CN108582766A - 一种无固体支撑的光敏树脂打印方法 - Google Patents

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    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Abstract

本发明公开了一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，通过在工件外围同步固化设置连续封闭的外墙，使外墙内未固化的液态光敏树脂将已固化的工件包裹固定，免去了传统打印过程中的固体支撑件，简化了打印过程，提高了生产效率，且工件成型质量高，表面处理方便；液态光敏树脂在使用前经过充分打散细化，保证了树脂层的稳定性，可以为已固化工件提供可靠的支撑，打印成功率高，降低了打印之后去除支撑的工作量；同时整个打印过程不产生废料，未固化的光敏树脂可以回收再利用，显著降低了生产原料成本。

Description

一种无固体支撑的光敏树脂打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种无固体支撑的光敏树脂打印方法。
背景技术
3D打印作为一种快速成型技术，在近年来快速兴起，发展迅速。相较于传统的加工方式，3D打印可以用较低成本高效地构建出架构复杂的立体模型，因而被广泛应用在工业设计、建筑、汽车、航空航天、医疗、军工等各个领域。
最常见的3D打印方式根据其原理不同可以分为FDM(熔融沉积成型)、SLS(粉末材料选择性激光烧结)、SLA(光敏树脂选择性固化)和DLP(数字光学处理固化，即图像投影固化)。其中FDM技术采用卷丝状原材料，价格便宜，但它成型速度慢且精度低，工件表面需要后续抛光处理；SLS技术所制作的工件同样表面质量较差，且加工前后需要较长的预热、冷却时间，使用的大功率激光器设备成本和维护成本极高；而SLA技术成型速度快，工作稳定性强，同时还具有极高的精度，因而其应用前景广泛；DLP打印速度比SLA更快，也具有极高的精度和精细度。对于3D打印而言，由于所制造的工件形态各异，所以往往需要在打印中额外添加支撑部分来保证工件姿态稳定，这大大增加了后期工件处理的成本，同时也制约了成型的精度。所以有必要发明一种无固体支撑的光敏树脂打印方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种无固体支撑的光敏树脂打印方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，采用逐层光固化的方式对在高度方向上叠加的光敏树脂层进行处理，成型过程中，在工件外围同步固化设置连续封闭的外墙，外墙内未固化的液态光敏树脂将己固化的工件包裹固定。
进一步地，在进行3D打印操作前确定工件相对于打印平台的摆放方位；将模型沿打印平台的高度方向逐层分割成若干切片，得到每层切片的截面图形。
进一步地，在每层切片的截面图形外围固化设置有封闭的边框；若干层所述切片内的边框相互连接构成封闭外墙。
进一步地，进行3D打印时，所述光敏树脂层铺设在打印平台上；每个所述光敏树脂层的厚度与对应切片的厚度相同，且光敏树脂层的横截面大于对应边框所围成的图形。
进一步地，所述光敏树脂先经过打散细化处理，随后采用喷涂的方式铺设在打印平台上。
进一步地，采用固化光源对光敏树脂层进行固化处理，固化光源所照射的形状大小对应该切片内的截面图形以及边框形状。
进一步地，每层光敏树脂完成光固化后，移动固化光源，使固化光源到光敏树脂层顶部的距离始终保持固定值。
进一步地，每层光敏树脂完成光固化后，移动打印平台，使固化光源到光敏树脂层顶部的距离始终保持固定值。
进一步地，加工完成后，将外墙和工件取下，外墙内未固化的液态光敏树脂自行流出。
有益效果：本发明的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，通过在工件外围同步固化设置连续封闭的外墙，使外墙内未固化的液态光敏树脂将己固化的工件包裹固定，免去了传统打印过程中的固体支撑件，简化了打印过程，提高了生产效率，且工件成型质量高，表面处理方便；液态光敏树脂在使用前经过充分打散细化，保证了树脂层的稳定性，可以为己固化工件提供可靠的支撑，打印成功率高，降低了打印之后去除支撑的工作量；同时整个打印过程不产生废料，未固化的光敏树脂可以回收再利用，显著降低了生产原料成本。
