[发明专利]一种光固化3D打印装置及方法

说明书

本发明公开了一种光固化3D打印装置及方法，对于树脂池下表面光照固化实现光敏树脂3D打印的工艺，为了将固化的树脂与下表面容器底剥离，使用可直线移动的铲刀；在铲刀的运动的前方，固化树脂与下表面容器底之间，存在一个填充光敏树脂的区域；依据3D打印需要，一维激光光束并照射该区域使光敏树脂固化；当一维激光束和铲刀同时运动时，即形成一边剥离一边固化的3D打印过程。与传统的先固化一层再用铲刀剥离的过程相比，本发明提供的装置及方法，其3D打印成型速度有数量级的提高。

技术领域

本发明属于智能制造领域，具体涉及一种光固化3D打印装置及方法。

背景技术

在光固化3D打印中，当激光光斑照射到光敏树脂表面后，光敏树脂被照射的区域即形成固化。现有的光固化3D打印设备中，主要采用从树脂池的上表面或下表面投影激光的方式进行打印。当采用激光从上表面投影进行打印时，每打印一层，打印平台需要下沉一次，同时液态树脂流布再铺满表面，继续下一层的打印。显然，上表面投影打印工艺需要巨量的冗余光敏树脂液体，以完成完整的3D打印过程。考虑到光敏树脂材料高昂的价格，这对于多数用户是难以接受的。上表面投影打印工艺还有一个明显的技术问题是，由于树脂具有一定的粘稠度，因此在打印间隔期间难以在短时间内自动流布重新铺满表面，从而会影响打印速度。为解决这一问题，利用刮刀等外力驱动强行让树脂再次均匀铺满，是较为常见的手段。但是即使如此，仍然存在表面波动导致的厚度不均匀等问题，导致打印层的厚度方向一致性显著变差；另外，即使采用外力摊平，也需要一定的时间，对打印速度构成干扰。

所以当前光敏树脂3D打印方法，许多采用下表面投影工艺进行固化打印。因为下表面投影打印时，每打印完成一层打印基板向上提拉，因为树脂自重的原因，打印件与树脂池下表面之间留出来的空隙，马上会被树脂填满。这样就不需要外力驱动布满、没有表面波动导致厚度不均匀等上表面投影工艺难以克服的问题；也不需要过多额外的光敏树脂，原则上只要能够铺满光敏树脂池底、满足打印厚度就可以。

但是下表面投影工艺同样存在问题，因为光敏树脂固化时，不仅会与基板或基板上的固化层粘连构成打印产物一部分，同时还会跟透明的树脂池下表面形成粘连，这种粘连，在要提拉基板进行下一层打印时，将导致或者打印固化部分变形、开裂、失效，严重的还导致容器破漏、或者基板提拉机构损坏。所以，下表面投影打印工艺需要在完成一层打印时，利用铲刀将固化层从下表面刮下来，然后再提拉、进行下一层打印。而利用铲刀将固化层铲下来的过程，将消耗一定的打印时间，如果将铲刀工作的时间也利用起来，将极大的提高3D打印的效率。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种方案简单，可实现光敏树脂高速3D打印的光固化3D打印装置及方法。

本发明针对在树脂池下表面进行光照固化的3D打印的装置，为了将固化的树脂与下表面容器底剥离，故而将树脂池底部设置为柔性透明底，并搭配铲刀使用。该装置在工作时，在铲刀的运动的前方，光固化树脂与树脂池底之间，存在一个填充管固化树脂的区域；激光光源装置依据3D打印物体的规划数据，输出的一维激光光束，照射该填充区域即照射区域，即可实现打印区域中宽度方向上一个线形区域的光固化；伴随着光源装置沿着打印区域长度方向上的线性移动，一维激光光束可以完成该打印平面的打印工作；其次，在激光光源装置移动的同时，铲刀也随光源装置作直线运动，并可以利用铲刀对柔性透明底的向下压迫，和柔性透明底自身的弹性，使之前照射区域已固化的树脂与黏连的柔性透明底局部相剥离。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种光固化3D打印装置，包括树脂池、打印基板、提升机构、柔性透明底、铲刀、光源装置、光源位移装置；所述光源装置位于树脂池的下方，所述柔性透明底设置在树脂池的底部；在工作时，所述铲刀向下压迫柔性透明底，并使其发生弹性形变；所述光源装置产生一维激光光束，并在光源位移装置的作用下作直线运动；所述光源位移装置的移动方向与一维激光光束的照射区域垂直；所述一维激光光束照射在柔性透明底上的照射区域，其水平位置高于铲刀的上表面；所述铲刀追随光源装置作直线运动。