CN108327254A

CN108327254A - 一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3d打印机及打印方法

Info

Publication number: CN108327254A
Application number: CN201810317741.0A
Authority: CN
Inventors: 陈盛贵; 林必凡; 孙振忠; 卢秉恒
Original assignee: Dongguan University of Technology
Current assignee: Dongguan University of Technology
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2018-07-27

Abstract

本发明涉及一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机及打印方法，所述陶瓷光固化3D打印机包括机架和设置于所述机架上的料槽箱体，所述料槽箱体设置有槽口向上的用于盛装陶瓷树脂溶液的料槽腔，所述料槽腔内设置有用于对陶瓷树脂溶液进行超声振动的超声装置；所述料槽腔上方设置有投影仪，且所述投影仪的出光口朝下并与所述料槽腔正对；所述投影仪与料槽箱体之间设置有可沿机架轴向上下移动的打印平台，且所述打印平台与所述料槽腔正对。本发明提供的陶瓷光固化3D打印机可以防止陶瓷树脂颗粒沉淀从而使得打印得到的陶瓷产品具有较好的力学性能及打印精度。

Description

一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机及打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体地，涉及一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机及打印方法。

背景技术

众周所知，光固化3D打印机广泛地应用于各行各业中。其中，现有的光固化3D打印机主要使用光敏树脂作为耗材，通过紫外线或者其他光源照射凝固成型以进行逐层的固化，最终得到完整的3D模型。由于光固化3D打印机打印出来的产品在精度、材料属性、细节及表面光洁度上可匹敌注塑成型的耐用塑料部件，因此，使得光固化3D打印机越来越受到大家所青睐。

其中，对于主要应用于牙科、骨科和微传感器等场合的陶瓷树脂来说，由于陶瓷树脂属于易沉淀的树脂材料，使得料槽内的陶瓷颗粒因沉淀而分布不均匀，进而使得打印出来的产品各处的陶瓷颗粒分布不均，这一方面影响到陶瓷产品的力学性能，另一方面影响到陶瓷产品的打印质量。

因此，亟需要一种能够有效防止陶瓷颗粒沉淀以确保陶瓷产品力学性能及打印精度的基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机及打印方法来克服上述的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机，本发明提供的陶瓷光固化3D打印机可以防止陶瓷树脂颗粒沉淀从而使得打印得到的陶瓷产品具有较好的力学性能及打印精度。

本发明的另一目的在于提供上述基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机的打印方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机，所述陶瓷光固化3D打印机包括机架和设置于所述机架上的料槽箱体，所述料槽箱体设置有槽口向上的用于盛装陶瓷树脂溶液的料槽腔，所述料槽腔内设置有用于对陶瓷树脂溶液进行超声振动的超声装置；所述料槽腔上方设置有投影仪，且所述投影仪的出光口朝下并与所述料槽腔正对；所述投影仪与料槽箱体之间设置有可沿机架轴向上下移动的打印平台，且所述打印平台与所述料槽腔正对。

在本发明中，由于料槽箱体具有槽口朝上的用于盛装陶瓷树脂溶液的料槽腔，投影仪安装于顶部横梁上并位于料槽腔上方，投影仪的出光口朝下并与料槽腔正对，打印平台位于投影仪与料槽箱体之间，打印平台沿机架的左右方向布置并与料槽腔正对，使得本发明的基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机为下曝成型方式，消除离型力以提高打印速度；又由于超声装置集成于料槽箱体内并用于对料槽腔内的陶瓷树脂溶液进行超声振动，对还未沉淀完全（正在沉淀）的材料进行超声振匀，使其陶瓷颗粒均匀分布在陶瓷树脂溶液中，从而确保打印出的陶瓷产品的力学性能；更重要的是，采用超声装置对在陶瓷树脂溶液超声振动，以物理振动的方式使陶瓷树脂溶液的液面保持水平状态，有效地保证打印的每一层均匀平整性。

优选地，所述超声装置设置于料槽腔的底部下方。

优选地，所述机架包含左L型侧架和右L型机架，组接于左L型侧架和右L型机架之间的顶部横梁及设置于所述顶部横梁后下方的后方基座；所述料槽箱体设置于所述左L型侧架、右L型机架、顶部横梁及后方基座所围空间内。

