CN105172138A - 平台组件、dlp 3d打印机及脱膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便于打印物体层与光敏树脂槽底面脱模的平台组件，使用该平台组件的DLP？3D打印机以及使用该平台组件进行脱模的方法。平台组件包括沿竖直方向上下运动的支撑板单元和用于承载打印物体的打印平台；打印平台与支撑板单元可动连接，以使打印平台在脱膜时倾斜、脱膜后复位至水平位置。可相对转动连接的平台组件，脱模时，在较小力的作用下，便可顺利实现打印平台与光敏树脂槽底面的分离，有效保证了打印物体的平整，防止出现偏斜情况，保证打印精度。数字光处理三维打印机使用可动连接的打印平台组件，结构简单，保证物体成型效果的同时有效降低了成本。

Description

平台组件、DLP 3D打印机及脱膜方法

技术领域

本发明涉及三维打印领域，具体地说，是涉及一种用于数字光处理的三维打印机的平台组件、打印机以及使用该平台组件进行脱模的方法。

背景技术

数字光处理（DLP）光固化三维打印机的工作原理是利用DLP技术，光源采用投影仪成像，光源逐层固化液态光敏树脂，打印出分辨率较高的三维物体，其分辨率超出典型的熔融沉积制造（FDM）类型的3D打印机。

DLP光固化3D打印机主要有软件和硬件两部分组成。硬件包括打印机框架、投影仪光源、打印平台以及光敏树脂槽。打印平台在光敏树脂槽内能够上下运动，而光敏树脂槽内装有光敏树脂。软件部分产生的影像信号经过数字处理后，通过投影仪光源投影到光敏树脂槽的底部，这样光敏树脂槽内与光接触的光敏树脂瞬间聚合成固体，而未与光接触的光敏树脂则保持液态，这样就在打印平台与光敏树脂槽相对的平面上逐层生成三维物体。

但是这样的结构容易存在一个问题。当打印一层后，由于打印物体层仍然在液态的光敏树脂内，所以在打印平台向上移动时，打印物体层与光敏树脂槽底面之间就会形成真空，打印平台需要克服打印物体层受到液压及大气压共同的作用力，打印物体层与光敏树脂槽底面是硬性脱开，会影响打印物体层的脱模效果，由于DLP3D打印机是通过逐层打印的方式来构造物体，每一打印物体层均需要与光敏树脂槽底面完成一次脱模，因此会严重影响物体最终的成型效果，同时还会影响打印机整体的使用寿命。

作为便于DLP3D打印机在工作过程中打印物体层与光敏树脂槽底面脱模的技术，已知（专利文献1）有脱模下沉式工作台技术，解决了脱模时，安装底框相对于工作台基板能够产生倾斜偏置的技术问题，但是其存在如下问题：1.脱模过程是伺服电机带动液槽倾斜和复位，结构复杂且增加了成本。2.脱模过程中安装底框一侧向下倾斜，导致光敏树脂槽内液体晃动，其晃动方向与打印物体形成方向垂直，液体晃动对打印物体产生作用力，可能导致打印物体歪斜，最终影响物体的打印效果。

专利文献1：ZL201420510803.7。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种便于打印物体层与光敏树脂槽底面脱模的平台组件。

本发明还提供一种使用该平台组件便于脱模且成本较低的数字光处理三维打印机。

本发明还提供一种使用该平台组件进行脱模的方法。

本发明提供的数字光处理三维打印机的平台组件包括沿竖直方向上下运动的支撑板单元；用于承载打印物体的打印平台；打印平台与支撑板单元可动连接，以使所述打印平台在脱膜时倾斜、脱膜后复位至水平位置。

由上述方案可见，打印平台与支撑板单元可相对转动，打印物体层与光敏树脂槽底面进行脱模时，随着支撑板单元的上升，打印平台的铰链端先于打印平台的复位拉簧端响应，靠近铰链端的打印物体层与槽底面先撕开一个缺口，破坏了打印物体层与光敏树脂槽底面间形成的真空，这样在较小力的作用下，便可顺利实现打印物体层与光敏树脂槽底面的分离，可有效保证打印物体的平整，防止出现偏斜情况，保证打印精度。

