CN106696296A - 一种快速提拉成型3d打印系统及其打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种快速提拉成型3D打印系统及其打印方法，用于以光敏树脂作为打印材料的3D打印系统，包括：打印升降平台系统，可透光透氧树脂槽系统，光源系统和控制系统。与现有技术相比，本发明的3D打印系统其对光敏树脂材料的打印速度与现有技术相比大为提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印系统及其打印方法，尤其涉及一种以光敏树脂作为打印材料的3D打印系统及其打印方法。
背景技术
3D打印是一种增材制造技术，又称快速原型(rapid prototyping，RP)技术。到目前为止，其主要有熔融沉积快速成型(Fused Deposition Modeling，FDM)、光固化成型(Stereo lithography Apparatus，SLA)、薄材叠层成型(Laminated ObjectManufacturing，LOM)、三维粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing，3DP)和选择性激光烧结(Laser Sintering，SLS)。它们与传统制造业相比较，可在制造首个产品即从图纸到实物的过程中实现快速原型成型。
但由于技术的限制，3D打印这种一层层制作产品的方式，如果想把产品制作的更精细，则需要将每层厚度减小；如果想提高打印速度，则需要增加层厚，而这势必又影响产品的精度质量。若生产同样精度的产品，同传统的大规模工业生产相比，没有成本上的优势，尤其是考虑到时间成本，规模成本之后。而作为桌面级产品来说，打印速度太慢，影响客户体验，推广难度较大。
因此，市场急需打印速度更快，打印精度更高的3D打印系统，以解决现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有3D打印系统在打印精度高的前提下打印速度慢的问题，提供一种快速提拉成型3D打印系统及其打印方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供一种快速提拉成型3D打印系统，用于以光敏树脂作为打印材料的3D打印系统，其特征在于，包括：打印升降平台系统，其用于控制打印平台上下移动；可透光透氧树脂槽系统，其用于装载光敏树脂；光源系统，其用于固化光敏树脂；和控制系统，其用于控制三维模型软件与打印升降平台系统和光源系统配合工作，以实现快速提拉成型3D打印。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述光敏树脂的感光波长范围为200nm-800nm。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述打印升降平台系统由驱动主机、传动部件和打印平台组成，通过驱动主机驱动传动部件带动打印平台做升降运动；其中，所述驱动主机选自步进电机或者伺服电机中的任意一种，所述传动部件选自滚珠丝杆系统或者螺杆系统的任意一种，所述打印平台选自有孔或无孔的不锈钢板、铝合金板、聚甲基丙烯酸甲酯板和二氧化硅玻璃板中的任意一种材料构成。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述可透光透氧树脂槽系统位于打印平台与光源系统之间，且包括槽壁和槽底。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述槽壁是由选自不锈钢、铝合金、聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅玻璃中的任意一种材料构成。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述槽底包含透光透氧层，所述透光透氧层在14.7PSI压力下标准氧气在1秒钟内通过面积为1cm2、厚度为1cm的层时渗透量不低于1×10-7cm3/cm2/cm/sec，其200nm-800nm波长范围的光线透过率不低于50％。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述槽底为透光透氧槽底，其由有机硅材料、氟素材料或二者的复合物构成。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述有机硅材料为以硅氧键为主链骨架结构组成的聚硅氧烷化合物，所述氟素材料为无定形氟聚合物或以全氟聚醚为主链结构的化合物。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述有机硅材料为Wacker公司的ELASTOSIL系列有机硅产品中的至少一种，所述氟素材料为Dupont公司的Teflon AF系列产品中的至少一种或Solvay公司的Fluorolink系列产品中的至少一种。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述光源系统为投影机系统，其投影方式采用LCD投影方式、DLP投影方式、SXRD投影方式或LCOS投影方式中的任意一种。
