CN103568323A - 光固化三维打印机及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机电技术领域，尤其涉及一种三维打印机及打印方法。光固化三维打印机，包括一打印平台、成形材料铺设装置、打印喷头，成形材料铺设装置包括一用于放置不饱和树脂的第一储料装置。打印喷头通过连接管连接一用于放置光固化剂的第二储料装置。还包括一用于发出紫外线的紫外发射装置，紫外发射装置朝打印平台方向照射。采用本发明的打印机，具有固化速度快、生产效率高等优点。采用本发明的打印方法打印出的三维实体，具有抗压力强、经久耐用、环保节能等优点。

Description

光固化三维打印机及其打印方法

技术领域

本发明涉及机电技术领域，尤其涉及一种三维打印机及打印方法。

背景技术

三维打印机是集机械、控制及计算机等技术为一体的机电一体化系统，主要由机械系统、数控系统、分层软件组成。其中还需要成形材料，三维打印时需要对成形材料有两个方面的基本要求：要求成形材料应具有可成形性；要求保证成型件的质量和使用性能。而现有的成形材料已经成为阻碍快速成形技术发展的重要因素之一。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种光固化三维打印机，以解决上述技术问题。

本发明的另一目的在于，提供一种光固化三维打印方法，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

光固化三维打印机，包括一打印平台、成形材料铺设装置、打印喷头，其特征在于，所述成形材料铺设装置包括一用于放置不饱和树脂的第一储料装置；所述打印喷头通过连接管连接一用于放置含有光固化剂的固化材料第二储料装置；

还包括一用于发出紫外线的紫外发射装置，所述紫外发射装置朝所述打印平台方向照射，

所述打印平台设有一腔体，所述腔体位于所述打印喷头下方。

本发明摈弃了传统打印所需的成形材料，而是采用不饱和树脂，结合光固化剂和紫外线照射，使不饱和树脂发生交联反应，从而实现固化效果，最终形成三维实体。这种成形方式具有固化速度快、生产效率高、有机挥发分少、抗压力强、经久耐用、环保节能等优点。

成形材料铺设装置可以所述腔体内，打印喷头位于所述腔体上方，且朝向所述腔体；还包括一紫外发射装置，紫外发射装置朝向所述腔体。

为防止光固化剂受光照射发生反应，第二储料装置外裹有遮光层。第二储料装置内可以装有纯光固化剂，也可以是含有光固化剂的不饱和树脂，还可以在含有光固化剂的固化材料中混入热固化剂，这样在光固化后，可以通过热固化进一步固化，以提高强度。

所述第一储料装置内所放置的材料还包括已发泡的发泡剂，还可以包括增强纤维。以便减轻三维实体的重量、增强三维实体的强度。

所述腔体内还可以置有一可拆卸的打印盘，以防止未固化的不饱和树脂到处流动。

还包括一打印框架，所述打印平台位于打印框架内，所述打印平台相对于所述打印框架做上下升降运动。

所述打印喷头为在打印平台沿打印方向二维或三维移动的打印喷头。

所述不饱和树脂的铺设也可以采用喷射的方式：所述成形材料铺设装置包括一喷嘴，所述喷嘴通过连接管连接第一储料装置。

所述喷嘴采用一二维移动的喷嘴，所述二维移动为水平和前后移动，所述喷嘴朝向所述打印平台。本发明的成形材料铺设装置也采用喷嘴喷出的形式，通过在已喷出光固化剂的不饱和树脂层上采用喷嘴喷出的方式铺设另一层不饱和树脂层，这样不仅可以实现铺设均匀，还可以通过喷嘴的喷力使以喷的光固化剂与正在喷的不饱和树脂连接混合紧密，最终成形的三维实体牢固可靠，使用寿命长。