一个优选的方案是，打印平台通过分别位于两侧的铰链和复位拉簧与支撑板单元进行连接，铰链具有一个转轴，打印平台可绕转轴相对支撑板单元转动。

由此可见，利用复位拉簧，可以实现打印物体与光敏树脂槽底面的缓慢分离，避免硬性脱开影响脱模效果。

进一步优选的方案是，铰链设置于打印平台的第一侧部边缘。

由此可见，加快了打印平台铰链端的响应速度且有助于在最小作用力下，将打印平台的铰链端提起。

更进一步优选的方案是，复位拉簧设置于打印平台的第二侧部边缘。

由此可见，根据杠杆原理，复位拉簧位置的设置有助于在最小作用力下，使打印平台的复位拉簧端复位。

更进一步优选的方案是，铰链具有铰链轴及与支撑板单元连接的叶片部件；叶片部件具有贯穿侧壁的第一通孔；第二侧部设有凸台，其具有贯穿侧壁的第二通孔；铰链轴插入第一通孔和第二通孔，使支撑板单元与打印平台绕铰链轴转动。

由此可见，铰链结构与打印平台及支撑板单元的连接简单且稳固，且保证打印平台与支撑板可相对转动。

一个优选的方案是，支撑板单元包括上支撑板、下支撑板、弹性支撑件及紧固件；弹性支撑件设置在上支撑板和下支撑板之间，数量至少是三个，且其中三个所述弹性支撑件的安装位置构成三角形，弹性支撑件用于将下支撑板调整至水平位置；紧固件用于在下支撑板调整至水平位置后将上、下支撑板固定连接。

由此可见，三个弹性支撑件的三角形布置增强上下支撑板之间的结构稳定性，如果打印平台与槽底面之间不能完全贴合，即打印平台与树脂槽底面没有完全平行，此时在作用力的影响下，弹性支撑件受力变形会自行调整打印平台与槽底面的接触角度，最终使得打印平台与槽底面完全贴合，保证打印物体的平整性。

本发明提供的数字光处理三维打印机包括框架；光敏树脂槽设置在框架内；沿竖直方向上下运动的支撑板单元；用于承载打印物体的打印平台可在光敏树脂槽内运动；打印平台与支撑板单元可动连接，以使打印平台在脱膜时倾斜、脱膜后复位至水平位置。

由上述方案可见，数字光处理三维打印机使用可动连接的打印平台组件，保证了物体成型效果且有效降低了成本，同时可动连接的平台组件可实现打印物体层与光敏树脂槽底面缓慢分离，铺设在槽底面的弹性材料可以直接使用硅胶材料，不需要再使用其他薄膜层来减小打印物体层与弹性材料间的粘连性，可有效降低成本。

一个优选的方案是，打印平台通过分别位于两侧的铰链和复位拉簧与支撑板单元进行连接，铰链具有一个转轴，打印平台可绕转轴相对支撑板单元转动；铰链设置于打印平台的第一侧部边缘；复位拉簧设置于打印平台的第二侧部边缘。

由此可见，平台组件的连接简单且合理，脱模时，在较小力的作用下，便可顺利实现打印物体层与光敏树脂槽底面的分离，有效保证打印物体的平整，提高打印精度。

一个优选的方案是，光敏树脂槽底面铺设有弹性材料。

由此可见，当打印物体层与光敏树脂槽底面脱模时，弹性材料的技术方案有助于打印物体层与光敏树脂槽剥离。

本发明提供的一种使用可动连接的打印平台组件来实现打印物体层与光敏树脂槽底面脱模的方法，包括以下步骤：物体完成一层打印后，支撑板单元上升；随着支撑板单元的上升，打印平台的铰链端会先于打印平台的复位拉簧端而上升，继而，打印平台发生倾斜；响应于打印平台的倾斜，打印物体层靠近铰链端的一侧相对于打印物体的另一侧最先与光敏树脂槽底面分离；随上升运动的继续，打印物体层与光敏树脂槽底面完全脱离，以完成脱膜；脱膜后，复位拉簧将打印平台复位至水平位置。

由上述方案可见，打印物体层与光敏树脂槽的底面进行脱模时，在一个较小的作用力下，靠近铰链端的打印物体层会撕开一个缺口，这样就破坏了打印物体层与光敏树脂槽底面间形成的真空，作用在打印物体层上的气液压力减小，打印平台能够被轻松提起，打印物体层与光敏树脂槽的底面是通过相互剥离而实现脱模，因此打印物体层的脱模效果较好。

