CN109454868B - 光固化3d打印装置及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光固化3D打印装置及打印方法，模型板与透光板之间可相对线性移动，光源设置于透光板相对打印成型区另一侧，模型板和/或透光板设有倾摆机构并能够通过倾摆机构调整模型板与透光板之间的相对倾斜方向和倾斜角度。打印方法包括：打印模型数据分析；调整模型板和/或透光板位置，在打印成型区进行打印料填充，光束照射使打印料固化；倾摆机构带动模型板和/或透光板摆动使透光板与固化模型逐步脱离，对模型板和/或透光板倾斜方向和倾斜角度进行调整；重复上述两步逐层打印至完成整个模型打印。本发明能够提高打印过程中固化模型与透光板的分离速度以及打印料流入固化模型与透光板之间成型区的速度，提升打印效率。

Description

光固化3D打印装置及打印方法

技术领域

本发明属于光固化3D打印的技术领域，特别是涉及一种光固化3D打印装置及打印方法。

背景技术

3D打印作为一种以数字模型文件为基础、通过逐层打印构造物体的方法，包括SLA、DLP、LCD/LED等光固化方式。例如采用UV(紫外光)或可见光的光固化树脂层层选择性固化形成三维模型。例如基于DLP（Digital Light Processing）的3D打印方式是以根据三维模型的切片截面图案而形成的面成像光束投影到光敏树脂打印料上实现单层的固化，如此层层固化堆叠形成三维模型；SLA（Stereo Lithography Apparatus）是通过激光束按三维模型的切片截面图形，通过镜组（如透镜或反光镜）聚焦到光敏树脂料上，由点到线到面形成固化层，如此层层堆叠形成三维模型。

三维模型层层打印过程中，固化树脂与透光板脱离以及固化树脂与透光板之间区域打印料填充等是光固化打印需要解决的技术问题。现有普遍采用的一种方式是：当固化模型与透光板结合力不太大时，直接移动模型与透光板脱离，同时让打印料流入到模型与透光板之间，然后模型再移动回与透光板之间设定间距的位置，进行下一层照射和固化，如此往复直至打印完成。此方式由于模型反复运动大大降低了打印速度，也影响模型的打印精度。另一种解决上述技术问题的方式是：在透光板模型侧的树脂中渗入抑制剂，形成光固化“死区”，“死区”内的树脂材料即使被光照也不发生不固化，阻止了模型与透光板粘结,但这种打印方式不适用于不透明树脂材料的打印，对于不透明的树脂材料“死区”会影响光束穿透，从而影响三维模型打印速度。打印料流动到固化模型与透光板之间区域的速度直接影响打印的速度，尤其是对于较大的模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光固化3D打印装置及打印方法，提高打印过程中固化模型与透光板的分离速度以及打印料流入固化模型与透光板之间成型区的速度，提升打印效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光固化3D打印装置，包括模型板、透光板和光源，所述模型板与透光板之间可相对线性移动，所述光源设置于透光板相对模型板的另一侧，所述透光板和/或模型板设有倾摆机构并能够通过所述倾摆机构调整模型板与透光板之间的相对倾斜方向和相对倾斜角度。

该光固化3D打印装置还包括线性移动驱动机构，所述模型板与线性移动驱动机构连接并能够通过线性移动驱动机构驱动相对透光板线性移动，所述透光板设有倾摆机构并能够通过所述倾摆机构调整透光板相对模型板的倾斜方向和倾斜角度。

所述倾摆机构为定轴倾摆机构，所述定轴倾摆机构包括驱动机构和安装于透光板和/或模型板的转轴，所述透光板和/或模型板通过驱动机构驱动沿转轴转动对倾斜方向和倾斜角度进行调整。

所述倾摆机构包括若干位移机构，所述位移机构与透光板和/或模型板连接，所述若干位移机构协同组合运动带动透光板和/或模型板发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度。

所述位移机构为压电驱动器，所述压电驱动器一端与透光板和/或模型板连接，若干压电驱动器协同组合伸缩运动带动透光板和/或模型板发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度。

所述位移机构为电磁线圈驱动器，所述电磁线圈驱动器的轴芯与透光板和/或模型板连接，若干电磁线圈驱动器协同组合驱动轴芯运动带动透光板和/或模型板发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度。

该光固化3D打印装置还包括缸套，所述模型板与透光板之间或者所述模型板与设置于透光板迎光测的安装背板之间通过与缸套密封装配形成打印密封腔，所述打印密封腔通过连通管与加压装置连接。

所述模型板和透光板分别通过密封条与缸套密封装配，或者所述模型板和安装背板分别通过密封条与缸套密封装配。

所述透光板背光一侧设有防止流态打印料被光照固化的防光照聚合层。

所述透光板背光一侧设有润滑层。

所述光源与透光板的相对位置固定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供另一种光固化3D打印装置，包括两块透光板和光源，所述两块透光板之间可相对线性移动，所述两块透光板的相向侧分别设有光源，所述两块透光板分别设有倾摆机构并能够通过所述倾摆机构分别调整两块透光板与两块透光板之间相对线性移动方向垂直面的倾斜方向和倾斜角度。