所述成形材料铺设装置还可以包括一铺设辊，所述铺设辊在所述打印平台上方沿一水平方向移动。在喷嘴喷射了一层不饱和树脂层后，可以通过铺设辊对不饱和树脂层进行平整。

所述成形材料铺设装置也可以仅仅包括一铺设辊，所述铺设辊中空，所述铺设辊在所述打印平台上方沿一水平方向移动，所述铺设辊上设有复数个出料孔，所述铺设辊通过送料装置连接第一储料装置。铺设辊在打印平台上方沿一水平方向移动时，材料从出料孔出料，铺设在打印平台上。

所述成形材料铺设装置也可以仅仅包括一铺设辊，通过所述铺设辊采用辊涂的方式将材料铺设到打印平台上。

所述成形材料铺设装置还包括一刮平器，所述刮平器在所述打印平台上方沿水平方向移动，在铺设一层不饱和树脂层后，采用所述刮平器刮平不饱和树脂层。

所述打印喷头可以采用复数个，所述第二储料装置包括复数个储料罐，每个所述储料罐联通一个打印喷头，至少一个储料罐内的光固化剂是混有染料的光固化剂。复数个打印喷头喷射不同颜色的光固化剂。以使最终成形的三维实体为彩色。

所述喷嘴也可以采用复数个，所述第一储料装置包括复数个储料罐，每个所述储料罐联通一个所述喷嘴，至少一个储料罐内的不饱和树脂是混有染料的不饱和树脂。复数个喷嘴喷射不同颜色的不饱和树脂。以使最终成形的三维实体为彩色。

所述紫外发射装置为至少两个，至少两个所述紫外发射装置围绕所述打印平台设置，至少两个所述紫外发射装置均朝所述打印平台方向照射，且至少两个所述紫外发射装置发射的紫外线覆盖所述打印平台的周围。

光固化三维打印方法，采用光固化三维打印机进行三维实体的打印，包括如下步骤：

1）建立计算机实体模型，进行切片分层；

2）通过打印平台进行打印，按照每层的成型信息，首先在打印平台上形成一层不饱和树脂层，然后打印喷头做设定的打印运动，将光固化剂喷射到不饱和树脂层上；

3）打印平台下降一层后，重复步骤2），层层叠加，直到完成所有的分层；

4）上升打印平台，启动紫外照射，光固化后，成型完毕，形成三维实体。

所述不饱和树脂层包括不饱和树脂、已发泡的发泡剂，还可以增加一定量的增强纤维。增强纤维的用量可以根据三维实体的制作需要添加。

步骤2）中，采用喷嘴，喷射出一层所述不饱和树脂层。

还包括步骤5），进行后处理：从打印平台上取出三维实体，进行打磨、涂挂。

本发明也可以采用如下步骤：

在步骤3）将打印平台下降一层之前，还包括：启动紫外照射，实现逐层逐渐固化；然后打印平台下降一层后，重复步骤2），层层叠加，直到完成所有的分层。

本发明还可以采用如下步骤：

在步骤3）层层叠加，叠加到一设定层数后，启动紫外照射，实现数层固化；直到完成所有的分层。

上述两种方式，可以避免结构过于庞大的打印物品，在启动紫外照射时，光线难以透射的问题。

有益效果：采用本发明的打印机，具有固化速度快、生产效率高等优点。采用本发明的打印方法打印出的三维实体，具有抗压力强、经久耐用、环保节能等优点。

附图说明

图1为本发明的一种实施例示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，光固化三维打印机，包括一打印平台1、成形材料铺设装置、打印喷头2，成形材料铺设装置包括一用于放置不饱和树脂的第一储料装置。打印喷头2通过连接管连接一用于放置含有光固化剂的固化材料的第二储料装置。还包括一用于发出紫外线的紫外发射装置，紫外发射装置朝打印平台1方向照射。本发明摈弃了传统打印所需的成形材料，而是采用不饱和树脂，结合光固化剂和紫外线照射，使不饱和树脂发生交联反应，从而实现固化效果，最终形成三维实体。这种成形方式具有固化速度快、生产效率高、有机挥发分少、抗压力强、经久耐用、环保节能等优点。