附图说明

图1是本发明数字光处理三维打印机实施例去除部分框架结构后的结构图。

图2是本发明数字光处理三维打印机实施例去除部分部件后的结构图。

图3是本发明数字光处理三维打印机的平台组件在打印过程中的结构图。

图4是本发明数字光处理三维打印机的平台组件与光敏树脂槽底面分离时的结构图。

图5是本发明数字光处理三维打印机的平台组件实施例部分部件的示意图。

图6是本发明数字光处理三维打印机的平台组件实施例中打印平台的结构示意图。

图7是本发明数字光处理三维打印机的平台组件实施例中铰链的结构分解图。

图8是本发明数字光处理三维打印机的平台组件实施例在光敏树脂槽内进行调平校准后的示意图。

图9是本发明数字光处理三维打印机的平台组件实施例脱模时打印物体层与光敏树脂槽底面还未完全分离时的局部剖视图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例的数字光处理三维打印机包括框架100、投影仪光源、平台组件200、丝杆传动机构、工作台500、光敏树脂槽300以及控制系统。光敏树脂槽300放置在框架100内的工作台500上，在丝杆传动机构的带动下，平台组件200可在光敏树脂槽300内上下运动。光敏树脂槽300一般选用透明材料制成，这样有利于投影仪光源的光透射到光敏树脂槽300的内部。光敏树脂槽底面铺设有弹性材料，选用的弹性材料可以是硅胶材料。投影仪光源设置在光敏树脂槽300的下方，在投影仪光源的照射下光敏树脂会发生固化，而未照射到的部分仍保持液态。

控制系统能够获取三维物体的打印数据，获取数据的方式可以是通过电脑上切片软件处理后得到，也可以通过插入存储卡的方式获得打印数据。丝杆传动机构具有丝杆400和电机，控制系统能够控制电机的正常工作，带动丝杆400的运动，最终控制打印平台组件200的升降。控制系统还与投影仪光源连接，从而控制和调节投影仪光源的成像图案、照射时间和照射强度等参数。

图3为平台组件在打印过程中的结构图，打印平台230通过分别位于两侧的铰链220和复位拉簧240与支撑板单元210进行连接，铰链220具有一个转轴，打印平台230可绕转轴相对支撑板单元210转动。转轴可以是独立的铰链轴或某一部件上具有转轴作用的结构，也可以是能够使打印平台和支撑板单元绕其转动的虚拟结构。

沿竖直方向上下运动的支撑板单元210包括上支撑板213、下支撑板214、弹性支撑件215及紧固件212；弹性支撑件215设置在上支撑板213和下支撑板214之间，数量至少是三个，且其中三个弹性支撑件的安装位置构成三角形，弹性支撑件215用于将下支撑板214调整至水平位置，紧固件212用于在下支撑板调整至水平位置后将上、下支撑板固定连接。水平位置为树脂槽底面所处位置，也即打印平台调平后非脱模时的自然状态下所处的位置。

图4和图9分别显示了平台组件200与光敏树脂槽300底面脱模时的结构图和脱模时打印物体层320与槽底面还未完全分离时的局部剖视图，其中打印物体层320与槽底面弹性材料层310脱模的方法包括以下步骤：物体完成一层打印后，支撑板单元210上升；随着支撑板单元210的上升，打印平台230的铰链端会先于打印平台230的复位拉簧端上升，继而，打印平台230发生倾斜，靠近铰链端的打印物体层320会撕开一个缺口，破坏打印物体层320与光敏树脂槽300的槽底面间形成的真空，使打印平台230的铰链端轻松提起；随上升运动的继续，打印物体层320与光敏树脂槽300的槽底面完全脱离，以完成脱膜；脱膜后，复位拉簧240将打印平台230复位至水平位置。

图5是本发明DLP3D打印机的平台组件实施例部分部件的示意图，包括打印平台230、复位拉簧240、铰链220以及下支撑板214。打印平台230用于承载打印物体；铰链220设置于打印平台的第一侧部231边缘，复位拉簧240安装在打印平台230的第二侧部232，复位拉簧240一端与打印平台230连接，另一端与下支撑板214连接。

图7显示了平台组件中铰链220的结构，包括铰链轴222及与支撑板单元连接的叶片部件221；叶片部件221具有贯穿侧壁的第一通孔223；第二侧部设有凸台233，凸台233具有贯穿侧壁的第二通孔234（如图6所示）；铰链轴222插入第一通孔223和第二通孔234，使支撑板单元210与打印平台230绕铰链轴222转动。

如图8所示，平台组件200与光敏树脂槽300底面调平的过程如下。在丝杆传动机构的带动下，使打印平台230与光敏树脂槽300的槽底面的弹性材料层310处于完全贴合状态，对紧固件212进行固定，使上支撑板213和下支撑板214之间处于完全锁死状态，而打印平台230平行且紧贴下支撑板214，保证打印平台230与光敏树脂槽300底面相互平行，随着再进行打印过程。

