CN109483882B - 光固化3d打印系统及光固化3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光固化3D打印系统及光固化3D打印方法，所述光固化3D打印系统包括模型板和透光板，模型板和透光板安装在一缸套上，模型板和透光板可相对运动，缸套、模型板和透光板之间构成一密封腔，密封腔内填充有用于形成打印模型的液态光固化打印料，该密封腔与一用于调节密封腔的压力的压力源相连。本发明利于实现更高的打印料压强，使得3D打印模`型的强度更高、打印速度更快，同时精度也更加精确。

Description

光固化3D打印系统及光固化3D打印方法

技术领域

本发明涉及3D打印的技术领域，尤其涉及一种在调整液态光固化打印料压强状态下进行光固化3D打印方法和打印系统。

背景技术

3D打印作为一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体,包括SLA，DLP，LCD/LED等光固化方式，如采用UV光固化树脂层层选择性固化形成3D模型。例如DLP(Digital Light Processing)是以根据3D模型的切片截面图形而形成的面、成像光源如采用紫外光投影到光敏树脂料上实现单层的固化，如此层层固化形成3D模型。SLA(Stereo Lithography Apparatus)是通过激光束如紫外光按3D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，由点到线到面逐点固化形成单层固化，如此层层固化形成3D模型。

光固化打印机大都包括光源(即成像装置)和固定模型的平台(模型板)，平台通过驱动机构在光源照射成型的同时进行移动，以便层层固化光敏树脂打印料形成固化模型。当前的光固化3D打印方法中，大都是依靠光敏树脂材料自身的重力流入到已经固化的光源照射的成型区域，使得打印速度慢。如果将整个打印机放入到封闭腔体内,或者平台与驱动机构放入到封闭腔体内，然后在封闭腔体内加入气体如空气或氮气或通过加入光敏树脂打印料来提升压强的方式，虽然能提升打印料的压强，利于提升光敏树脂流入打印区的速度，但由于驱动机构等都处于加压区内，封闭腔体体积大和封闭腔体内部包含的结构复杂，不利于在封闭腔体内实现更高的压强，对打印的速度的提升比较有限，而且整体结构复杂，影响打印机的寿命和可靠性，也不利于打印机的维护和成本。有必要开发出一种更加有效且简洁的打印料压强控制方式，提升基于光敏树脂打印料打印方法的效能。

发明内容

本发明创新性的提供了一种光固化3D打印系统及其打印方法，能够极大提升打印效率，同时打印出的3D模型强度更高，打印过程也更加可控，可以实现复杂的立体模型打印。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种光固化3D打印系统，所述光固化3D打印系统包括模型板和透光板，模型板和透光板安装在缸套内，模型板和透光板可相对运动，所述缸套、所述模型板和所述透光板之间构成密封腔，所述密封腔内填充有用于形成三维模型的液态光固化打印料，所述密封腔与用于调节所述密封腔内所述液态光固化打印料压强的压力源相连，成型光束透过所述透光板照射所述液态光固化打印料形成三维模型。

本发明还提供了一种上述光固化3D打印系统的光固化3D打印方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、采用泵送装置向密封腔内填充液态的光固化打印料，并控制密封腔内光固化打印料的压强，将密封腔内压强调至预设值；

步骤S2、采用预设图案的光束透过透光板照射密封腔内液态的光固化打印料进行固化，模型板和透光板进行相对运动，使模型板和透光板之间的距离逐步拉大；

步骤S3、重复步骤S1和S2，直至模型板在液态的光固化打印料中拉伸出预设的三维模型。

此外，本发明还提供了另外一种光固化3D打印系统，所述光固化3D打印系统包括缸套，在缸套内设置有两个可相对运动的透光板，所述透光板分别是第一透光板和第二透光板，所述缸套与第一透光板和第二透光板之间构成密封腔，所述密封腔内填充有用于形成三维模型的液态光固化打印料，所述密封腔与用于调节所述密封腔内液态光固化打印料压强的压力源相连，第一成型光束透过所述第一透光板照射所述液态光固化打印料，第二成型光束透过所述第二透光板照射所述液态光固化打印料，形成三维模型。

同时本发明还提供了一种上述光固化3D打印系统的光固化3D打印方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、采用泵送装置向密封腔内填充液态的光固化打印料，并控制密封腔内光固化打印料的压强，将密封腔内压强调至预设值；

步骤S2、采用预设图案的第一光束透过第一透光板照射密封腔内液态的光固化打印料进行固化，同时，采用预设图案的第二光束透过第二透光板照射密封腔内液态的光固化打印料进行固化，第一透光板和第二透光板进行相对运动，使第一透光板和第二透光板之间的距离逐步拉大；

步骤S3、重复步骤S1和S2，直至三维模型打印完成。

进一步的，方法还包括：对液态光固化打印料施加振动和/或加热，加快液态光固化打印料流入到固化模型与透光板之间的固化区域。

进一步的，所述压力源包含有泵送装置，泵送装置的一端通过打印料管路与所述密封腔相连通，另一端与第一打印料箱相连；

在打印料管路上设置有振动器、加热器、压强传感器、储能器中的任意一个或多种组合。

进一步的，在密封腔的顶部连通有带阀门的泄压管路，所述泄压管路一端通过阀门与大气相连和/或与第二打印料箱或第一打印料箱相连；

所述泄压管路另一端与打印料管路相连，或所述泄压管路另一端直接与所述密封腔相连。

进一步的，所述透光板与缸套密封固定，所述模型板与所述缸套滑动密封配合，所述模型板上设置有导杆，所述导杆与驱动机构相连，所述驱动机构带动所述模型板相对所述透光板移动；