优选地，所述陶瓷光固化3D打印机还包括用于驱动所述打印平台沿机架轴向上下移动的电机；所述电机设置于所述后方基座上。

优选地，所述电机的输出轴呈向上设置，所述投影仪的后方设置有下端与所述输出轴组接的上下丝杆及滑套于上下丝杆上的上下丝母；所述上下丝杆上还设置有上下滑座，所述上下丝母穿置于所述上下滑座内使上下丝母与上下滑座固定连接；所述电机驱使上下丝杆转动，以带动上下丝母沿上下丝杆滑移，从而带动上下滑座滑移。结合电机、上下丝杆及上下丝母的配合，能进一步地提高陶瓷产品的打印精度和力学性能。

优选地，所述上下滑座靠近顶端横梁一侧的前端的左右两侧各延伸出L型承托臂，所述打印平台设置于所述L型承托臂上。更为优选地，所述L型承托臂在所述上下滑座上呈左右对称设置。藉由L型承托臂上，有效地避开顶部横梁处的投影仪对上下滑移的上下滑座造成阻挡，因而使得本发明的基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机的空间利用更合理紧凑。

优选地，所述陶瓷光固化3D打印机还包括左、右导杆，所述左、右导杆沿机架的上下方向设置且下端均设置于所述后方基座上；所述左、右导杆上套设有左、右导套，所述左、右导套穿置于所述上下滑座内以使上下滑座的左右导向受力均性一致。

优选地，所述左导杆和右导杆以所述上下丝杆为中心呈左右对称设置。

优选地，所述料槽箱体为方形箱体。

本发明还保护上述陶瓷光固化3D打印机的打印方法，包括如下步骤：

S1：启动电机通过上下丝杆和上下丝母的配合驱使上下滑座向下滑动，以带动打印平台沉入料槽腔中陶瓷树脂溶液内的预设位置；

S2：启动超声装置对料槽腔内的陶瓷树脂溶液进行超声振动至预设时间；

S3：启动投影仪于打印平台上光固化出一层固化层；

S4：启动电机再通过上下丝杆及上下丝母的配合驱使上下滑座继续向下滑动，从而带动打印平台再向下沉入料槽腔中陶瓷树脂溶液内的一个固化层的距离；

S5：启动超声装置再对料槽腔内的陶瓷树脂溶液进行超声振动至预设时间；

S6：启动投影仪再于固化层上形成新的固化层；

S7：不断重复S4～S6步骤，直至完成打印。

优选地，在S1之前，还包括采用三维设计软件进行建模以形成陶瓷产品模型的步骤及采用切片软件对陶瓷产品模型进行分层切片处理以生成打印控制程序代码的步骤。

优选地，在S2和S6中，投影仪根据打印控制程序代码播放幻灯片，使得料槽腔中陶瓷树脂溶液的对应区域产生光聚合反应固化，从而形成与幻灯片中的图像匹配的固化层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的陶瓷光固化3D打印机可以防止陶瓷树脂颗粒沉淀从而使得打印得到的陶瓷产品具有较好的力学性能及打印精度。另外，本发明提供的基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机的结构简单、合理紧凑。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机的立体结构示意图。

图2是图1所示的陶瓷光固化3D打印机的另一角度的立体结构示意图。

图3是图1所示的陶瓷光固化3D打印机的主视图。

图4是图1所示的陶瓷光固化3D打印机的后视图。

图5是使用本发明实施例1提供的基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机的打印方法的流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。

实施例1

图1至图4为本发明提供的一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机的示意图，所述陶瓷光固化3D打印机包括机架10和设置于所述机架10上的方形料槽箱体20，所述料槽箱体20设置有槽口向上的用于盛装陶瓷树脂溶液的料槽腔21，所述料槽腔21内的底部下方设置有用于对陶瓷树脂溶液进行超声振动的超声装置（图中未标识），由料槽箱体20对超声装置隐藏起来，故使得料槽箱体20与超声装置做成一体而更美观，从而便于料槽箱体20和超声装置的一起搬移；将超声装置设置于料槽腔21的底部下方有利于达到更好的超声振动效果。所述料槽腔21上方设置有投影仪30，且所述投影仪30的出光口朝下并与所述料槽腔21正对以实现下曝成型的目的；所述投影仪30与料槽箱体20之间设置有可沿机架10轴向上下移动的打印平台40，且所述打印平台40与所述料槽腔21正对。

其中，所述机架10包含左L型侧架11和右L型机架12，组接于左L型侧架11和右L型机架12之间的顶部横梁13及设置于所述顶部横梁13后下方的后方基座14；所述料槽箱体20设置于所述左L型侧架11、右L型机架12、顶部横梁13及后方基座14所围空间内，故在结构上更紧凑。所述陶瓷光固化3D打印机还包括用于驱动所述打印平台40沿机架轴向上下移动的电机50；所述电机50设置于所述后方基座14上。

