CN103448248B - 用于光固化3d打印机的压板装置及面成型3d打印机 - Google Patents
用于光固化3d打印机的压板装置及面成型3d打印机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于光固化3D打印机的压板装置及面成型3D打印机，所示压板装置包括透明压板，透明压板上设有用于固定在光固化3D打印机的容器盒中的固定结构。面成型3D打印机，其特征在于，包括：容器盒，用于盛放液态的光固化材料；打印板，具有位于所述容器盒中的工作位，是产品的成型支持平台；驱动机构，用于驱动所述打印板在所述容器盒中上下移动；投影设备，其投影镜头位于所述打印板的上方，用于向所述打印板投射投影图像；压板装置，该压板装置位于所述容器盒中并介于所述投影镜头和所述打印板之间。本发明具有成本低、打印精度高、打印速度快、打印效果好的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及叠层制造设备，尤其是涉及用于光固化3D打印机的压板装置及面成型3D打印机。
背景技术
3D打印（3DPrinting）最早由美国麻省理工学院的JimBred和TimAnderson提出，他们基于一台普通的喷墨打印机设计出一台可粘接粉末的设备，该设备也成为最早的3D打印机。2009年3月在美国华盛顿举行的叠层制造发展研讨会（RoadmapforAdditiveManufacturing(RAM)Workshop）上，正式确定使用叠层制造（AdditiveManufacturing,缩略词为AM）一词来称呼3D打印技术，并就未来10年快速成型技术的发展做出了规划。目前主要的叠层制造技术包括选择性激光烧结技术（Selectivelasersintering，缩略词为SLS），立体光刻成型技术（Stereolithography,SLA）,熔融沉积成型技术（FusedDepositionModeling,缩略词为FDM）等。选择性激光烧结技术使用高能量激光束对各种粉末材料进行烧结，所选用的粉末材料包括塑料、金属、陶瓷、玻璃等。立体光刻成型技术采用具有一定光强的激光束照射液态光敏树脂，树脂在光照下迅速固化形成所需形状。目前国际上美国的3Dsystem公司在该领域具有较强的研发实力。熔融沉积成型技术则是通过喷头挤压被加热熔化后的热塑材料成型，该技术由美国的Stratasys公司实用新型，其在该领域具有较大的市场优势。另外，因为FDM具有成本低的优势，目前国内市场上的3D成型设备以该技术为主。叠层制造技术（AM）在美欧已广泛应用于汽车、家用电器、计算机、航空航天、医学、建筑、科研等领域。AM技术已发展形成一个新产业，统计资料表明，近三年来，AM的市场营销以59%速度递增。
但是，目前快速成型技术的关键设备的引进价格昂贵，设备维修价格高、响应慢的缺点。而低价格设备的制作精度则非常不理想，例如：1500美元左右的设备，其精度大概是0.25mm。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有3D打印设备成功高昂、打印精度低、打印速度慢的缺陷，提供一种一种面成型3D打印机。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种用于光固化3D打印机的压板装置。
本发明的技术问题通过下述手段予以解决：
一种面成型3D打印机，包括：
容器盒，用于盛放液态的光固化材料；
打印板，具有位于所述容器盒中的工作位，是产品的成型支持平台；
驱动机构，用于驱动所述打印板在所述容器盒中上下移动；
投影设备，其投影镜头位于所述打印板的上方，用于向所述打印板投射投影图像；
压板装置，该压板装置包括固定于所述容器盒中并介于所述投影镜头和所述打印板之间的透明压板。
优选地，所述透明压板的下表面上（即朝向容器盒盒底与液面接触的表面）设有透明防粘连层。
所述压板装置的面积大于所述投影图像的面积，所述投影图像全部透射在所述压板装置的覆盖面之内。
所述压板装置在所述容器盒中的位置在前后、左右和上下方向上均可调节。
本发明的一种用于光固化3D打印机的压板装置，包括透明压板，所述透明压板上设有用于固定在光固化3D打印机的容器盒中的固定结构。
优选地：
所述透明压板的透光率大于80%，透明压板的下表面上设有防粘连层。
所述透明压板为石英板或无色玻璃板。
所述透明防粘连层为固定在所述透明压板表面的防粘连薄膜或涂敷在所述透明压板表面的防粘连涂层。
所述防粘连薄膜为全氟塑料薄膜。
所述防粘连涂层为硅胶膜涂层。
本发明基于图像投影进行立体快速成型，通过投影图像由下而上地以“面”为单位进行叠层，与现有技术通过机电控制喷头进行逐点打印的方式相比，具有以下优点：1）无需采用复杂的控制机电系统，可大幅的降低设备成本；2）由于是通过投影面成型进行打印，因此，相对于逐点打印的方式具有更高的效率，本发明打印同一产品所需的时间仅为普通3D打印机的20%；3）由于产品是逐层成型，其精度由投影图像决定，因而可轻易实现误差在0.01mm范围内的高精度打印。而且，本发明设置于容器盒中的压板装置能够用于抑制液态光固化材料的液面膨胀，从而能够避免打印出的产品出现如图1中所示的顶部凸起现象，图2所示为本发明的打印机所打印的产品，其顶部光滑无凸起。
