[发明专利]一种使用瓶刷状硅橡胶为离型膜的光固化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，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瓶刷状硅橡胶层，其模量为1～150kPa；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。与普通硅橡胶离型膜相比，该装置能显著降低离型时的离型力。本发明提供的光固化3D打印装置与方法能显著降低离型时的离型力同时对光敏树脂具有更好的兼容性。

技术领域

本发明涉及快速成型技术，具体涉及一种使用瓶刷状硅橡胶为离型膜的光固化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，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 Light Processing,DLP)。其中，DLP的工艺过程是借助计算机技术进行三维建模—二维切片并将产生的二维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。然后打印平台由螺杆驱动上移一定距离，待液态树脂完全流平后，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普通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。不管使用普通硅胶或者FEP膜作为离型膜，光敏树脂固化过程中与离型膜之间会产生较大的粘结力，导致打印平台上升时模型与离型膜产生较大的离型力。较大的离型力会导致打印速度慢、打印成功率低。

发明专利US009598606B2公开了一种CLIP技术，该技术使用一种透氧的含氟高分子膜作为离型膜。由于氧阻聚效应，使用透氧的离型膜可以形成一层未固化的液体层，从而降低的离型力。该技术需要控制氧气浓度，设备比较复杂，成本比较高。发明专利CN201811608159.6公开了一种水凝胶离型膜。水凝胶的超低模量(几十kPa)会带来不同的离型机制，导致了较低的离型力。该技术成本较低，但是水凝胶离型膜的弊端是与亲水的光敏树脂不兼容，亲水的光敏树脂的容易渗透进入水凝胶离型膜内部。硅橡胶离型膜对材料的兼容性非常好，与水凝胶离型膜同属于一种软物质离型膜，但是普通的硅橡胶的模量较高(几个MPa以上)，无法达到类似水凝胶的超低模量(几十kPa)，其离型效果也无法与水凝胶相比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用瓶刷状硅橡胶为离型膜的光固化3D打印装置与方法，能显著降低离型时的离型力，同时对光敏树脂具有更好的兼容性。

本发明所提供的技术方案为：

一种使用瓶刷状硅橡胶为离型膜的光固化3D打印装置与方法，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瓶刷状硅橡胶(模量为1-150kPa)；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。

本发明的关键点是在树脂槽的底面上引入透明的瓶刷状硅橡胶作为离型膜。聚二甲基硅氧烷简称PDMS亦作硅橡胶，由于其具有低表面能、高透明度和高韧性等特点，已在工业、科研与日常生活中被广泛应用。硅橡胶是一种疏水疏油的物质，能有效地防止光敏树脂粘滞在其表面，亦或是扩散、渗透进入硅橡胶层中。但目前商业化的PDMS，例如道康宁184等，通常因高分子链缠结密度大，导致模量较高无法低于200kPa的阈值，从而难以发生类似水凝胶离型膜的变形。因此，应用于3D打印的普通硅橡胶离型膜会与打印模型存在较大的离型力。

本发明公开了一种“瓶刷状”的硅橡胶作为离型膜。瓶刷状的硅橡胶由于分子链与分子链之间结构疏松，交联密度低，突破传统硅橡胶200kPa的模量阈值，其模量可以控制在1～150kPa之间。

所述的瓶刷状硅橡胶可以通过如下反应机理得到：