所述电机50的输出轴呈向上设置，所述投影仪30的后方设置有下端与所述输出轴组接的上下丝杆60及滑套于上下丝杆60上的上下丝母70；所述上下丝杆60上还设置有上下滑座80，所述上下丝母70穿置于所述上下滑座80内使上下丝母70与上下滑座80固定连接；所述电机50驱使上下丝杆60转动，以带动上下丝母70沿上下丝杆60滑移，从而带动上下滑座80滑移以实现上下滑座80上下滑移的平稳性及精准性。

所述上下滑座80靠近顶端横梁13一侧的前端的左右两侧各延伸出L型承托臂81、82，所述打印平台40设置于所述L型承托臂81、82上以确保打印平台40上每层的固化层的平整性，所述L型承托臂81、82在所述上下滑座80上呈左右对称设置。

所述陶瓷光固化3D打印机还包括左、右导杆91、92，所述左、右导杆91、92沿机架10的上下方向设置且下端均设置于所述后方基座14上；所述左、右导杆91、92上套设有左、右导套93、94，所述左、右导套93、94穿置于所述上下滑座80内以使上下滑座80的左右导向受力均性一致，从而使得上下滑座80的上下滑移更平稳可靠，因而提高了打印平台40于打印过程中滑移的平稳可行性，但不限于此。所述左导杆91和右导杆92以所述上下丝杆60为中心呈左右对称设置。

在本实施例中，由于料槽箱体具有槽口朝上的用于盛装陶瓷树脂溶液的料槽腔，投影仪安装于顶部横梁上并位于料槽腔正上方，投影仪的出光口朝下并与料槽腔正对，打印平台位于投影仪与料槽箱体之间，打印平台沿机架的左右方向布置并与料槽腔正对，使得本发明的基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机为下曝成型方式，消除离型力以提高打印速度；又由于超声装置集成于料槽箱体内并用于对料槽腔内的陶瓷树脂溶液进行超声振动，对还未沉淀完全（正在沉淀）的材料进行超声振匀，使其陶瓷颗粒均匀分布在陶瓷树脂溶液中，从而确保打印出的陶瓷产品的力学性能；更重要的是，采用超声装置对在陶瓷树脂溶液超声振动，以物理振动的方式使陶瓷树脂溶液的液面保持水平状态，有效地保证打印的每一层均匀平整性，再结合电机、上下丝杆及上下丝母的配合，能进一步地提高陶瓷产品的打印精度和力学性能。

同时，机架包含左L型侧架、右L型侧架、顶部横梁及后方基座，料槽箱体位于由左L型侧架、右L型侧架、顶部横梁及后方基座所围空间内，料槽箱体具有槽口朝上的用于盛装陶瓷树脂溶液的料槽腔，超声装置集成于料槽箱体内，投影仪安装于顶部横梁上并位于料槽腔正上方，投影仪的出光口朝下并与料槽腔正对，打印平台位于投影仪与料槽箱体之间，打印平台沿机架的左右方向布置并与料槽腔正对，这样的位置布局方式使得本发明的基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机的结构简单、合理及紧；另，藉由L型承托臂上，有效地避开顶部横梁处的投影仪对上下滑移的上下滑座造成阻挡，因而使得本发明的基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机的空间利用更合理紧凑。

上述陶瓷光固化3D打印机的打印方法，图5为打印方法的流程图，包括如下步骤：

S001：启动电机通过上下丝杆和上下丝母的配合驱使上下滑座向下滑动，以带动打印平台沉入料槽腔中陶瓷树脂溶液内的预设位置；具体地，于陶瓷树脂溶液中，陶瓷颗粒所占的含量范围为68%至72%，例如68%、70%或72%，以确保陶瓷产品的力学性能，而预设位置是根据实际需要所设置的，故不限于此。

S002：启动超声装置对料槽腔内的陶瓷树脂溶液进行超声振动至预设时间，以对正在沉淀的陶瓷树脂溶液超声振匀，以确保打印产品质量；举例而言，预设时间范围为5至60秒，较优为30至60 秒，但不限于此。