本发明所述的3D打印系统，优选地，所述控制系统脱机采用存储卡导入数据情况下单独执行打印任务，或通过有线或无线联机通过电脑或智能终端控制软件控制执行打印任务。
根据上述的快速提拉成型3D打印系统的打印方法，步骤如下：
步骤1)在电脑或智能终端上预装上位机软件，将设计好的三维模型数据导入所述上位机软件，通过有线或者无线连接技术连接所述快速提拉成型3D打印系统，在所述可透光透氧树脂槽系统内加入所述光敏树脂，所述上位机软件发出开始打印指令或者将存储有三维模型数据的存储卡插入3D打印系统预留接口，让其直接读取其中数据进入内置的所述上位机软件中，控制3D打印系统中的内置下位机软件开始工作；
步骤2)所述下位机软件控制所述光源系统把三维模型切片截面轮廓图案投影到所述可透光透氧树脂槽系统底部，光束透过所述可透光透氧树脂槽系统槽底引发光敏树脂反应，使曝光区域的光敏树脂固化，形成光敏树脂固化层；
步骤3)所述光敏树脂固化层粘贴在从上往下贴平所述可透光透氧树脂槽系统底部的打印平台上，此时打印升降平台系统按Z轴打印精度设定连续平稳提升，而所述光源系统按切片先后顺序将截面轮廓图案连续投影曝光到所述可透光透氧树脂槽系统底部，曝光固化的光敏树脂会随着打印平台一起连续地被拉出，直到整个三维模型打印完毕。
本发明提供了一种快速提拉成型3D打印系统及其打印方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明提供的快速提拉成型3D打印系统采用可透光透氧树脂槽系统，能大大加快光敏树脂的成型速度，从而实现3D打印物件快速提拉成型，使得3D打印成型效率在现有技术基础上大为提高；
2、本发明提供的快速提拉成型3D打印系统采用不间断打印及提拉系统，使得3D打印物件表面更加光滑细致，特别适合制造结构复杂的精密物件，成型精度更高。
3、本发明提供的快速提拉成型3D打印系统及其打印方法，其操作简单，相对于现有技术，打印时间短，效率高，能提供更优质的用户体验。
附图说明
用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明的一种快速提拉成型3D打印系统的结构示意图。
图中：1、打印平台；2、光源系统；3、传动部件；4、驱动主机；5A、可透光透氧树脂槽系统之槽壁；5B、可透光透氧树脂槽系统之槽底；6、光敏树脂。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。
实施例1
如图1所示，一种快速提拉成型3D打印系统，包括打印平台1，光源系统2，传动部件3，驱动主机4，可透光透氧树脂槽系统之槽壁5A，可透光透氧树脂槽系统之槽底5B。
所述光源系统为采用LCD投影方式的投影系统。
所述打印升降平台系统，由附图1中打印平台1，传动部件3和驱动主机4组成。
所述打印升降平台系统中附图1中打印平台1，选用铝合金板。
所述打印升降平台系统中附图1中传动部件3，选用滚珠丝杆系统。
所述打印升降平台系统中附图1中驱动主机4，选用步进电机系统。
所述可透光透氧树脂槽系统之槽壁，选用铝合金产品组成。
所述可透光透氧树脂槽系统之槽底，选用有机硅材料为Wacker公司的ELASTOSIL系列中厚度为20μm的薄膜产品。
所述控制系统，采用存储卡导入数据由打印系统单独执行打印任务。
根据上述快速提拉成型3D打印系统的打印方法，步骤如下：
步骤1)在树脂槽内加入光敏树脂材料，将存储有三维模型数据的存储卡插入3D打印系统预留接口，让其直接读取其中数据进入内置的上位机软件中，上位机软件发出开始打印指令，控制3D打印系统中的内置下位机软件开始工作；
步骤2)下位机软件控制采用LCD投影方式的投影系统把三维模型切片截面轮廓图案投影到树脂槽底部，光束透过槽底透光透氧层引发光敏树脂反应，使曝光区域的光敏树脂固化；
步骤3)固化的第一层光敏树脂层粘贴在从上往下贴平树脂槽底部的打印平台上，此时打印升降平台系统按Z轴打印精度设定连续平稳提升，而光源投影系统按切片先后顺序将截面轮廓图案连续投影曝光到树脂槽底部，曝光固化的光敏树脂会随着打印平台一起连续地被拉出，直到整个三维模型打印完毕。
实施例2
如图1所示，一种快速提拉成型3D打印系统，包括打印平台1，光源系统2，传动部件3，驱动主机4，可透光透氧树脂槽系统之槽壁5A，可透光透氧树脂槽系统之槽底5B。
进一步地，所述光源系统为采用DLP投影方式的投影系统。