第一储料装置内所放置的材料还包括已发泡的发泡剂，还可以包括增强纤维。以便减轻三维实体的重量、增强三维实体的强度。

还包括一打印框架3，打印平台1位于打印框架3内，打印平台1相对于打印框架3做上下升降运动。

打印喷头2为在打印平台1沿打印方向二维或三维移动的打印喷头2。

不饱和树脂的铺设也可以采用喷射的方式：成形材料铺设装置包括一喷嘴，喷嘴通过连接管连接第一储料装置。喷嘴采用一二维移动的喷嘴，二维移动为水平和前后移动，喷嘴朝向打印平台1。本发明的成形材料铺设装置也采用喷嘴喷出的形式，通过在已喷出光固化剂的不饱和树脂层上采用喷嘴喷出的方式铺设另一层不饱和树脂层，这样不仅可以实现铺设均匀，还可以通过喷嘴的喷力使以喷的光固化剂与正在喷的不饱和树脂连接混合紧密，最终成形的三维实体牢固可靠，使用寿命长。

成形材料铺设装置还可以包括一铺设辊4，铺设辊4在打印平台1上方沿一水平方向移动。在喷嘴喷射了一层不饱和树脂层后，可以通过铺设辊4对不饱和树脂层进行平整。

成形材料铺设装置也可以仅仅包括一铺设辊4，铺设辊4中空，述铺设辊4在打印平台1上方沿一水平方向移动，铺设辊4上设有复数个出料孔，铺设辊4通过送料装置连接第一储料装置。铺设辊4在打印平台1上方沿一水平方向移动时，材料从出料孔出料，铺设在打印平台1上。

成形材料铺设装置也可以仅仅包括一铺设辊4，通过铺设辊4采用辊涂的方式将材料铺设到打印平台1上。

成形材料铺设装置还包括一刮平器，刮平器在打印平台上方沿水平方向移动，在铺设一层不饱和树脂层后，采用刮平器刮平不饱和树脂层。

打印喷头2可以采用复数个，第二储料装置包括复数个储料罐，每个储料罐联通一个打印喷头2，至少一个储料罐内的光固化剂是混有染料的光固化剂。复数个打印喷头2喷射不同颜色的光固化剂。以使最终成形的三维实体为彩色。

喷嘴也可以采用复数个，第一储料装置包括复数个储料罐，每个储料罐联通一个喷嘴，至少一个储料罐内的不饱和树脂是混有染料的不饱和树脂。复数个喷嘴喷射不同颜色的不饱和树脂。以使最终成形的三维实体为彩色。

紫外发射装置为至少两个，至少两个紫外发射装置围绕打印平台1设置，至少两个紫外发射装置均朝打印平台1方向照射，且至少两个紫外发射装置发射的紫外线覆盖所印平台1的周围。

