CN105599306B - 基于sla技术的高精度3d打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SLA技术的高精度3D打印装置，包括机台、设置于机台上的光固化工作筒槽、激光扫描头机构和PLC控制器；其在光固化工作筒槽内侧壁上于同一水平高度设有至少一光敏树脂注入口，光敏树脂注入口通过管路经光敏树脂注液泵与光敏树脂储存容器相连；筒槽内侧壁上在高度低于所述光敏树脂注入口的位置还设有至少一承托介质注入口，其通过管路经承托介质注液泵与承托介质储存容器相连，光敏树脂注液泵和承托介质注液泵均与所述PLC控制器电连接；并且光敏树脂浮于所述承托介质表面，而光敏树脂固化后形成的高聚物则沉于所述承托介质中。本发明打印精度高，打印弧面痕迹过渡圆滑，光敏树脂固化完全，层间固化结合力高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SLA技术的高精度3D打印装置。
背景技术
SLA技术又称光固化快速成形技术，其原理是计算机控制激光束对光敏树脂为原料的表面进行逐点扫描，被扫描区域的树脂薄层（约十分之几毫米）产生光聚合反应而固化，形成产品的一个薄层。工作台下移一个层厚的距离，以便固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，进行下一层的扫描加工，如此反复，直到整个产品原型制造完毕。
由于光聚合反应是基于光的作用而不是基于热的作用，故基于SLA技术的3D打印设备在工作时只需功率较低的激光源。此外，因为没有热扩散，加上链式反应能够很好地控制保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近100%，能制造形状复杂、精细的产品，效率也较高。
然而在实际的使用中，上述基于SLA技术的3D打印设备还存在诸多弊端，比如：
1、 由PLC驱动控制工作平台升降来把控液面和层厚，由于是机械升降机构，其精度不可能很高，故在打印球型弧面时台阶痕依旧比较严重；
2、 因上层的光敏树脂与下层固化后的高聚物表面交混，若采用高强度激光实施聚合反应将产生高温，这些高温无法及时排散，将使得高聚物表面毛糙，促使层间结合力不够，影响产品的最终质量；
3、 因上述2的原因，目前的设备均采用低强度激光实施聚合反应，打印过程中往往固化不完全，也影响产品的最终质量。
发明内容
本发明目的是：提供一种打印精度高，打印弧面痕迹过渡圆滑，层间固化结合力高的基于SLA技术的高精度3D打印装置。
本发明的技术方案是：一种基于SLA技术的高精度3D打印装置，包括机台、设置于机台上的光固化工作筒槽和位于光固化工作筒槽上方的激光扫描头机构，还包括与激光扫描头机构电连接的PLC控制器；其特征在于所述光固化工作筒槽内侧壁上于同一水平高度设有至少一光敏树脂注入口，所述光敏树脂注入口通过管路经光敏树脂注液泵与光敏树脂储存容器相连；所述光固化工作筒槽的内侧壁上在高度低于所述光敏树脂注入口的位置还设有至少一承托介质注入口，所述承托介质注入口通过管路经承托介质注液泵与承托介质储存容器相连，所述光敏树脂注液泵和承托介质注液泵均与所述PLC控制器电连接；并且所述光敏树脂浮于所述承托介质表面，而光敏树脂固化后形成的高聚物则沉于所述承托介质中。
进一步的，本发明中所述光敏树脂注入口为两个以上，且沿光固化工作筒槽圆周等角度间隔分布。
进一步的，本发明中所述承托介质注入口位于所述光固化工作筒槽的底部。
更进一步的，本发明中所述承托介质注入口为两个以上，且关于光固化工作筒槽底部中心对称分布。
进一步的，本发明中还包括浮于所述光敏树脂和承托介质表面的浮子，每个所述光敏树脂注入口均设于相应的浮子上，而所述光固化工作筒槽内侧壁上开有容纳所述浮子的纵向限位槽，所述纵向限位槽一侧通过开口与光固化工作筒槽的内腔连通，所述浮子的内腔通过管路经所述光敏树脂注液泵与光敏树脂储存容器相连。