S003：启动投影仪于打印平台上光固化出一层固化层；

S004：启动电机再通过上下丝杆及上下丝母的配合驱使上下滑座继续向下滑动，从而带动打印平台再向下沉入料槽腔中陶瓷树脂溶液内的一个固化层的距离；

S005：启动超声装置再对料槽腔内的陶瓷树脂溶液进行超声振动至预设时间；举例而言，预设时间范围为5至60秒，较优为30至60秒，但不限于此。

S006：启动投影仪再于固化层上形成新的固化层；

S007：不断重复S004～S006步骤，直至完成打印。

更为具体地，在步骤S001前，还包括采用三维设计软件进行建模以形成陶瓷产品模型的步骤及采用切片软件对陶瓷产品模型进行分层切片处理以生成打印控制程序代码的步骤，以及由三维设计软件进行建模，再借助切片软件对陶瓷产品模型的切片分析，这样提高设计及制造的可行性，达到个性化设计的目的；举例而言，三维设计软件有PRO/E、SOLIDWORKK或UG等，但三维设计软件及切片软件各为本领域所公知的，故在不再赘述。

同时，于步骤S002及S006中，投影仪30根据打印控制程序代码播放幻灯片，使得料槽腔21中陶瓷树脂溶液的对应区域产生光聚合反应固化，从而形成与幻灯片中的图像匹配的固化层，即每固化一层固定层，投影仪30播放一个幻灯片，但不限于此。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于超声波辅助的陶瓷光固化3D打印机，其特征在于，所述陶瓷光固化3D打印机包括机架（10）和设置于所述机架（10）上的料槽箱体（20），所述料槽箱体（20）设置有槽口向上的用于盛装陶瓷树脂溶液的料槽腔（21），所述料槽腔（21）内设置有用于对陶瓷树脂溶液进行超声振动的超声装置；所述料槽腔（21）上方设置有投影仪（30），且所述投影仪（30）的出光口朝下并与所述料槽腔（21）正对；所述投影仪（30）与料槽箱体（20）之间设置有可沿机架（10）轴向上下移动的打印平台（40），且所述打印平台（40）与所述料槽腔（21）正对。

2.根据权利要求1所述陶瓷光固化3D打印机，其特征在于，所述超声装置设置于料槽腔（21）的底部下方。

3.根据权利要求1所述陶瓷光固化3D打印机，其特征在于，所述机架（10）包含左L型侧架（11）和右L型机架（12），组接于左L型侧架（11）和右L型机架（12）之间的顶部横梁（13）及设置于所述顶部横梁（13）后下方的后方基座（14）；所述料槽箱体（20）设置于所述左L型侧架（11）、右L型机架（12）、顶部横梁（13）及后方基座（14）所围空间内。

4.根据权利要求3所述陶瓷光固化3D打印机，其特征在于，所述陶瓷光固化3D打印机还包括用于驱动所述打印平台（40）沿机架轴向上下移动的电机（50）；所述电机（50）设置于所述后方基座（14）上。

5.根据权利要求4所述陶瓷光固化3D打印机，其特征在于，所述电机（50）的输出轴呈向上设置，所述投影仪（30）的后方设置有下端与所述输出轴组接的上下丝杆（60）及滑套于上下丝杆（60）上的上下丝母（70）；所述上下丝杆（60）上还设置有上下滑座（80），所述上下丝母（70）穿置于所述上下滑座（80）内使上下丝母（70）与上下滑座（80）固定连接；所述电机（50）驱使上下丝杆（60）转动，以带动上下丝母（70）沿上下丝杆（60）滑移，从而带动上下滑座（80）滑移。

6.根据权利要求5所述陶瓷光固化3D打印机，其特征在于，所述上下滑座（80）靠近顶端横梁（13）一侧的前端的左右两侧各延伸出L型承托臂（81、82），所述打印平台（40）设置于所述L型承托臂（81、82）上。

7.根据权利要求1所述陶瓷光固化3D打印机，其特征在于，所述陶瓷光固化3D打印机还包括左、右导杆（91、92），所述左、右导杆（91、92）沿机架（10）的上下方向设置且下端均设置于所述后方基座（14）上；所述左、右导杆（91、92）上套设有左、右导套（93、94），所述左、右导套（93、94）穿置于所述上下滑座（80）内以使上下滑座（80）的左右导向受力均性一致。

8.权利要求1～7任一所述陶瓷光固化3D打印机的打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

S3：启动投影仪于打印平台上光固化出一层固化层；

S6：启动投影仪再于固化层上形成新的固化层；

S7：不断重复S4～S6步骤，直至完成打印。

9.根据权利要求1所述打印方法，其特征在于，在S1之前，还包括采用三维设计软件进行建模以形成陶瓷产品模型的步骤及采用切片软件对陶瓷产品模型进行分层切片处理以生成打印控制程序代码的步骤。

10.根据权利要求1所述打印方法，其特征在于，在S2和S6中，投影仪根据打印控制程序代码播放幻灯片，使得料槽腔中陶瓷树脂溶液的对应区域产生光聚合反应固化，从而形成与幻灯片中的图像匹配的固化层。