所述倾摆机构为定轴倾摆机构，所述定轴倾摆机构包括驱动机构和安装于透光板和/或模型板的转轴，所述透光板和/或模型板通过驱动机构驱动沿转轴转动对倾斜方向和倾斜角度进行调整。

所述倾摆机构包括若干位移机构，所述位移机构与透光板和/或模型板连接，所述若干位移机构协同组合运动带动透光板和/或模型板发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度。

所述位移机构为压电驱动器，所述压电驱动器一端与透光板和/或模型板连接，若干压电驱动器协同组合伸缩运动带动透光板和/或模型板发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度。

所述位移机构为电磁线圈驱动器，所述电磁线圈驱动器的轴芯与透光板和/或模型板连接，若干电磁线圈驱动器协同组合驱动轴芯运动带动透光板和/或模型板发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度。

该光固化3D打印装置还包括缸套，所述两块透光板之间或者分别设置于两块透光板迎光测的两块安装背板之间通过与缸套密封装配形成打印密封腔，所述打印密封腔通过连通管与加压装置连接。

所述两块透光板分别通过密封条与缸套密封装配，或者所述两块安装背板分别通过密封条与缸套密封装配。

所述缸套内部设有能够对固化模型进行固定的定位支撑结构。

所述透光板背光一侧的侧面上设有防止流态打印料被光照固化的防光照聚合层。

所述透光板背光一侧的侧面上设有润滑层。

所述光源与透光板的相对位置固定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光固化3D打印方法，可以使用上述两种光固化3D打印装置中的一种，包括以下步骤：

（1）对待打印三维模型的数据进行分析，生成各打印层的模型数据；

（2）根据所述打印层的模型数据对所述透光板和/或模型板的相对线性位置、倾斜方向、倾斜角度进行调整，使透光板与模型板之间或者两块透光板之间达到层打印相应位置并在打印成型区进行流态打印料填充，光束透过透光板按预设图案照射流态打印料实现层打印固化；

（3）层打印固化后，通过所述倾摆机构带动透光板和/或模型板发生摆动将透光板沿固化模型的一侧向另一侧逐步脱离；

（4）重复步骤（2）和步骤（3）进行逐层打印直至整个模型打印完成。

所述步骤（2）的层打印过程中，所述透光板和/或模型板的倾斜方向和倾斜角度的调整与所述透光板和/或模型板的相对线性位置的调整按顺序进行或者同时进行。

所述步骤（2）的层打印过程中所述透光板和/或模型板摆动到层打印预设倾斜方向和倾斜角度后，所述光束再按照预设图案透过透光板照射流态打印料。

所述步骤（2）的层打印过程中，所述透光板和/或模型板在进行摆动调整倾斜方向和倾斜角度的同时，所述光束同步按照预设图案透过透光板照射流态打印料。

所述步骤（2）的层打印过程中，所述透光板和/或模型板先过度摆动增大倾斜角度，所述打印成型区内的流态打印料填充完成后，所述透光板和/或模型板再回摆调整到层打印预设倾斜方向和倾斜角度，所述光束再按照预设图案透过透光板照射流态打印料。

所述步骤（2）的层打印过程中，所述透光板和/或模型板先多次调整倾斜方向和倾斜角度，所述打印成型区内的流态打印料填充完成后，所述透光板和/或模型板再回摆调整到层打印预设倾斜方向和倾斜角度，所述光束再按照预设图案透过透光板照射流态打印料。

所述透光板和/或模型板通过若干倾摆机构的协同组合运动带动进行倾斜方向和倾斜角度的调整。

有益效果

第一，在本发明中，层打印料固化形成固化模型后，通过倾摆机构带动透光板发生倾斜摆动，或者通过倾摆机构带动模型板和固化模型发生倾斜摆动，能够实现对透光板与固化模型之间夹角或透光板与模型板之间的夹角（即相对倾斜角度）的动态控制，能够使得透光板与固化模型分离时在透光板与固化模型的结合面之间产生自一侧向另一侧逐步脱离的剥离作用力，避免透光板与固化模型分离时需要克服面面结合状态整面同时脱离作用力大的要求，从而有利于提高固化模型与透光板的分离速度，提高打印效率，减小固化模型受力，提高模型精度。透光板与固化模型之间的相对倾斜角度能够进行动态控制，以及能够调整透光板与固化模型之间相对倾斜方向，使得透光板与固化模型之间一侧开口增大，利于流态打印料能够快速流入到固化模型与透光板之间的打印成型区，进一步提高打印效率。