进一步的，本发明中所述光固化工作筒槽的外壁设有用于控制内部光敏树脂聚合温度的热交换装置。
优选的，本发明中所述光敏树脂注液泵为注射泵。
优选的，本发明中所述承托介质注液泵为螺杆泵。
本发明中的光敏树脂注液泵和承托介质注液泵只需设于机台内即可，至于具体设置在什么位置，本发明对此不做限定。
需要说明，本发明中涉及的激光扫描头机构为现有技术，其主要包含用于扫描聚合光敏树脂的扫描投影光源和用于检测光敏树脂和承托介质液面高度的位置传感器。实际工作时首先通过PLC控制器控制承托介质注液泵向光固化工作筒槽内注入一定量的承托介质，随即再通过PCL控制器控制光敏树脂注液泵结合积分计算出的单层树脂拟合用量和光感控制的实际成型量来精密调控放出的光敏树脂量。在具体的实例中光敏树脂是通过浮子均匀释放到反应区。然后PLC通过预先计算出的投影影像切片扫描光敏树脂表面“打印”产品截面，当“打印”完毕一层截面（也即光敏树脂受光照聚合形成高聚物），PLC控制承托介质注液泵向反应区注入相应的承托介质提高液位来控制激光的高度和层厚，托起未经固化的光敏树脂进行下层“打印”。光敏树脂固化聚合反应产生的热量通过承托介质和光固化工作筒槽外壁的热交换装置散发，防止过度聚合导致的边面毛糙。
本发明的优点是：
本发明打印精度高，打印弧面痕迹过渡圆滑，光敏树脂固化完全，层间固化结合力高，其优点细化如下：
1．本发明引入了承托介质注入系统，工作时其光敏树脂液藉由承托介质承托，悬浮于固化后的高聚物表面，承托介质具有高粘度水溶性的特点，不仅起到静场承托的作用，且是较好的散热媒介，故有效降低了光敏树脂聚合产生的温度。为此使得设备能够采用更强的激光波完成固化，以便提高层间结合力。
2. 本发明中光敏树脂聚合反应产生的热量通过承载介质和光固化工作筒槽外壁的热交换装置共同散发，消除了高温影响，有效防止因过度聚合导致的边面毛糙，大大提高了产品最终质量。
3. 本发明中通过注液泵来精确控制行程层的厚度，可以像控制单分子层油膜一样控制不同的打印速度和打印精度，在打印弧面时打印精度可以控制的更高实现积分光滑过渡，相比传统通过机械升降机构来控制层厚，本发明的控制精度更高，能够消除打印球型弧面时的台阶痕。
4. 本发明中的尺寸精度从0.1mm提升为0.005mm，单层厚度可根据形状和精度的需求快速调节，尺寸稳定性高，无需后期处理。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的立体结构示意简图；
图2为本发明的俯视结构示意简图。
其中：1、机台；2、光固化工作筒槽；3、光敏树脂注入口；4、光敏树脂注液泵；5、承托介质注入口；6、承托介质注液泵；7、浮子；8、纵向限位槽。
具体实施方式
实施例：结合图1和图2所示，为本发明提供的这种基于SLA技术的高精度3D打印装置的具体实施方式，其具有机台1、设置于机台1上的光固化工作筒槽2和位于光固化工作筒槽2上方的激光扫描头机构（图中省略），还包括与激光扫描头机构电连接的PLC控制器（图中省略）。
本实施例中的改进在于：所述光固化工作筒槽2的内侧壁上开有两条纵向限位槽8，每条纵向限位槽8一侧均通过开口与光固化工作筒槽2的内腔连通。两个纵向限位槽8内均设有浮子7，每个浮子7上均设有光敏树脂注入口3，所述每个浮子7的内腔通过管路经所述光敏树脂注液泵4与光敏树脂储存容器（图中不可见）相连。
同时本实施例在所述光固化工作筒槽2的内侧壁的底部还设有两个承托介质注入口5，每个承托介质注入口5均通过管路经承托介质注液泵6与承托介质储存容器相连。本例中所述光敏树脂注液泵4为注射泵，而所述承托介质注液泵6为螺杆泵，并且所述光敏树脂注液泵4和承托介质注液泵6均与所述PLC控制器电连接。所述光敏树脂浮于所述承托介质表面，而光敏树脂固化后形成的高聚物则沉于所述承托介质中。