所述打印升降平台系统，由附图1中打印平台1，传动部件3和驱动主机4组成。
所述打印升降平台系统中附图1中打印平台1，选用聚甲基丙烯酸甲酯板。
所述打印升降平台系统中附图1中传动部件3，选用螺杆系统。
所述打印升降平台系统中附图1中驱动主机4，选用伺服电机系统。
所述可透光透氧树脂槽系统之5A槽壁，选用聚甲基丙烯酸甲酯产品组成。
所述可透光透氧树脂槽系统之5B槽底，选用的有机硅材料为Wacker公司的ELASTOSIL系列中厚度为40μm的薄膜产品、氟素材料为Solvay公司的FluorolinkP56产品共同组成。
所述控制系统，采用有线联机方式通过电脑控制软件控制执行打印任务。
根据上述快速提拉成型3D打印系统的打印方法，步骤如下：
步骤1)在电脑上预装上位机软件，将设计好的三维模型数据导入上位机软件，通过有线连接3D打印系统，在树脂槽内加入光敏树脂材料，上位机软件发出开始打印指令，控制3D打印系统中的内置下位机软件开始工作；
步骤2)下位机软件控制DLP投影方式的投影系统把三维模型切片截面轮廓图案投影到树脂槽底部，光束透过槽底透光透氧层引发光敏树脂反应，使曝光区域的光敏树脂固化；
步骤3)固化的第一层光敏树脂层粘贴在从上往下贴平树脂槽底部的打印平台上，此时打印升降平台系统按Z轴打印精度设定连续平稳提升，而光源投影系统按切片先后顺序将截面轮廓图案连续投影曝光到树脂槽底部，曝光固化的光敏树脂会随着打印平台一起连续地被拉出，直到整个三维模型打印完毕。
实施例3
如图1所示，一种快速提拉成型3D打印系统，包括打印平台1，光源系统2，传动部件3，驱动主机4，可透光透氧树脂槽系统之槽壁5A，可透光透氧树脂槽系统之槽底5B。
进一步地，所述光源系统为采用LCOS投影方式的投影系统。
所述打印升降平台系统，由附图1中打印平台1，传动部件3和驱动主机4组成。
所述打印升降平台系统中附图1中打印平台1，选用有孔洞的不锈钢板。
所述打印升降平台系统中附图1中传动部件3，选用滚珠丝杆系统。
所述打印升降平台系统中附图1中驱动主机4，选用伺服电机系统。
所述可透光透氧树脂槽系统之5A槽壁，选用不锈钢产品组成。
所述可透光透氧树脂槽系统之5B槽底，选用的氟素材料为Dupont公司的Teflon AF2400产品组成。
所述控制系统，采用无线联机方式通过电脑控制软件控制执行打印任务。
根据上述快速提拉成型3D打印系统的打印方法，步骤如下：
步骤1)在电脑上预装上位机软件，将设计好的三维模型数据导入上位机软件，通过无线联机方式连接3D打印系统，在树脂槽内加入光敏树脂材料，上位机软件发出开始打印指令，控制3D打印系统中的内置下位机软件开始工作；
步骤2)下位机软件控制LCOS投影方式的投影系统把三维模型切片截面轮廓图案投影到树脂槽底部，光束透过槽底透光透氧层引发光敏树脂反应，使曝光区域的光敏树脂固化；
步骤3)固化的第一层光敏树脂层粘贴在从上往下贴平树脂槽底部的打印平台上，此时打印升降平台系统按Z轴打印精度设定连续平稳提升，而光源投影系统按切片先后顺序将截面轮廓图案连续投影曝光到树脂槽底部，曝光固化的光敏树脂会随着打印平台一起连续地被拉出，直到整个三维模型打印完毕。
实施例4
如图1所示，一种快速提拉成型3D打印系统，包括打印平台1，光源系统2，传动部件3，驱动主机4，可透光透氧树脂槽系统之槽壁5A，可透光透氧树脂槽系统之槽底5B。
进一步地，所述光源系统为采用SXRD投影方式的投影系统。
所述打印升降平台系统，由附图1中打印平台1，传动部件3和驱动主机4组成。
所述打印升降平台系统中附图1中打印平台1，选用二氧化硅玻璃板
所述打印升降平台系统中附图1中传动部件3，选用螺杆系统。
所述打印升降平台系统中附图1中驱动主机4，选用伺服电机系统。
所述可透光透氧树脂槽系统之5A槽壁，选用二氧化硅玻璃产品组成。
所述可透光透氧树脂槽系统之5B槽底，选用的有机硅材料为Wacker公司的ELASTOSIL系列中厚度为400μm的薄膜产品、氟素材料为Dupont公司的TeflonAF1600产品共同组成。
所述控制系统，采用无线联机方式通过智能终端控制软件控制执行打印任务。
根据上述快速提拉成型3D打印系统的打印方法，步骤如下：
步骤1)在智能终端上预装上位机软件，将设计好的三维模型数据导入上位机软件，通过无线联机方式连接3D打印系统，在树脂槽内加入光敏树脂材料，上位机软件发出开始打印指令，控制3D打印系统中的内置下位机软件开始工作；
步骤2)下位机软件控制SXRD投影方式的投影系统把三维模型切片截面轮廓图案投影到树脂槽底部，光束透过槽底透光透氧层引发光敏树脂反应，使曝光区域的光敏树脂固化；
