CN105500710B - 三维成型材料、dlp三维打印机及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维成型材料、DLP三维打印机及其成型方法，三维成型材料用于DLP三维打印机，三维成型材料包括光敏树脂，三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度;抑制剂与光敏树脂不发生化学反应,抑制剂与光敏树脂不发生融合,抑制剂为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种。其克服了光敏树脂固化层与槽底板粘连的问题。

Description

三维成型材料、DLP三维打印机及其成型方法

技术领域

本发明涉及一种用于DLP三维打印机的三维成型材料、DLP三维打印机及其成型方法。

背景技术

三维（3D）打印是以三维设计模型为基础，通过软件分层和数控成型，再利用激光束、热熔喷嘴、光敏固化等方式将金属粉末、陶瓷粉末、液体光敏树脂等材料通过逐层固化叠加成型的技术，最终制造出实体产品。

数字光处理（DLP）是一种成型精度较高的打印方法，其工作原理是利用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，而在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，通过投影仪投影到树脂槽的底部，这样投影到树脂槽底部的光与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树脂槽底板相对应的那一面上逐层生产出需要打印的物体。

但是这样的结构容易存在一个问题，每当打印一层后，当打印平台向上移动时，需要克服固化的光敏树脂打印层与透明树脂槽的槽底板之间的粘连作用。而在这个过程中，容易导致最终打印的物体不成功。可以参考申请号为CN201520610064.3的中国实用新型专利申请，其对这种粘连作用具有较为详细的描述。

发明内容

为了解决现有的DLP三维打印机在打印过程中打印层受到液面的吸力的作用，本发明的主要目的是提供一种用于DLP三维打印机的成型材料以及提供一种DLP三维打印机的打印方法，本发明还提供了一种DLP三维打印机。

为了实现上述目的，本发明提供的三维成型材料用于DLP三维打印机，三维成型材料包括光敏树脂，三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度;抑制剂与光敏树脂不发生化学反应,抑制剂与光敏树脂不发生融合,抑制剂为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种。

由上述方案可见，由于抑制剂与光敏树脂为两种不同类型的液体材料，因此在它们两者之间的界面之间，光敏树脂与抑制剂的附着力较小，固化后的光敏树脂与抑制剂的分离过程比较容易，避免了在现有的打印过程中，固化后的光敏树脂与透明成型槽的槽底板之间发生的粘连作用而造成打印失败的问题。根据极性相近和内聚能密度相近原则，以及高极性与低极性溶剂不相溶的原理，具体选择了上述几种类型的抑制剂，它们的价格低廉，固化光敏树脂与这几种液体的附着力非常小。需要指出的是，在实验过程中如果抑制剂采用水或者盐水时，有部分类型的光敏树脂容易在水中形成白色絮状物质，随着打印时间的持续进行，这种白色絮状物会相应增加，进而对后续的打印过程造成一定影响。

一个优选的方案是，光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

由上述方案可见，经过反复的测试实验，发现这个比例的体积配比非常有利于打印过程的进行，最大程度实现本发明的发明目的。

一个优选的方案是，光敏树脂与抑制剂分别放置在不同的容器中存储，或者光敏树脂与抑制剂放置在一个容器中保存，这两种方式均属于本发明所指的三维成型材料。

本发明提供的DLP三维打印机的成型方法，依次执行下面的步骤：

步骤1: 选取光敏树脂和抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂与光敏树脂不发生化学反应, 抑制剂与光敏树脂不发生融合,抑制剂为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种；

步骤2：把抑制剂、光敏树脂加入到DLP三维打印机的透明成型槽内分别形成抑制剂层和光敏树脂层；

步骤3：光源产生的光照影像由透明成型槽的槽底板透射穿过抑制剂层后至光敏树脂层，使得一部分光敏树脂层发生固化。

由上述方案可见，由于抑制剂与光敏树脂为两种不同类型的液体材料，因此在它们两者之间的界面之间，光敏树脂与抑制剂的附着力较小，固化后的光敏树脂与抑制剂的分离过程比较容易，避免了在现有的打印过程中，固化后的光敏树脂与透明成型槽的槽底板之间发生的粘连作用而造成打印失败的问题。