第二，在本发明中，固化模型通过层与层之间成角度设置堆叠打印形成，有利于提升模型在各个方向特性的一致性，提升模型的强度。

第三，在本发明中，通过对两块透光板的倾斜方向和倾斜角度以及相对位置进行调整，能够对模型进行双侧打印，有利于大幅提升打印效率。

附图说明

图1为本发明动态调整透光板与模型板相对倾斜方向和倾斜角度的第一状态示意图。

图2为本发明动态调整透光板与模型板相对倾斜方向和倾斜角度的第二状态示意图。

图3为本发明动态调整透光板与模型板相对倾斜方向和倾斜角度的立体结构示意图。

图4为本发明装置中透光板基于转轴产生摆动第一状态的结构示意图。

图5为本发明装置中透光板基于转轴产生摆动第二状态的结构示意图。

图6为本发明装置中透光板基于两个位移机构产生摆动第一状态的结构示意图。

图7为本发明装置中透光板基于两个位移机构产生摆动第二状态的结构示意图。

图8为本发明装置中透光板基于三个位移机构产生摆动的结构示意图。

图9为本发明装置中透光板基于四根压电驱动器产生摆动的结构示意图。

图10为本发明装置中缸套与模型板和透光板密封装配的结构示意图。

图11为本发明两块透光板双侧打印立式装置的结构示意图。

图12为本发明两块透光板双侧打印横卧式装置的结构示意图。

图13为本发明两块透光板双侧打印横卧式装置的另一种结构示意图。

图14为本发明装置中透光板基于缸套内压电驱动器产生摆动的结构示意图。

图15为本发明装置中模型板摆动的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1 和图2示意了一种光固化3D打印方法，通过在打印过程中动态控制透光板2与模型板1之间的夹角，或动态控制固化模型15与透光板2之间夹角的方式来降低固化模型15与透光板2之间分离时作用力，从而提升固化模型15与透光板2之间的分离速度，提升打印速度和打印精度。

在图1中，光束16透过透光板2选择性照射到透光板2上方的流态打印料17，流态打印料17是一种受光照可固化的液体或浆料。流态打印料17被光束16照射的固化过程形成在打印成型区20内的固化过渡层，固化过渡层经足够的光束能量照射后固化并结合到固化模型15上，固化的打印料层层结合形成固化模型15。固化模型15固连到模型板1上，并随模型板1沿箭头18移动（即线性移动），或者是透光板2 沿箭头18相反方向线性移动，实现模型板1与透光板2 之间相对线性移动，使得模型板1与透光板2 之间距离拉大。当光束16照射一层打印料固化过程中或完成后，透光板2沿摆动箭头19所示方向小角度摆动，使得透光板2与固化模型15之间在图1的左侧先撕脱剥离，即透光板2与固化模型15先在某一边分离然后再逐步整体分离，这种脱离方式相比固化模型15与透光板2两者面面结合状态的整面同时分离的作用力可大幅减小。同时，结合模型板1带动固化模块15沿箭头18的移动，可以大幅减少固化模型15或固化过渡层与透光板2分离时的拉力，降低分离时对固化模型15的作用力，有利于提升固化模型15的打印精度，提升光固化打印速度。假设图1中的透光板2沿摆动箭头19摆动后变为图2的状态，透光板2 与模型板1之间可能成角度设置，例如图1和图2中的角度α，即透光板2 与模型板1之间的相对倾斜角度，或者透光板2与固化模型15之间成角度状态，利于流态打印料17沿图2中左侧夹角β（即透光板2 与固化模型之间的相对倾斜角度）处快速流入到固化模型15与透光板2之间的打印成型区20，可进一步提升打印速度。经光束16照射新流入的打印料固化，然后透光板2沿图2中摆动箭头19示意的方向摆动，透光板2在图2中右侧与固化模型15撕脱分离，并结合模型板1带动固化模型15沿箭头18移动，变为图1所示的状态。重复此过程，直至整个模型打印完成。

图1和图2中，透光板2的摆动还可以是先摆动一个较大的角度，利于流态打印料17快速流入到固化模型15与透光板2之间的打印成型区20，然后透光板2再回摆动一定的角度，最终保持透光板2与固化模型15之间达到预设的角度，进行光照固化，然后重复此过程直至模型打印完成。对于一些流态打印料17相对粘稠的情况，此方法更利于提升打印速度。光照固化时，透光板2与固化模型15之间达到预设的角度可以是零度，即透光板2与模型板1平行，如此光照固化的层与层是相互平行的，且每层的厚度可以是均匀的。另外参考图11，如图11中的透光板2调整到倾斜角度为零的状态是指两个透光板2的平面与位置轴线垂直的状态，此时两个透光板2相互平行，光照固化的层与层也是相互平行的，且每层的厚度可以是均匀的。透光板2与固化模型15之间达到预设的角度可以是非零的角度，然后光照固化流态打印料17，这样固化的层与层之间不是平行的，每层的厚度也不是均匀的，类似图1和图2中所示的状态。当然，透光板2或模型板1摆动的同时可以同步进行光照流态打印料17，同步固化。当然，打印过程中还可以对流动打印料17进行加热，以降低粘度。

如图3所示，透光板2与模型板1的夹角α（即透光板3与模型板1之间的相对倾斜角度）的位置（即透光板2 与模型板1之间的相对倾斜方向）可以绕图3所示的竖向位置轴线28动态变化，位置轴线28是确定摆动角度位置（即倾斜方向）的轴线，例如动态调整透光板2的摆动，使得透光板2与模型板1之间的夹角α位置由原来的位置A调整到位置B，位置A和位置B之间绕位置轴线28的角度为δ。这样，在新的位置B，透光板2和模型板1之间形成角度α，新的打印料同样再次流入到固化模型15与透光板2之间的打印成型区20，受光束16照射后打印料固化并结合到固化模型15上。然后将夹角α或其他角度夹角再调整到新的位置，例如绕位置轴线28沿弧形箭头27所示方向以角度δ为间隔动态的调整透光板2与模型板1之间的夹角位置（即倾斜方向），并重复上述过程，直至固化模型15打印完成。需说明，透光板2与模型板1角度由位置A调整到位置B的过程中透光板2本身并不需要绕位置轴线28转动即可以实现，同样模型板1在此过程中也不需要转动即可实现透光板2与模型板1角度由位置A调整到位置B。当然，在此过程中透光板2或模型板1也可以设置为转动结构，但不是本发明的必须。需说明，位置轴线28可以是与模型板1与透光板2之间相对线性移动方向（例如图1或图2中箭头18所示的方向）平行，或者是与如图11中所示的两块透光板2之间相对线性移动方向平行。另外，夹角α可以为恒量也可以变动量，例如在不同的位置角度不同，也即在不同的倾斜方向上倾斜角度也可以不同。