光敏树脂槽300底面铺设有弹性材料310，弹性材料310优选的采用硅胶材料。

本实施例的三维打印机的工作过程作如下描述。首先，DLP3D打印机的平台组件200进入光敏树脂槽300内直至打印平台230与槽底面之间保持25~30微米的垂直间隙，投影仪光源的投影光透过光敏树脂槽300后与液体光敏树脂相接触，此时与光接触的液体光敏树脂瞬间聚合成打印物体层，而未与光接触的液态光敏树脂仍保持液态。其次，完成一层打印后，在丝杆400的作用下，平台组件200竖直向上运动一定距离的过程中，打印平台230的铰链结构端会使打印物体层320与光敏树脂槽300底面先拉开,打印平台230的复位拉簧端在复位拉簧240的作用力下，使打印物体层320与光敏树脂槽300底面完全分离开，脱膜后，复位拉簧240将打印平台230复位至水平位置。再次，在丝杆400的作用下，平台组件200竖直向下运动，与槽底面保持25~30微米的垂直间隙，进行下一层物体的打印成型。最后，重复上述过程，继续进行下一个层的打印，直至打印命令停止，完成打印过程。

最后需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，诸如铰链选取单叶片铰链或双叶片铰链或脱卸式铰链或固定式铰链等；铰链的转轴选取独立的铰链轴或某一部件上具有转轴作用的结构或能够使打印平台和支撑板单元绕其转动的虚拟结构等也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于数字光处理三维打印机的平台组件,包括：

沿竖直方向上下运动的支撑板单元,和

用于承载打印物体的打印平台；

其特征在于：

所述打印平台与所述支撑板单元可动连接，以使所述打印平台在脱膜时倾斜、脱膜后复位至水平位置。

2.根据权利要求1所述的平台组件，其特征在于：

所述打印平台通过分别位于两侧的铰链和复位拉簧与所述支撑板单元进行连接，所述铰链具有一个转轴，所述打印平台可绕所述转轴相对所述支撑板单元转动。

3.根据权利要求2所述的平台组件，其特征在于：

所述铰链设置于所述打印平台的第一侧部边缘。

4.根据权利要求2或3所述的平台组件，其特征在于：

所述复位拉簧设置于所述打印平台的第二侧部边缘。

5.根据权利要求4所述的平台组件，其特征在于：

所述铰链具有铰链轴及与支撑板单元连接的叶片部件；所述叶片部件具有贯穿侧壁的第一通孔；所述第二侧部设有凸台，所述凸台具有贯穿侧壁的第二通孔；所述铰链轴插入所述第一通孔和所述第二通孔，使所述支撑板单元与所述打印平台绕所述铰链轴转动。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的平台组件，其特征在于：

所述支撑板单元包括上支撑板、下支撑板、弹性支撑件及紧固件；

所述弹性支撑件设置在所述上支撑板和所述下支撑板之间，数量至少是三个，且其中三个所述弹性支撑件的安装位置构成三角形，所述弹性支撑件用于将下支撑板调整至水平位置；

所述紧固件用于在下支撑板调整至水平位置后将上、下支撑板固定连接。

7.数字光处理三维打印机，包括：

框架；

光敏树脂槽，设置在所述框架内；

沿竖直方向上下运动的支撑板单元,和

用于承载打印物体的打印平台，可在所述光敏树脂槽内运动；

其特征在于：

所述打印平台与所述支撑板单元可动连接，以使所述打印平台在脱膜时倾斜、脱膜后复位至水平位置。

8.根据权利要求7所述数字光处理三维打印机，其特征在于：

所述打印平台通过分别位于两侧的铰链和复位拉簧与所述支撑板单元进行连接，所述铰链具有一个转轴，所述打印平台可绕所述转轴相对所述支撑板单元转动；

所述铰链设置于所述打印平台的第一侧部边缘；

所述复位拉簧设置于所述打印平台的第二侧部边缘。

9.根据权利要求7所述数字光处理三维打印机，其特征在于：

所述光敏树脂槽底面铺设有弹性材料。

10.一种使用权利要求1至3中任一项所述的平台组件来实现打印物体层与光敏树脂槽底面脱模的方法，其特征在于：包括以下步骤：

物体完成一层打印后，所述支撑板单元上升；

随着所述支撑板单元的上升，所述打印平台的铰链端会先于所述打印平台的复位拉簧端而上升，继而，所述打印平台发生倾斜；

响应于所述打印平台的倾斜，打印物体层靠近所述铰链端的一侧相对于打印物体的另一侧最先与所述光敏树脂槽的槽底面分离；

随上升运动的继续，打印物体层与所述光敏树脂槽的槽底面完全脱离，以完成脱膜；

脱膜后，所述复位拉簧将所述打印平台复位至水平位置。