一个优选的方案是，执行步骤1与步骤2后，首先在DLP三维打印机的打印平台上按照步骤3形成第一固化层；然后，每当打印平台上升一个固化层的距离后，再次执行步骤3形成下一固化层直至打印命令结束，最终形成所需要的三维物体。

一个优选的方案是，在光敏树脂的固化过程中，保持打印平台与抑制剂层的上表面之间为25微米至30微米的垂直距离。

由上述方案可见，把光敏树脂的固化厚度控制在合理的范围内，保证打印精度的前提下提高工作效率。

一个优选的方案是，在步骤2中，加入的光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

一个优选的方案是，在步骤2中，控制抑制剂层的高度范围为0.10毫米至0.15毫米。

由上述方案可见，由于抑制剂层的主要目的是为了避免光敏树脂层与透明树脂槽的槽底板的接触，经过反复的测试实验，发现当抑制剂层控制在这个范围内时即可完成打印过程。另外，当抑制剂层的高度过大时，也会对光源的照射功率造成一定影响。

本发明提供的DLP三维打印机包括透明成型槽，透明成型槽内具有光敏树脂层，透明成型槽内还具有抑制剂层，抑制剂层的密度大于光敏树脂层的密度，抑制剂层与光敏树脂层不发生化学反应, 抑制剂层与光敏树脂层不发生融合,抑制剂层的材料为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种。

一个优选的方案是，抑制剂层的厚度为0.10毫米至0.15毫米。

一个优选的方案是，DLP三维打印机还包括定量导入通道和光敏树脂容器，定量导入通道的两端分别与透明成型槽以及光敏树脂容器连通。

由上述方案可见，每当光敏树脂发生固化后，光敏树脂层的高度会下降，而光敏树脂容器内的光敏树脂通过定量导入通道可以及时向透明成型槽内提供适量的光敏树脂，这种提供的方式可以是实时增加或者间隔一定时间再提供。

附图说明

图1是本发明三维打印材料应用的DLP三维打印机实施例的结构图。

图2是本发明三维打印材料应用的DLP三维打印机实施例隐藏部分框架后的内部结构图。

图3是本发明三维打印材料应用的DLP三维打印机实施例的打印平台组件的结构图。

图4是本发明三维打印材料应用的DLP三维打印机实施例的打印平台组件在透明成型槽内设置的结构图。

图5是本发明三维打印材料在成型过程中的示意图。

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

在本发明的实施例中，如图1至图4所示，本实施例的数字光处理（DLP)三维打印机包括框架10、投影仪光源、透明成型槽20、打印平台30、丝杆传动机构和控制系统。透明成型槽20设置在框架10内，打印平台30可在透明成型槽20内竖直方向运动运动。

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40和电机，控制系统能够控制电机的正常工作。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。为了更好地理解本发明提供的DLP三维打印机的结构特征和工作原理，可参考申请号为CN201520610064.3中国实用新型专利申请。

如图5所示，透明成型槽20内具有光敏树脂层21，透明成型槽内20还具有抑制剂层22，抑制剂层22为非光敏材料，抑制剂层22的密度大于光敏树脂层21的密度，抑制剂层22不与光敏树脂层21发生化学反应，并且抑制剂层22与光敏树脂层21不发生融合，具体地，抑制剂层22为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种。这里提及的抑制剂层22与光敏树脂层21不发生化学反应，例如是指在常温20℃、常压下不发生抑制剂与光敏树脂分子间的化学反应。