具体的，三维模型的光固化3D打印方法可以包括以下步骤：

（1）对待打印三维模型的数据进行分析，生成各打印层的模型数据；

（2）根据所述打印层的模型数据对所述透光板2和/或模型板1的相对线性位置、倾斜方向、倾斜角度进行调整，使透光板2与模型板1之间或者两块透光板2之间达到层打印相应位置并在打印成型区20进行流态打印料17填充，光束16透过透光板2按预设图案照射流态打印料17实现层打印固化；

（3）层打印固化后，通过所述倾摆机构带动透光板2和/或模型板1发生摆动将透光板2沿固化模型15的一侧向另一侧逐步脱离；

（4）重复步骤（2）和步骤（3）进行逐层打印直至整个模型打印完成。其中步骤（2）和步骤（3）也可以不用分步进行，而是可以同时进行，或者先进行步骤（3）调整好透光板2 与模型板1之间的相对倾斜角度和相对倾斜方向后再步骤（2）进行层打印固化。

需说明，层打印过程中透光板2的摆动与流态打印料17流入打印成型区20的方式可以有多种。例如，可以是透光板2摆动到与模型板1设定的夹角后，光束16开始透过透光板2按照预设图案照射流态打印料17。也可以是透光板2摆动一定的较大角度后让流态打印料17快速流入固化模型15与透光板2之间的打印成型区20，透光板2再调整到与模型板1预设的状态，然后光束16开始照射流态打印料17；还可以是透光板2摆动的过程中光束16同时透过透光板2照射流态打印料17。或者透光板2和/或模型板1先多次调整倾斜方向和倾斜角度后再回摆调整到层打印预设的倾斜方向和倾斜角度，光束16再按照预设图案对打印成型区20内的流态打印料17进行照射，如此可以更好的利用透光板2与模型板1之间角度动态变化带来的“泵”料作用，可以更快的将尤其是粘稠的打印料“泵”到打印成型区20。

所谓的层打印过程是指实现流态打印料17按预设图案固化形成打印料层的过程。此过程中可以进行透光板2与模型板1的相对线性位置的调整，也可以进行对透光板2和/或模型板1的倾斜角度和倾斜位置进行分步或同时调整。层打印过程的重复进行实现了三维模型（或三维物体）的打印。

为方便说明，可以如下方式理解透光板2摆动角度的位置（即倾斜方向）。定义透光板2的法面与模型板1的法面重合的平面为两者的公法面，公法面分布与透光板2和模型板1的交叉线形成的夹角定义为透光板2和模型板1的夹角α，即倾斜角度或相对倾斜角度。公法面绕位置轴线28的转角位置就是透光板2和模型板1的夹角的位置，即倾斜方向或相对倾斜方向，此位置可以绕位置轴线动态调整。

图1和图2所示的光固化3D打印方法，透光板2与固化模型15或固化过渡层的分离方式是采用透光板2的摆动来将透光板2从固化模型15上“撕”下来，可以大为减小分离应力。透光板2与固化模型15的分离应力减小，可以加快分离速度和提升打印速度，也可以减小固化模型15在打印过程的受力，减小模型变形，提升模型的打印精度。另外，通过固化模型15与透光板2之间动态调整角度，固化模型15的成型面与透光板2之间的区域成楔形，有利于流态打印料17快速流入，提升新打印料的补充速度，进一步提升模型的打印速度。对于传统采用模型板1带动固化模型15上下往复运动的方式来脱离透光板2和方便流态打印料17流入打印成型区20，换成采用透光板2的摆动来脱离和方便流态打印料17流入打印成型区20，由于透光板2摆动更容易实现高速，而且没有带动固化模型15，高速摆动也不会影响到固化模型15，所以利于高速且高精度的模型打印。再有，固化模型15中的层与层之间可以成角度设置，层与层的结合面成角度结合，利于提升模型在各个方向特性的一致性和提升模型的强度。另外，这种打印方式对于透光性较差或不透光的流态打印料17也适用。

实现透光板2或模型板1摆动的机构为倾摆机构，倾摆机构可以为多种形式，例如通过驱动转动的方式使得透光板2或模型板1摆动，或者倾摆机构为位移机构，多个位移机构通过不同的驱动位移的协同组合的方式实现透光板2或模型板1的倾斜方向和倾斜角度的调整。