本发明的压板装置底部优选设有防粘连层，可避免光固化材料在光照固化时粘结在压板装置上。
附图说明
图1是本发明具体实施例的面成型3D打印机的正视图；
图2是图1的面成型3D打印机的侧视图；
图3是图1的面成型3D打印机的的立体图；
图4是未设置压板装置时的打印产品结构示意图；
图5是设置压板装置后的打印产品结构示意图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
如图1-3所示，一种光固化3D打印机，其为面成型3D打印机，包括容器盒100、打印板200、驱动机构300、投影设备（图中未示出）、和压板装置400；容器盒100用于盛放液态的光固材料；打印板200具有位于容器盒100中的工作位，是产品的成型支持平台；打印板200与驱动机构300连接，驱动机构300用于驱动打印板200在容器盒100中上下移动以配合投影设备的投影图像逐层打印，获得最终的打印产品；投影设备的投影镜头位于打印板200的上方，用于向打印板投射投影图像；压板装置400设有与容器盒配合的固定结构，用于在容器盒100中进行固定，其固定在容器盒100中后位置介于投影镜头和打印板200之间，其优选包括透明压板和附着于所述透明压板朝向容器盒底的表面上的透明防粘连层。
上述面成型3D打印机的使用方法和打印过程为：在容器盒100中添加液态光固化材料（例如液态光敏树脂）至液面与压板装置的防粘连层相接触，优选液面高于压板装置的防粘连层但不超过压板装置的上表面，从而保证在整个打印过程中，压板装置能够始终压住液面；利用驱动机构300驱动打印板200靠近压板装置400使得打印板200上表面和压板装置400下表面的距离等于单层打印的厚度；利用投影设备向打印板200投射投影图像，即：投射欲打印产品的3D实体模型的切层截面图形的第一层图形，投影光束穿过压板装置照射在光固化材料上，使得打印板200与压板装置400之间的材料固化，完成第一层打印，然后打印板200向下移动单层打印距离，投影设备投射第二层图形，如此重复打印直至打印完成。如图4所示为本实施例的打印产品的效果图，其上表面平滑无凸起，而在不使用压板装置的情况下，打印产品的效果图如图5所示，其上表面因液态光固化材料的表面张力与液面膨胀，会产生向上的凸起。
如图1所示，在更加具体的面成型3D打印机中，其还包括机架，该机架包括承载台501和支架502；所示压板装置400的压板401为石英板或无色玻璃板其透光率优选大于80%，透明防粘连层402为固定在所述透明压板表面的防粘连薄膜或涂敷在所述透明压板表面的防粘连涂层；驱动机构300包括电机301、固定座一302、丝杆303、滑块304和固定座二305。
如图1-3所示，承载台501具有大体呈矩形的承载面，支架502安装于承载台501上，本实施例中承载台501与支架502垂直。
容器盒100固定于承载台501上，为了便于在使用时调整容器盒100的位置，本实施例通过螺栓将容器盒100固定于承载台501上，具体地：在承载台501上设置螺纹孔，对应地在容器盒100底部四边设置通孔，通过螺栓穿过通孔将容器盒100固定在承载台501上。
压板装置400在所述容器盒中的位置在前后、左右和上下方向上均可调节，为便于清楚可见，图1-3中所示的压板装置为未装入容器盒中的状态。压板装置的面积大于所述投影图像的面积，所述投影图像全部透射在所述压板装置的覆盖面之内。
驱动机构300的固定座一302和固定座二305分别固定在支架502的上下两端，电机301和丝杆303，电机301固定在固定座一302上，丝杆303的两端分别固定在固定座一302和固定座二305上，滑块304安装在丝杆303上并可在丝杆303上上下滑动。
打印板200通过一连接架201与驱动机构300的滑块304连接，从而实现打印板200与驱动机构300的联动。
本实施例的压板装置的防粘连层优选采用全氟塑料薄膜或硅胶膜涂层。
在更优的实施例中，还可设置独立的控制单元600用于统一控制、协调投影设备和驱动机构的工作，通过控制单元向电机提供指令控制其驱动距离、时间等。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种面成型3D打印机，其特征在于，包括：
容器盒，用于盛放液态的光固化材料；
打印板，具有位于所述容器盒中的工作位，是产品的成型支持平台；
驱动机构，用于驱动所述打印板在所述容器盒中上下移动；
投影设备，其投影镜头位于所述打印板的上方，用于向所述打印板投射投影图像；
压板装置，该压板装置包括固定于所述容器盒中并介于所述投影镜头和所述打印板之间的透明压板；
所述驱动机构包括电机、丝杆和滑块，所述滑块安装在所述丝杆上并可在所述丝杆上上下滑动，所述打印板通过一连接架与所述驱动机构的滑块连接，所述连接架在所述压板装置和打印板的同一侧；
所述压板装置的面积大于所述投影图像的面积，所述投影图像全部透射在所述压板装置的覆盖面之内。
2.根据权利要求1所述的面成型3D打印机，其特征在于：所述透明压板的下表面上设有防粘连层。
3.根据权利要求1所述的面成型3D打印机，其特征在于：所述压板装置在所述容器盒中的位置在前后、左右和上下方向上均可调节。
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