DLP三维打印机还包括两侧的定量导入通道23和光敏树脂容器（未示出），定量导入通道23的两端分别与透明成型槽20以及光敏树脂容器连通。另外，在打印平台30的局部还形成了已经固化后的光敏树脂层24。抑制剂层22的厚度为0.10毫米至0.15毫米。光敏树脂一般包括聚合单体、预聚体和光敏引发剂，但是光敏树脂也包括现有技术中出现的多种改进类型的光敏树脂，但是这些改进的光敏树脂应该满足权利要求中对于抑制剂的性质限定条件。

在本发明的一些实施例中，三维成型材料包括光敏树脂，三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂不与光敏树脂发生化学反应，抑制剂与光敏树脂不发生融合，具体地，抑制剂为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种。虽然在图1至图4中给出了一种具体结构的DLP三维打印机，但是上述三维成型材料也可以用于其它结构类型的DLP三维打印机。

DLP三维打印机的成型方法包括依次执行下面的步骤：

步骤1: 选取光敏树脂和抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂与光敏树脂不发生化学反应, 抑制剂与光敏树脂不发生融合,抑制剂为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种。

步骤2：把抑制剂、光敏树脂加入到DLP三维打印机的透明成型槽内分别形成抑制剂层和光敏树脂层；且在一些优选的实施例中，加入的光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

步骤3：光源产生的光照影像由透明成型槽的槽底板透射穿过抑制剂层后至光敏树脂层，使得一部分光敏树脂层发生固化。

在一些优选的实施例中，执行步骤1与步骤2后，首先在DLP三维打印机的打印平台上按照步骤3形成第一固化层；然后，每当打印平台上升一个固化层的距离后，再次执行步骤3形成下一固化层直至打印命令结束，最终形成所需要的三维物体。在光敏树脂的固化过程中，保持打印平台与抑制剂层的上表面之间为25微米至30微米的垂直距离。控制抑制剂层的高度范围为0.10毫米至0.15毫米。

按照上面的成型方法，具体得到了下面的多个实施例。

实施例一：

本实施例的用于DLP三维打印机的三维成型材料包括光敏树脂，光敏树脂主要包含丙烯酸树脂、丙烯酸单体以及引发剂。三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂为透明材料且不与光敏树脂发生反应，并且抑制剂与光敏树脂不发生融合，因此不会影响实际的光敏树脂的打印效果，本实施例的抑制剂是己烷。

实施例二：

本实施例的用于DLP三维打印机的三维成型材料包括光敏树脂，光敏树脂主要包含丙烯酸树脂、丙烯酸单体以及引发剂。三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂不与光敏树脂发生反应，因此不会影响实际的光敏树脂的打印效果，本实施例的抑制剂是石油醚。加入的光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

实施例三：

本实施例的用于DLP三维打印机的三维成型材料包括光敏树脂，光敏树脂主要包含丙烯酸树脂、丙烯酸单体以及引发剂。三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂不与光敏树脂发生反应，并且抑制剂与光敏树脂不发生融合，因此不会影响实际的光敏树脂的打印效果，本实施例的抑制剂是环己烷。加入的光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

实施例四：

本实施例的用于DLP三维打印机的三维成型材料包括光敏树脂，光敏树脂主要包含丙烯酸树脂、丙烯酸单体以及引发剂。三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂不与光敏树脂发生反应，并且抑制剂与光敏树脂不发生融合，因此不会影响实际的光敏树脂的打印效果，本实施例的抑制剂是二硫化碳。加入的光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

实施例五：

本实施例的用于DLP三维打印机的三维成型材料包括光敏树脂，光敏树脂主要包含丙烯酸树脂、丙烯酸单体以及引发剂。三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂不与光敏树脂发生反应，并且抑制剂与光敏树脂不发生融合，因此不会影响实际的光敏树脂的打印效果，本实施例的抑制剂是己烷和石油醚混合物。加入的光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