图4和图5示意了一种光固化3D打印装置。其中倾摆机构为定轴倾摆机构，包括驱动机构和安装于透光板2一侧的转轴5，通过驱动机构驱动使得透光板2可以绕转轴5摆动，如摆动箭头19所示。模型板1连接有线性移动驱动机构4，线性移动驱动机构4可以是丝杆驱动机构或者基于直线导轨的驱动机构，使得模型板1可以沿箭头18移动。打印过程中，光源3（如DLP）投射成型光束16，透过透光板2照射流态打印料17形成固化层，然后调整透光板2绕转轴5摆动，调整透光板2与模型板1的角度，模型板1沿箭头18移动，使得透光板2与固化模型15下方的成型面形成新的楔形空间，新的流态打印料17可以流入，补充的流态打印料17经光束16照射形成固化过渡层，固化过渡层固化到设定状态后结合到固化模型15上。然后继续重复上述过程，即模型板1沿箭头18移动，透光板2绕转轴5转动，加快固化模型15与透光板2的脱离，并在新的楔形区域快速补充打印料后，进行光照固化打印。例如，图4所示意的经过光束16照射将打印料固化后，开始调整透光板2，使之绕转轴5顺时针转动，转动到图5所示的状态，在固化模型15与透光板2之间形成新的楔形区域，填充新的流态打印料17，光照形成新的固化过渡层。固化过渡层结合到固化模型15上，然后透光板2绕转轴5逆时针转动，同时模型板1沿箭头18移动，形成图4所示的状态。如此重复进行，直至模型打印完成。需说明，透光板2绕转轴5的摆动的驱动机构可以由多种方式实现，例如采用电机，或电机通过传动机构来驱动转轴5转动来带动透光板2摆动。还可以是直线驱动机构（如液压缸，丝杆机构）推拉透光板2，使之绕转轴5摆动。另外，图4和图5所示的实施例中只能控制两个倾摆方向，即左侧位置的倾摆角度和右侧位置的倾摆角度，如果通过让转轴5绕平行于箭头18所示方向的位置轴线28转动，则可以带动透光板2绕平行于箭头18所示方向的位置轴线28转动，则可以进一步实现对更多或任意多个倾斜方向的调整；或者还可以是两个转轴5相互垂直且不交叉的方式组合，形成万向节结构，每个转轴5分别通过驱动机构受控转动来驱动透光板2的倾斜方向和倾斜角度调整。实现透光板2绕定轴摆动的具体倾摆机构或驱动方式是常规的技术，这里不再累述，也不是本发明的限制。

图6和图7也示意了一种光固化3D打印装置，与图4和图5的主要差异在于：驱动透光板2摆动的倾摆机构为透光板2上对称安装的两个位移机构6。需说明，透光板2与位移机构6之间的连接方式不唯一，例如位移机构6可以采用铰接方式（如球铰接或轴铰接）与透光板2连接，也可以是连接处或倾摆机构的弹性变形，即只要实现倾摆机构与透光板2连接，并能适应倾摆机构的位移和透光板2的摆动的连接方式均可，后续实施例均如此。通过控制两个位移机构6的运动组合，可以实现透光板2与模型板1之间的夹角的控制。与图4和图5的实施结构不同，此实施结构中不存在固定的转轴5，可以更加自由的控制透光板2的转动（或摆动）。例如一侧位移机构6输入第一位移指令21，另一侧位移机构6输入第二位移指令22，则透光板2可以实现绕不同的摆动轴线进行不同角度的摆动，摆动轴线是定义透光板2或模型板1倾斜角度或摆动大小的轴线。第一位移指令21和第二位移指令22的波浪线示意图用于示意性的表示位移机构6随时间的驱动位移量或驱动位移的变化量。通过位移机构6的协同驱动透光板2摆动，可以实现图6所示状态与图7所示状态之间的交替重复变化。另外，在一些实施例中，还可以将光源3与透光板2固定连接，即光源3随透光板2一同摆动，如此设置可以使光束16与透光板2的角度关系不会随透光板2的摆动而变化，利于提升打印精度。

图8示意了一种光固化3D打印装置，与图6和图7不同之处在于：透光板2上安装有三个位移机构6分别与透光板2连接，可以通过具有弹性的连接环节连接，或通过铰接节点连接，三个位移机构6可以实现透光板2的摆动方向（即倾斜方向）和摆动角度（即倾斜角度）的调整。图4中透光板2摆动的摆动轴线相互平行，即在图4中左右方向摆动；而图8中透光板2摆动的摆动轴线可以不互相平行，摆动角度的方向（即倾斜方向）可以实现绕位置轴线28环周的更多位置或任意位置，如图3所示可以实现透光板2的摆动角度的位置（即倾斜方向）绕位置轴线28环周变动。例如第一位移机构6输入第一位移指令21，第二位移机构6输入第二位移指令22，第三位移机构6输入第三位移指令29，通过各位移机构6的协同驱动透光板2摆动，例如通过各位移机构6分别驱动位移的协同组合，可以实现如图3所示的透光板2的对倾斜角度和倾斜方向的调整。第一位移指令21、第二位移指令22和第三位置指令29的波浪线示意图用于示意性的表示位移机构6随时间的驱动位移量或驱动位移的变化量。