附图说明
附图1为无固体支撑的光敏树脂打印方法流程图；
附图2为工件摆放示意图；
附图3为模型切片示意图；
附图4为打印过程俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，采用逐层光固化的方式对在高度方向上叠加的光敏树脂层进行处理，成型过程中，在工件外围同步固化设置连续封闭的外墙，外墙内未固化的液态光敏树脂将己固化的工件包裹固定。
在进行3D打印操作前确定工件相对于打印平台的摆放方位；将模型沿打印平台的高度方向逐层分割成若干切片，得到每层切片的截面图形。
在每层切片的截面图形外围固化设置有封闭的边框；若干层所述切片内的边框相互连接构成封闭外墙。
进行3D打印时，所述光敏树脂层铺设在打印平台上；每个所述光敏树脂层的厚度与对应切片的厚度相同，且光敏树脂层的横截面大于对应边框所围成的图形。
所述光敏树脂先经过打散细化处理，随后采用喷涂的方式铺设在打印平台上。
采用固化光源对光敏树脂层进行固化处理，固化光源所照射的形状大小对应该切片内的截面图形以及边框形状。
每层光敏树脂完成光固化后，移动固化光源，使固化光源到光敏树脂层顶部的距离始终保持固定值。
每层光敏树脂完成光固化后，移动打印平台，使固化光源到光敏树脂层顶部的距离始终保持固定值。
加工完成后，将外墙和工件取下，外墙内未固化的液态光敏树脂自行流出。
一种无固体支撑的光敏树脂打印方法的具体操作步骤如下：
步骤一，将工件的模型文件导入相应软件中，调整确定模型相对于打印平台的摆放方位；随后将模型沿打印平台的高度方向逐层分割成若干切片，得到每层切片的截面图形；
在摆放工件时应尽量降低其摆放高度来减少树脂的铺设层数，从而减少打印步骤，提高打印效率；此外，因为光源照射图像的精度决定了水平方向的打印精度，而光敏树脂层的厚度决定了高度方向的打印精度，所以当两个方向的加工精度不同时，在设计摆放方位时可以把细节部分放在精度高的方位上完成，从而确保加工出来的工件质量最佳；
步骤二，在每层切片的截面图形外围固化设置有封闭的边框；若干层所述切片内的边框相互连接，随着打印过程逐层叠加，最终构成封闭的外墙；设置边框可以防止工件周围未固化的光敏树脂发生流动，固化完成的工件被这些保持静止状态的光敏树脂包裹在内，工件可以借助光敏树脂的粘度获得支撑保持位置稳定；
在设计外墙时，可以将若干切片截面图形叠加来确定一个固定的边框截面，最后得到的外墙为等截面结构；也可以令外墙会根据工件截面轮廓的变化而变化，从而减少外墙的体积，节省材料；
步骤三，随后将光敏树脂逐层喷涂在打印平台表面，每个所述光敏树脂层的厚度与对应切片的厚度相同，且光敏树脂层的横截面大于对应边框所围成的图形；
喷涂所采用的光敏树脂原料先经过充分打散细化，可以有效保证树脂层厚度和质量均匀，如果使用刮板等设备来维持树脂层均匀度，则会不可避免地使没有支撑的固化的工件发生移动；细化的光敏树脂微粒同时也能增强树脂层的稳定性，降低对己形成的液面和己固化工件的作用力，避免固化工件下沉或移动；
步骤四，采用固化光源对光敏树脂层进行固化处理，固化光源所照射的形状大小对应该切片内的截面图形以及边框形状；每层光敏树脂完成光固化后，移动固化光源或打印平台，使固化光源到光敏树脂层顶部的距离始终保持固定值，随后进行下一层打印；
使固化光源到光敏树脂层顶部的距离固定可以避免从固化光源射出的图形到达树脂表面时放大比例发生变化，则固化光源只需要在固定放大比例下根据不同切片的截面图形改变光线即可，避免了繁琐发射图形缩放调整的过程，简化了打印流程，提高了生产效率；
而采用移动固化光源调节间距的方案，其优势在于：可以使打印平台在打印过程中保持静止状态，从而保证外墙内部的己固化工件和液态光敏树脂的高度稳定，避免当打印平台操作精度不足时引起晃动导致己固化工件位移；
采用移动打印平台调节间距的方案，其优势在于：固化光源的移动牵涉许多电气和光学器件，想要确保移动后的精度和可靠性难度相对较大，而移动打印平台则较为方便，在移动打印平台时，可以借助高精度的位移执行机构来保证平台的平稳；因此，在实际生产中需要综合比较现场的固化光源和打印平台的操作精度以及操作难度来选择调节间距的方案；
