填充贮存器，所述树脂被配置为当暴露于第一波长的光时经历第一反应以形成第一产物并且当暴露于第二波长的光时经历第二反应以形成第二产物。所述第一产物和所述第二产物在所述树脂中的共同位置处的存在导致第三反应，所述第三反应在所述共同位置处产生固体聚合物。所述方法还包括：将第一波长的第一光源引导到贮存器中；将第二波长的第二光源引导到贮存器中，使得第一光源和第二光源在贮存器内的第一预定位置处相交；以及允许第三反应在第一预定位置处形成固体聚合物。

根据另一种形式，所述方法还包括：调整第一光源和第二光源中的至少一者使得第一光源和第二光源在树脂内的第二预定位置处相交；以及允许第三反应在第二预定位置处形成固体聚合物。