需说明，各位移机构6驱动位移的方向可以相互平行，也可以相互不平行，即可以相互成角度设置。位移机构6可以采用多种方式实现，例如采用直线电机、压电驱动器7、电磁线圈驱动器24、电机带动凸轮、丝杆机构、液压缸或者可以摆动的连杆机构等。压电驱动器7是一种可以实现电能与机械运动的转换且具有压电效应的材料或部件，如压电陶瓷，压电晶体，压电聚合物等。

图9示意了一种光固化3D打印装置，示意了透光板2为方形，设置四个位移机构6，并示意位移机构6为压电驱动器7。通过压电驱动器7各伸缩长度（即驱动位移）的不同组合来驱动透光板2的摆动，实现类似图3所示的透光板2的摆动角度的位置绕位置轴线28环周变动。当然，位置轴线28的位置也可以是变动的，即透光板2的摆动角度可以绕不同的位置轴线28环周变动。图8所示实施例中的位移机构6也可以是压电驱动器7。

上述实施例中，透光板2的周边还可以设有竖向的围板结构形成打印料池8，便于在打印料池8内装有流态打印料17。

如图10所示，模型板1和透光板2与缸套9形成打印密封腔10，加压装置12通过连通管11将流态打印料17送入到打印密封腔10内部，使得打印密封腔10内充满流态打印料17，还可以实现预设的打印料压强。为了加强密封效果，可以在模型板1以及透光板2与缸套9之间采用密封条23等密封结构，保持模型板1与缸套9之间滑动密封配合。打印过程中，模型板1沿箭头18移动，同时，透光板2采用位移机构6驱动摆动，使得固化模型15与透光板2之间动态调整夹角，利于固化模型15与透光板2的脱离和新打印料快速流入到固化模型15与透光板2之间的打印成型区20。由于采用对打印料加压的方式，可以进一步加快流态打印料17流入固化模型15与透光板2之间的打印成型区20的速度。加压装置12可以采用多种方式来泵送流态打印料17，如齿轮泵、柱塞泵、螺杆泵、叶片泵或其他能控制流态打印料17流量和压强的装置均可。

如图11示意了一种两块透光板2双侧同时打印的光固化3D打印装置，与图10不同之处在于：采用两块透光板2与缸套9配合形成打印密封腔10。上侧透光板2可以沿上方的箭头18向上移动，下侧透光板2可以沿下方的箭头18向下移动，实现两块透光板2 之间相对线性移动，使得两块透光板2 之间距离拉大。同时，上侧透光板2可以沿上方的摆动箭头19摆动，下侧透光板2可以沿下方的摆动箭头19摆动。两块透光板2同时朝两侧方向移动进行打印，可以成倍提升打印速度。在一些实施例中，光源3还可以采用LED或LCD掩膜等方式的点光源阵列形式，例如可以将点光源阵列直接结合到透光板2上，并随透光板2的摆动一同摆动，如图11所示。当然，图11中的立式结构也可以调整为横卧式结构。

如图12示意的一种两块透光板2双侧同时打印的光固化3D打印装置，与图11不同在于，采用横卧式结构。缸套9内侧壁形成具有不同尺寸的两段，两段之间形成台阶结构30。例如缸套9的内侧截面为圆形，则图12中左侧内径小，右侧内径大，之间形成台阶结构30。在台阶结构30的位置设有定位支撑结构26，可以将固化模型15连接到缸套9上，防止打印过程位置移动，影响打印精度。以右侧透光板2为例说明，该透光板2通过倾摆机构与安装背板25连接，安装背板25位于透光板2的迎光测，透光板2通过多个倾摆机构的协同位移驱动组合实现透光板2倾斜方向和倾斜角度的调整。安装背板25与缸套9密封配合，还可以设置密封圈23加强密封效果。如必要，透光板2与安装背板25之间也可以设置密封圈23，使得透光板2摆动时依然保持与安装背板25密封，如此设置的好处在于安装背板25不需摆动，容易保持与缸套9的密封配合。同理左侧的透光板2，不再累述。另外，图12所示的倾摆机构采用电磁线圈驱动器24（或称电磁致动器，solenoid），电磁线圈驱动器24的轴芯与透光板2连接，在外套的电磁线圈的电磁场作用下驱动轴芯沿左右方向位移，从而驱动透光板2摆动。图12所示的两侧光源3采用DLP光源，光源3可以与对应的透光板2固连，或者与对应的安装背板25固连，或者与缸套9固连均可。打印过程中，右侧的安装背板25带动右侧的透光板2可以沿右侧的箭头18移动，左侧的安装背板25带动左侧的透光板2可以沿左侧的箭头18移动。

图13示意的一种两块透光板2双侧同时打印的光固化3D打印装置，与图12不同之处在于，缸套9采用两段分体装配形成，两段分体之间可以形成台阶结构30，两段分体的装配面处设置密封圈23加强密封效果。倾摆机构采用压电驱动器7，通过电致伸缩作用驱动透光板2-摆动。光源3可以采用LED阵列，或LCD屏幕、其他掩膜光源或者非掩膜光刻等形式，可提升机构集成度，减小体积。在某些实施方式中，也可以取消图12或图13中的加压装置12，透光板2可以不与缸套9密封配合或缸套9由开放式容器构成，也即可以采用不对流态打印料17加压的方式进行两块透光板2同时摆动进行打印。