相应的，所述浮子7浮于所述光敏树脂和承托介质表面，实际工作时两个浮子7及其上的光敏树脂注入口3始终位于同一水平高度。并且因两条纵向限位槽8相向布置，故两个光敏树脂注入口3相当于沿光固化工作筒槽2圆周等角度间隔分布。所述两个承托介质注入口5则关于光固化工作筒槽2底部中心对称分布。
本实施例中在所述光固化工作筒槽2的外壁设有用于控制内部光敏树脂聚合温度的热交换装置（图中未画出），所述热交换装置与所述PLC控制器电连接。
需要说明，本发明中涉及的激光扫描头机构为现有技术，其主要包含用于扫描聚合光敏树脂的扫描投影光源和用于检测光敏树脂和承托介质液面高度的位置传感器。实际工作时首先通过PLC控制器控制承托介质注液泵6向光固化工作筒槽2内注入一定量的承托介质，随即再通过PCL控制器控制光敏树脂注液泵4结合积分计算出的单层树脂拟合用量和光感控制的实际成型量来精密调控放出的光敏树脂量。在具体的实例中光敏树脂是通过浮子7均匀释放到反应区。然后PLC通过预先计算出的投影影像切片扫描光敏树脂表面“打印”产品截面，当“打印”完毕一层截面（也即光敏树脂受光照聚合形成高聚物），PLC控制承托介质注液泵6向反应区注入相应的承托介质提高液位来控制激光的高度和层厚，托起未经固化的光敏树脂进行下层“打印”。光敏树脂固化聚合反应产生的热量通过承托介质和光固化工作筒槽2外壁的热交换装置散发，防止过度聚合导致的边面毛糙。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于SLA技术的高精度3D打印装置，包括机台(1)、设置于机台(1)上的光固化工作筒槽(2)和位于光固化工作筒槽(2)上方的激光扫描头机构，还包括与激光扫描头机构电连接的PLC控制器；其特征在于所述光固化工作筒槽(2)内侧壁上于同一水平高度设有至少一光敏树脂注入口(3)，所述光敏树脂注入口(3)通过管路经光敏树脂注液泵(4)与光敏树脂储存容器相连；所述光固化工作筒槽(2)的内侧壁上在高度低于所述光敏树脂注入口(3)的位置还设有至少一承托介质注入口(5)，所述承托介质注入口(5)通过管路经承托介质注液泵(6)与承托介质储存容器相连，所述光敏树脂注液泵(4)和承托介质注液泵(6)均与所述PLC控制器电连接；并且所述光敏树脂浮于所述承托介质表面，而光敏树脂固化后形成的高聚物则沉于所述承托介质中；还包括浮于所述光敏树脂和承托介质表面的浮子(7)，每个所述光敏树脂注入口(3)均设于相应的浮子(7)上，而所述光固化工作筒槽(2)内侧壁上开有容纳所述浮子(7)的纵向限位槽(8)，所述纵向限位槽(8)一侧通过开口与光固化工作筒槽(2)的内腔连通，所述浮子(7)的内腔通过管路经所述光敏树脂注液泵(4)与光敏树脂储存容器相连。
2.根据权利要求1所述的基于SLA技术的高精度3D打印装置，其特征在于所述光敏树脂注入口(3)为两个以上，且沿光固化工作筒槽(2)圆周等角度间隔分布。
3.根据权利要求1所述的基于SLA技术的高精度3D打印装置，其特征在于所述承托介质注入口(5)位于所述光固化工作筒槽(2)的底部。
4.根据权利要求3所述的基于SLA技术的高精度3D打印装置，其特征在于所述承托介质注入口(5)为两个以上，且关于光固化工作筒槽(2)底部中心对称分布。
5.根据权利要求1所述的基于SLA技术的高精度3D打印装置，其特征在于所述光固化工作筒槽(2)的外壁设有用于控制内部光敏树脂聚合温度的热交换装置，所述热交换装置与所述PLC控制器电连接。
6.根据权利要求1或3所述的基于SLA技术的高精度3D打印装置，其特征在于所述光敏树脂注液泵(4)为注射泵。
7.根据权利要求1所述的基于SLA技术的高精度3D打印装置，其特征在于所述承托介质注液泵(6)为螺杆泵。
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