光固化三维打印方法，采用光固化三维打印机进行三维实体的打印，本发明的打印方法可以采用三种不同的方式进行打印：

第一种形式：

1）建立计算机实体模型，进行切片分层；

2）通过打印平台1进行打印，按照每层的成型信息，首先在打印平台1上形成一层不饱和树脂层，然后打印喷头2做设定的打印运动，将光固化剂喷射到不饱和树脂层上；

3）打印平台1下降一层后，重复步骤2），层层叠加，直到完成所有的分层；

4）上升打印平台1，启动紫外照射，光固化后，成型完毕，形成三维实体。

5）进行后处理：从打印平台1上取出三维实体，进行打磨、涂挂。

第二种形式：

1）建立计算机实体模型，进行切片分层；

2）通过打印平台1进行打印，按照每层的成型信息，首先在打印平台1上形成一层不饱和树脂层，然后打印喷头2做设定的打印运动，将光固化剂喷射到不饱和树脂层上；

3）启动紫外照射，实现逐层逐渐固化；打印平台1下降一层后，重复步骤2），层层叠加，直到完成所有的分层。

4）进行后处理：从打印平台1上取出三维实体，进行打磨、涂挂。

第三种形式：

1）建立计算机实体模型，进行切片分层；

2）通过打印平台1进行打印，按照每层的成型信息，首先在打印平台1上形成一层不饱和树脂层，然后打印喷头2做设定的打印运动，将光固化剂喷射到不饱和树脂层上；

3）打印平台1下降一层后，重复步骤2），层层叠加，叠加到一设定层数后，启动紫外照射，实现数层固化；层次叠加，直到完成所有的分层。

4）进行后处理：从打印平台1上取出三维实体，进行打磨、涂挂。

第二种方式和第三种方式可以避免结构过于庞大的打印物品，在启动紫外照射时，光线难以透射的问题。

步骤2）中，采用喷嘴喷射出一层不饱和树脂层。本发明的不饱和树脂层包括不饱和树脂、已发泡的发泡剂，还可以增加一定量的增强纤维。增强纤维的用量可以根据三维实体的制作需要添加。

实施方式一：

参照图1，打印平台1设置在打印框架3内，打印过程如下：

1）铺设：打印平台1上通过铺设辊4铺设一层不饱和树脂层。

2）打印：打印喷头2做设定的打印运动，将光固化剂喷射到不饱和树脂层上，并启动紫外照射，实现固化。

3）打印平台1下降一层。

4）循环步骤1）-3），直至完成最后一层喷射。

5）从打印平台1上取出三维实体5。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.光固化三维打印机，包括一打印平台、成形材料铺设装置、打印喷头，其特征在于，所述成形材料铺设装置包括一用于放置不饱和树脂的第一储料装置；所述打印喷头通过连接管连接一用于放置含有光固化剂的固化材料的第二储料装置；

还包括一用于发出紫外线的紫外发射装置，所述紫外发射装置朝所述打印平台方向照射，

所述打印平台设有一腔体，所述腔体位于所述打印喷头下方。

2.根据权利要求1所述的光固化三维打印机，其特征在于，所述第一储料装置内所放置的材料还包括已发泡的发泡剂。

3.根据权利要求2所述的光固化三维打印机，其特征在于，所述第一储料装置内所放置的材料还包括增强纤维。

4.根据权利要求1所述的光固化三维打印机，其特征在于，含有光固化剂的固化材料中还混有热固化剂。

5.光固化三维打印方法，采用权利要求1所述的光固化三维打印机进行三维实体的打印，其特征在于，包括如下步骤：

1）建立计算机实体模型，进行切片分层；

2）通过打印平台进行打印，按照每层的成型信息，首先在打印平台上形成一层不饱和树脂层，然后打印喷头做设定的打印运动，将光固化剂喷射到不饱和树脂层上；

3）打印平台下降一层后，重复步骤2），层层叠加，直到完成所有的分层；

4）上升打印平台，启动紫外照射，光固化后，成型完毕，形成三维实体。

6.根据权利要求5所述的光固化三维打印方法，其特征在于，所述不饱和树脂层包括不饱和树脂、已发泡的发泡剂，还增加一定量的增强纤维。

7.根据权利要求5所述的光固化三维打印方法，其特征在于，步骤2）中，采用喷嘴，喷射出一层所述不饱和树脂层。

8.根据权利要求5所述的光固化三维打印方法，其特征在于，还包括步骤5），进行后处理：从打印平台上取出三维实体，进行打磨、涂挂。

9.根据权利要求5所述的光固化三维打印方法，其特征在于，在步骤3）将打印平台下降一层之前，还包括：启动紫外照射，实现逐层逐渐固化；然后打印平台下降一层后，重复步骤2），层层叠加，直到完成所有的分层。

10.根据权利要求5所述的光固化三维打印方法，其特征在于，在步骤3）层层叠加，叠加到一设定层数后，启动紫外照射，实现数层固化；直到完成所有的分层。

Images