图14所示实施例与图10的不同之处在于：透光板2底部沿周向设置多个压电驱动器7作为倾摆机构来动态控制透光板2与模型板1之间的夹角。在透光板2对应打印密封腔10的侧面上设置隔离层13，便于固化模型15与透光板2分离，可以进一步实现流态打印料17快速流动到固化模型15与透光板2之间的打印成型区20，进一步提升打印速度。隔离层13可以是防止流态打印料17被光照固化的防光照聚合层，在防光照聚合层内光束16照射到流态打印料17也不会使得流态打印料17发生固化，此防光照聚合层可以采用渗入氧气等聚合反应抑制剂来实现。或者隔离层13是透光板2对应打印密封腔10的侧面设置的润滑层，润滑层可以降低固化模型15与透光板2的结合力，加快脱离和打印速度。图14中的立式结构也可以调整为横卧式结构。另外，在模型板1底面还可设置易脱层或易拆板14，方便固化模型15从模型板1上取下。

图15示意了一种通过控制模型板1摆动带动固化模型15与透光板2相对夹角动态调整的实施例。通过控制模型板1的摆动来带动固化模型15的摆动，实现固化模型15与透光板2之间的夹角即相对倾斜角度的控制，同样可以实现上述的发明效果。所不同的是，由于固化模型15在打印过程中拉伸生长，使得模型板1与透光板2之间的间距不断发生变化，为了获得模型板1与透光板2之间的预设夹角，需要动态调整位移机构6的位移驱动指令，来补偿模型板1与透光板2之间的间距动态变化带来的影响。

需说明上述各实施例中，模型板1或透光板2沿箭头18的移动是指整体上的表现，不是指沿箭头18时刻都是单向移动。例如可以是沿箭头18移动设定距离后再沿相反方向回移另一个较小的设定距离的往复运动，不断重复，整体上表现为沿箭头18进行移动。或者沿箭头18的移动也可以是不连续的，即断续的移动，当然也可以是沿箭头18连续的移动。另外，在打印过程中，透光板2沿摆动箭头19的摆动与模型板1沿箭头18的线性移动可以同时进行，也可以分时交替进行。

需说明，在各实施例中展示出来的具体倾摆机构数量仅为示例和便于原理说明，非本发明限制。

图1和图2所示的夹角α或夹角β的大小可以采用多种方式设定，例如根据固化模型15到透光板2的最大间距为限制进行设置，或者根据不同流态打印料17的特性（如粘度、表面表面张力或与透光板的亲和特性等）调整。

本发明所述的树脂材料为任何可以引发光照聚合反应的流态打印料，例如可以是光敏树脂，还可以是光敏树脂与其他液体或粉末的混合液体或浆料，如光敏树脂与陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末或其他的粉末材料进行混合，还可在树脂中混合细胞、药物、颜料等。

本发明所述的光源3可以根据具体的光敏树脂特性采用355nm或405nm的紫外光，进行紫外光固化，或405nm到600nm的可见光等不同的光源，进行可见光固化。光成像装置可以采用SLA、DLP、CLIP、LED阵列、LCD屏幕等多种方式实现，也可以利用手机、IPAD、显示器等屏幕作为光源3，或者其他可以实现选择性照射的光源。

本发明所述的各实施例还可以被设置在一个温度受控的腔室内进行3D打印，例如在腔室内设置加热器和温度传感器来控制腔室内的温度为设定值，让光敏树脂的聚合反应更加稳定，提升打印质量和打印速度。

本发明叙述中采用的“上方”、“下方”、“左”、“右”等方位性词语，是基于具体附图的方便性描述，不是对本发明的限制。实际应用中，由于结构整体在空间的变换，实际的上方或下方位置可能会与附图的不同，但这些变换都应是本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种光固化3D打印装置，包括模型板（1）、透光板（2）和光源（3），所述模型板（1）与透光板（2）之间可相对线性移动，所述光源（3）设置于透光板（2）相对模型板（1）的另一侧，其特征在于：所述透光板（2）和/或模型板（1）设有倾摆机构，所述透光板（2）和/或模型板（1）通过所述倾摆机构调整模型板（1）与透光板（2）之间的相对倾斜方向和相对倾斜角度沿位置轴线（28）环周向动态变化，所述位置轴线（28）与模型板（1）和透光板（2）之间的相对线性移动方向平行。

2.一种光固化3D打印装置，其特征在于：包括两块透光板（2）和光源（3），所述两块透光板（2）之间可相对线性移动，所述两块透光板（2）相对的另一侧分别设有光源（3），所述两块透光板（2）分别设有倾摆机构，所述两块透光板（2）分别通过所述倾摆机构调整与相对线性移动方向垂直面之间的倾斜方向和倾斜角度沿位置轴线（28）环周向动态变化，所述位置轴线（28）与模型板（1）和透光板（2）之间的相对线性移动方向平行。

3.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：还包括线性移动驱动机构（4），所述模型板（1）与线性移动驱动机构（4）连接并能够通过线性移动驱动机构（4）驱动相对透光板（2）线性移动，所述透光板（2）设有倾摆机构并能够通过所述倾摆机构调整透光板（2）相对模型板（1）的倾斜方向和倾斜角度。

