[发明专利]3D成型装置及其成型槽

说明书

本发明提供一种快速成型的3D成型装置，其包含一成型槽、一成型平台、一升降机构及一光源模块。成型槽包含一底座、一环壁及一硅胶膜，底座围设形成一开放腔室，环壁设置在底座上，硅胶膜水平配置且固定在环壁的底缘，硅胶膜封闭环壁的底部且露出在开放腔室内。成型平台悬设在成型槽的上方且向下对应环壁围设的范围内配置。升降机构连接成型平台以相对于硅胶膜升降移动成型平台。光源模块对应成型平台的位置设置在硅胶膜下方以穿透硅胶膜投射光线至成型平台与硅胶膜之间。

技术领域

本发明有关于3D成型装置，特别是一种快速成型的3D成型装置。

背景技术

光固化成形机(stereolithography；SLA 3D printer)的成形原理是通过紫外光照射一水槽内盛装的成形液(光固化树脂；UV resin)的特定区域使该区域固化成一切层，重复前述步骤在已固化的切层上继续固化另一切层，由此层叠堆积成成品。一般的光固化成形机依其紫外光的照射方向区分为由上向下照设的上照式成形机以及由下向上照设的下照式成形机。

本发明是关于下照式成形机，下照式成形机的水槽需为可透光，置在水槽下方的紫外光源方能穿透水槽照射水槽内盛装的成形液。下照式的成形机包含设在水槽上方的一成形平台，成形平台降下沉入成形液并与水槽的底部维持微小间距，紫外光照射成形平台范围内的特定区域使该区域内成形平台与水槽底部之间的成形液固化成一切层。接着，成形平台上移将前述切层上升使此切层与水槽的底部之间形成微小间距以供固化另一切层。切层容易黏结水槽的底部，致使成形平台无法快速上移。因此水槽的底部一般覆盖特殊的覆层使得切层容易脱离。现有的下照式的水槽大部分使用氟素薄膜(即铁氟龙)或硅化物膜作为水槽底部的覆层。

铁氟龙抗张力性强，一般以玻璃板作为水槽底部支撑于铁氟龙膜的下方以绷紧铁氟龙。当一层切固化完成后，平台往上移动时，因为层切与铁氟龙之间有结合力，造成铁氟龙被拉起，因此必须上下作动使对象脱离铁氟龙，造成打印时间大幅的增加，无法快速打印。

硅化物质软，一般以压克力板作为水槽底部，将硅化物原液倒在压克力板上固化后形成硅化物膜。硅化物可以本身可以吸收/渗透氧气，在打印过程中氧气会释放到水槽里面而在硅化物的表面形成一层氧抑制层，氧抑制层使固化的切层与硅化物黏着力下降而易于脱离。美国麻省理工学院(MIT)的Dr.Doyle group对此进行了一系列的研究，在2006年4月于Nature Materials Letters发表首篇关于利用氧抑制层达成快速固化光固化树脂的成果。接着在2008年10月于Macromolecules发表一模拟计算方法用于判断大气中的氧经由聚二甲基硅氧烷(PDMS)扩散进入设备后的分布。

Dr.Doyle group在2013年9月于Lab on a Chip发表“Synthesis of biomimeticoxygen-carrying compartmentalized microparticles using flow lithography”一文，记载于Lab on a Chip 13.24(2013):4765-4774)。此论文提到在光固化树脂中加入氟碳化物(PFC)，可以让氧气溶于氟碳化物。实验发现，当含量越高，氧抑制层的厚度也会越厚氟碳化物使固化的精度变差，且固化时间变长。其研究发现，在水槽中灌入惰性气体，可使固化精度越高。惰性气体可以使氟碳化物的含氧量降低，固化后的精度会更好，当水槽中的氧气浓度降低，氧抑制层的厚度也会降低。此论文探讨氧浓度对抑制层厚度和固化高度的影响，但没有使用高浓度氧，而是用大气，所以氧浓度最高的状况为21％。