步骤五，加工完成后，将外墙和工件取下，对外墙内自行流出的未固化液态光敏树脂进进行回收，并对工件进行清洗获得洁净成品。
下面以附图2所示的工件为例进行说明：
步骤一，将工件的模型文件导入相应软件中，调整确定模型相对于打印平台的摆放方位，如附图2所示，上方的不规则物体为工件模型，下方的平板为打印平台；随后如附图3所示，将模型沿打印平台的高度方向从底部开始逐层分割成若干切片，得到每层切片的截面图形，图中水平方向的虚线表示切割平面，箭头所指方向即为切割方向；
步骤二，在每层切片的截面图形外围固化设置有封闭的边框，如附图4所示为打印过程俯视图，虚线方框表示打印平台上表面部分，打印平台中心处的实心图形表示不同切片对应的工件截面，工件截面外围的实线图形表示边框，边框外围的虚线图形表示液态光敏树脂的喷涂范围；
附图4(a)表示打印刚开始阶段，此时对应切片截面仅有极小一块区域；随着切割面上升，如附图4(b)所示，切片截面增大；附图4(c)所示为切片截面最大处，随后切割面继续上升，如附图4(d)、附图4(e)所示为某两层切片的截面示意图；在打印过程中，相邻树脂层内固化的工件部分相互连接最终构成工件整体；而工件外围的边框也逐层叠加构成封闭的外墙；
步骤三，将光敏树脂原料充分打散细化，随后采用超声波喷涂等方法将光敏树脂铺设在打印平台表面，每个所述光敏树脂层的厚度与对应切片的厚度相同，且光敏树脂层的横截面大于对应边框所围成的图形；
步骤四，采用固化光源对光敏树脂层进行固化处理，固化光源所照射的形状大小对应该切片内的截面图形以及边框形状；每层光敏树脂完成光固化后，移动固化光源或打印平台，使固化光源到光敏树脂层顶部的距离始终保持固定值，随后进行下一层打印；
步骤五，加工完成后，将外墙和工件取下，对外墙内自行流出的未固化液态光敏树脂进进行回收，并对工件进行清洗获得洁净成品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：采用逐层光固化的方式对在高度方向上叠加的光敏树脂层进行处理，成型过程中，在工件外围同步固化设置连续封闭的外墙，外墙内未固化的液态光敏树脂将已固化的工件包裹固定。
2.根据权利要求1所述的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：在进行3D打印操作前确定工件相对于打印平台的摆放方位；将模型沿打印平台的高度方向逐层分割成若干切片，得到每层切片的截面图形。
3.根据权利要求2所述的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：在每层切片的截面图形外围固化设置有封闭的边框；若干层所述切片内的边框相互连接构成封闭外墙。
4.根据权利要求3所述的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：进行3D打印时，所述光敏树脂层铺设在打印平台上；每个所述光敏树脂层的厚度与对应切片的厚度相同，且光敏树脂层的横截面大于对应边框所围成的图形。
5.根据权利要求4所述的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：所述光敏树脂先经过打散细化处理，随后采用喷涂的方式铺设在打印平台上。
6.根据权利要求4所述的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：采用固化光源对光敏树脂层进行固化处理，固化光源所照射的形状大小对应该切片内的截面图形以及边框形状。
7.根据权利要求6所述的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：每层光敏树脂完成光固化后，移动固化光源，使固化光源到光敏树脂层顶部的距离始终保持固定值。
8.根据权利要求6所述的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：每层光敏树脂完成光固化后，移动打印平台，使固化光源到光敏树脂层顶部的距离始终保持固定值。
9.根据权利要求1所述的一种无固体支撑的光敏树脂打印方法，其特征在于：加工完成后，将外墙和工件取下，外墙内未固化的液态光敏树脂自行流出。
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