4.根据权利要求1或2所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述倾摆机构包括至少三个位移机构（6），所述位移机构（6）与透光板（2）和/或模型板（1）连接，所述至少三个位移机构（6）协同组合运动带动透光板（2）和/或模型板（1）发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度沿位置轴线（28）环周向动态变化。

5.根据权利要求4所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述位移机构（6）为压电驱动器（7），所述压电驱动器（7）一端与透光板（2）和/或模型板（1）连接，至少三个压电驱动器（7）协同组合伸缩运动带动透光板（2）和/或模型板（1）发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度。

6.根据权利要求4所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述位移机构（6）为电磁线圈驱动器（24），所述电磁线圈驱动器（24）的轴芯与透光板（2）和/或模型板（1）连接，至少三个电磁线圈驱动器（24）协同组合驱动轴芯运动带动透光板（2）和/或模型板（1）发生摆动调整倾斜方向和倾斜角度。

7.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：还包括缸套（9），所述模型板（1）与透光板（2）之间或者所述模型板（1）与设置于透光板（2）迎光测的安装背板（25）之间通过与缸套（9）密封装配形成打印密封腔（10），所述打印密封腔（10）通过连通管（11）与加压装置（12）连接。

8.根据权利要求7所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述模型板（1）和透光板（2）分别通过密封条（23）与缸套（9）密封装配，或者所述模型板（1）和安装背板（25）分别通过密封条（23）与缸套（9）密封装配。

9.根据权利要求2所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：还包括缸套（9），所述两块透光板（2）之间或者分别设置于两块透光板（2）迎光测的两块安装背板（25）之间通过与缸套（9）密封装配形成打印密封腔（10），所述打印密封腔（10）通过连通管（11）与加压装置（12）连接。

10.根据权利要求9所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述两块透光板（2）分别通过密封条（23）与缸套（9）密封装配，或者所述两块安装背板（25）分别通过密封条（23）与缸套（9）密封装配。

11.根据权利要求9所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述缸套（9）内部设有能够对固化模型（15）进行固定的定位支撑结构（26）。

12.根据权利要求1或2所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述透光板（2）背光一侧设有防止流态打印料（17）被光照固化的防光照聚合层。

13.根据权利要求1或2所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述透光板（2）背光一侧设有润滑层。

14.根据权利要求1或2所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述光源（3）与透光板（2）的相对位置固定。

15.一种光固化3D打印方法，其特征在于：使用了权利要求1或者权利要求2所述的光固化3D打印装置，包括以下步骤：

对待打印三维模型的数据进行分析，生成各打印层的模型数据；

根据所述打印层的模型数据对所述透光板（2）和/或模型板（1）的相对线性位置、倾斜方向、倾斜角度进行调整，使透光板（2）与模型板（1）之间或者两块透光板（2）之间达到层打印相应位置并在打印成型区（20）进行流态打印料（17）填充，光束（16）透过透光板（2）按预设图案照射流态打印料（17）实现层打印固化；

层打印固化后，通过所述倾摆机构带动透光板（2）和/或模型板（1）沿位置轴线（28）发生环周向的动态摆动将透光板（2）与固化模型（15）逐步脱离；

重复步骤（2）和步骤（3）进行逐层打印直至整个模型打印完成。

16.根据权利要求15所述的一种光固化3D打印方法，其特征在于：所述步骤（2）的层打印过程中，所述透光板（2）和/或模型板（1）的倾斜方向和倾斜角度的调整与所述透光板（2）和/或模型板（1）的相对线性位置的调整按顺序进行或者同时进行。

17.根据权利要求15所述的一种光固化3D打印方法，其特征在于：所述步骤（2）的层打印过程中所述透光板（2）和/或模型板（1）摆动到层打印预设倾斜方向和倾斜角度后，所述光束（16）再按照预设图案透过透光板（2）照射流态打印料（17）。

18.根据权利要求15所述的一种光固化3D打印方法，其特征在于：所述步骤（2）的层打印过程中，所述透光板（2）和/或模型板（1）在进行摆动调整倾斜方向和倾斜角度的同时，所述光束（16）同步按照预设图案透过透光板（2）照射流态打印料（17）。

19.根据权利要求15所述的一种光固化3D打印方法，其特征在于：所述步骤（2）的层打印过程中，所述透光板（2）和/或模型板（1）先过度摆动增大倾斜角度，所述打印成型区（20）内的流态打印料（17）填充完成后，所述透光板（2）和/或模型板（1）再回摆调整到层打印预设倾斜方向和倾斜角度，所述光束（16）再按照预设图案透过透光板（2）照射流态打印料（17）。

20.根据权利要求15所述的一种光固化3D打印方法，其特征在于：所述步骤（2）的层打印过程中，所述透光板（2）和/或模型板（1）先多次调整倾斜方向和倾斜角度，所述打印成型区（20）内的流态打印料（17）填充完成后，所述透光板（2）和/或模型板（1）再回摆调整到层打印预设倾斜方向和倾斜角度，所述光束（16）再按照预设图案透过透光板（2）照射流态打印料（17）。

21.根据权利要求15所述的一种光固化3D打印方法，其特征在于：所述模型板（1）沿箭头（18）连续的线性移动。

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