步骤3)固化的第一层光敏树脂层粘贴在从上往下贴平树脂槽底部的打印平台上，此时打印升降平台系统按Z轴打印精度设定连续平稳提升，而光源投影系统按切片先后顺序将截面轮廓图案连续投影曝光到树脂槽底部，曝光固化的光敏树脂会随着打印平台一起连续地被拉出，直到整个三维模型打印完毕。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明一种快速提拉成型3D打印系统及其打印方法的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，亦能够实现或使用本发明，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种快速提拉成型3D打印系统，用于以光敏树脂作为打印材料的3D打印系统，其特征在于，包括：打印升降平台系统，其用于控制打印平台上下移动；可透光透氧树脂槽系统，其用于装载光敏树脂；光源系统，其用于固化光敏树脂；和控制系统，其用于控制三维模型软件与打印升降平台系统和光源系统配合工作，以实现快速提拉成型3D打印。
2.如权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于，所述光敏树脂的感光波长范围为200nm-800nm。
3.如权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于，所述打印升降平台系统由驱动主机、传动部件和打印平台组成，通过驱动主机驱动传动部件带动打印平台做升降运动；其中，所述驱动主机选自步进电机或者伺服电机中的任意一种，所述传动部件选自滚珠丝杆系统或者螺杆系统的任意一种，所述打印平台选自有孔或无孔的不锈钢板、铝合金板、聚甲基丙烯酸甲酯板和二氧化硅玻璃板中的任意一种材料构成。
4.如权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于，所述可透光透氧树脂槽系统位于打印平台与光源系统之间，且包括槽壁和槽底。
5.如权利要求4所述的3D打印系统，其特征在于，所述槽壁是由选自不锈钢、铝合金、聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅玻璃中的任意一种材料构成。
6.如权利要求4所述的3D打印系统，其特征在于，所述槽底包含透光透氧层，所述透光透氧层在14.7PSI压力下标准氧气在1秒钟内通过面积为1cm2、厚度为1cm的层时渗透量不低于1×10-7cm3/cm2/cm/sec，其200nm-800nm波长范围的光线透过率不低于50％。
7.如权利要求4所述的3D打印系统，其特征在于，所述槽底为透光透氧槽底，其由有机硅材料、氟素材料或二者的复合物构成。
8.如权利要求7所述的3D打印系统，其特征在于，所述有机硅材料为以硅氧键为主链骨架结构组成的聚硅氧烷化合物，所述氟素材料为无定形氟聚合物或以全氟聚醚为主链结构的化合物。
9.如权利要求8所述的3D打印系统，其特征在于，所述有机硅材料为Wacker公司的ELASTOSIL系列有机硅产品中的至少一种，所述氟素材料为Dupont公司的Teflon AF系列产品中的至少一种或Solvay公司的Fluorolink系列产品中的至少一种。
10.如权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于，所述光源系统为投影机系统，其投影方式采用LCD投影方式、DLP投影方式、SXRD投影方式或LCOS投影方式中的任意一种。
11.如权利要求1所述的3D打印系统，其特征在于，所述控制系统脱机采用存储卡导入数据情况下单独执行打印任务，或通过有线或无线联机通过电脑或智能终端控制软件控制执行打印任务。
12.使用权利要求1-11任一项所述的快速提拉成型3D打印系统的打印方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1)在电脑或智能终端上预装上位机软件，将设计好的三维模型数据导入所述上位机软件，通过有线或者无线连接技术连接所述快速提拉成型3D打印系统，在所述可透光透氧树脂槽系统内加入所述光敏树脂，所述上位机软件发出开始打印指令或者将存储有三维模型数据的存储卡插入3D打印系统预留接口，让其直接读取其中数据进入内置的所述上位机软件中，控制3D打印系统中的内置下位机软件开始工作；
步骤2)所述下位机软件控制所述光源系统把三维模型切片截面轮廓图案投影到所述可透光透氧树脂槽系统底部，光束透过所述可透光透氧树脂槽系统槽底引发光敏树脂反应，使曝光区域的光敏树脂固化，形成光敏树脂固化层；
步骤3)所述光敏树脂固化层粘贴在从上往下贴平所述可透光透氧树脂槽系统底部的打印平台上，此时打印升降平台系统按Z轴打印精度设定连续平稳提升，而所述光源系统按切片先后顺序将截面轮廓图案连续投影曝光到所述可透光透氧树脂槽系统底部，曝光固化的光敏树脂会随着打印平台一起连续地被拉出，直到整个三维模型打印完毕。
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