实施例六：

本实施例的用于DLP三维打印机的三维成型材料包括光敏树脂，光敏树脂主要包含丙烯酸树脂、丙烯酸单体以及引发剂。三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂不与光敏树脂发生反应，并且抑制剂与光敏树脂不发生融合，因此不会影响实际的光敏树脂的打印效果，本实施例的抑制剂是己烷和环己烷混合物。加入的光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

实施例七：

本实施例的用于DLP三维打印机的三维成型材料包括光敏树脂，光敏树脂主要包含丙烯酸树脂、丙烯酸单体以及引发剂。三维成型材料还包括抑制剂，抑制剂的密度大于光敏树脂的密度，抑制剂不与光敏树脂发生反应，并且抑制剂与光敏树脂不发生融合，因此不会影响实际的光敏树脂的打印效果，本实施例的抑制剂是石油醚和环己烷混合物。加入的光敏树脂与抑制剂的体积配比为20:1。

最后需要说明的是，本发明不限于上述的实施方式，诸如光敏树脂与抑制剂分别放置在不同的容器中存储，或者光敏树脂与抑制剂放置在同一个容器中保存的设计等也在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.三维成型材料,用于DLP三维打印机，所述三维成型材料包括光敏树脂，其特征在于：

所述三维成型材料还包括抑制剂，所述抑制剂的密度大于所述光敏树脂的密度；

所述抑制剂与所述光敏树脂不发生化学反应,所述抑制剂与所述光敏树脂不发生融合,所述抑制剂为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种；

所述光敏树脂与所述抑制剂的体积配比为20：1。

2.DLP三维打印机的成型方法，其特征在于：该成型方法依次执行下面的步骤：

步骤1: 选取光敏树脂和抑制剂，所述抑制剂的密度大于所述光敏树脂的密度，所述抑制剂与所述光敏树脂不发生化学反应, 所述抑制剂与所述光敏树脂不发生融合,所述抑制剂为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种；

步骤2：把所述抑制剂、所述光敏树脂加入到DLP三维打印机的透明成型槽内分别形成抑制剂层和光敏树脂层；

步骤3：光源产生的光照影像由透明成型槽的槽底板透射穿过所述抑制剂层后至所述光敏树脂层，使得一部分所述光敏树脂层发生固化;

执行所述步骤1与所述步骤2后，首先在DLP三维打印机的打印平台上按照所述步骤3形成第一固化层；然后，每当所述打印平台上升一个固化层的距离后，再次执行所述步骤3形成下一固化层，直至打印命令结束，最终形成所需要的三维物体;

在所述光敏树脂的固化过程中，保持所述打印平台与所述抑制剂层的上表面之间为25微米至30微米的垂直距离。

3.根据权利要求2所述的DLP三维打印机的成型方法，其特征在于：

在所述步骤2中，加入的所述光敏树脂与所述抑制剂的体积配比为20:1。

4.根据权利要求2所述的DLP三维打印机的成型方法，其特征在于：

在所述步骤2中，控制所述抑制剂层的高度范围为0.10毫米至0.15毫米。

5.DLP三维打印机，包括透明成型槽，所述透明成型槽内具有光敏树脂层，

其特征在于：所述透明成型槽内还具有抑制剂层，所述抑制剂层的密度大于所述光敏树脂层的密度，所述抑制剂层与所述光敏树脂层不发生化学反应, 所述抑制剂层与所述光敏树脂层不发生融合,所述抑制剂层的材料为己烷、石油醚、环己烷、二硫化碳中的至少一种；

所述DLP三维打印机还包括定量导入通道和光敏树脂容器，所述定量导入通道的两端分别与所述透明成型槽以及所述光敏树脂容器连通。

6.根据权利要求5所述的DLP三维打印机，其特征在于：

所述抑制剂层的厚度为0.10毫米至0.15毫米。

7.根据权利要求5所述的DLP三维打印机，其特征在于：

所述光敏树脂层的体积与所述抑制剂层的体积配比为20:1。