或者，

所述模型板密封固定在缸套上，所述透光板与所述缸套滑动密封配合，所述透光板上设置有导杆，所述导杆与驱动机构相连，所述驱动机构带动所述透光板相对所述模型版移动。

进一步的，第一透光板、第二透光板与所述缸套滑动密封配合，第一透光板、第二透光板分别设置有导杆，两个所述导杆分别与相应的驱动机构相连，所述驱动机构分别带动所述第一透光板、所述第二透光板移动。

进一步的，所述驱动机构为多套丝杆副驱动机构对称布置或多套液压驱动机构对称布置。

进一步的，所述导杆上设有力传感器。

进一步的，导杆上设置有力平衡机构。

进一步的，模型板朝向透光板的端面设置有易脱离层或易拆卸板。

进一步的，打印料经光照后固化形成的打印模型和透光板之间有一层光照聚合死区。

进一步的，所述透光板相对于密封腔另一侧设置有加强板，加强板上开设有透光图案；

圆形的模型板或圆形的透光板可以绕垂直于模型板或透光板的轴线相对旋转。

进一步的，在所述透光板相对于密封腔的另一侧设置有加强板，且在所述加强板和所述透光板之间设置有用于发射成型光束的点阵光源。

进一步的，所述缸套由两个缸套结构密封组合而成，且该两个缸套结构接触的端面通过驱动机构来实现分开或衔接在一起。

进一步的，缸套由2段构成，第一段的内径小于第二段的内径，第一段在密封腔内露出的端面作为模型板用于固化三维模型的附着表面。

进一步的，在所述密封腔内，有支撑板与所述缸套固连，在两个透光板同时打印的开始阶段打印出支撑结构将打印模型与所述支撑板固定连接。

进一步的，模型板可以移出缸套，将三维模型取出。

本发明的好处在于：

1.模型板、透光板和缸套形成柱状密封腔，在密封腔内可以没有运动部件，仅仅模型和打印料部分处于高压状态，其他的驱动机构在密封腔的外侧，利于实现高压强；另外，本发明的密封结构和驱动机构，也利于实现更高的打印料压强；更高的打印料压强带来诸多好处，1)利于减少模型打印过程的翘曲变形，实现更精确的模型打印；2)利于提升模型强度，高压成型，打印好的模型密度高强度好；3)可以更快速度的打印，通过高压让打印料可以快速流动到成型区域；4)还可能改进其他方面的性能，例如通过负压打印，形成具有更多空隙的结构零件，例如如果打印完后再烧结形成最终模型，则由于模型密度高，气泡少，烧结时收缩小利于提升模型精度；对于导磁的材料可以通过高密度，实现高磁导率。

2.缸套和两个相对的透光板形成柱状密封腔，除了具有上述好处之外，还可以通过两个透光板同时相对移动，两束成型光束分别透过对应的透光板照射密封腔内的打印料，同时进行光固化打印，可成倍的提升光固化打印速度。

3.在垂直于透光板的方向上，密封腔的尺寸大小随打印模型拉伸而调整，打印过程中密封腔在拉伸方向上(例如垂直于透光板的方向)尺寸大体上保持与模型的高度相同，在实现模型打印的情况下，密封腔的空间实现最小化，并仅在密封腔内充满液态光固化打印料，打印时打印料的用量少，利于提升打印料的利用率。

4.应用方便，易于维护，1)打印过程中通过泵送装置向密封腔内送打印料，打印完成后的回抽打印料，可通过模型板移出缸套来方便的取出打印好的三维模型；2)打印过程和取出模型的过程都大幅降低了光敏树脂与外部环境的直接接触，即利于延长材料寿命，也利于人的健康；3)各种运动部件和电器部件都处于密封腔外，结构简单，易于维护；4)打印装置处于各种方位均可，例如，下方投影方式，上方投影方式，水平投影方式或倾斜投影方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了一种光固化3D打印系统示意图；

图2a示出了一种具有“死区”及透光板具有加强结构的光固化3D打印系统示意图；

图2b示出了一种透光板具有加强结构示意图；

图3示出了导杆在透光板侧和卧式的结构示意图；

图4示出了一种上置式光源3D打印方法示意图；

图5a-5b示出了一种下置光源式光固化3D打印系统示意图；

图6示出了一种下置光源式光固化3D打印系统示意图；

图7a-7b示出了一种上置光源式光固化3D打印系统示意图；

图8示出了一种上置光源式光固化3D打印系统示意图；

图9示出了一种透光板移动和卧式光固化3D打印系统示意图；

图10a-10b示出了一种透光板移动和模型板可移开的光固化3D打印系统示意图；

图11示出了一种双向同时进行固化成型的光固化3D打印系统示意图；

图12a-12b示出了一种双向同时进行固化成型和缸套可分离的光固化3D打印系统示意图；

图13示出了一种利用液压缸平衡打印料压强作用力的光固化3D打印系统示意图；

图14示出了基于本发明提供的光固化3D打印系统进行光固化3D打印过程的流程图；

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

一种光固化3D打印系统，光固化3D打印系统包括模型板1和透光板3，其特征在于，模型板1和透光板3安装在缸套2内，模型板1和透光板3可相对运动，所述缸套2、所述模型板1和所述透光板3之间构成密封腔，所述密封腔内填充有用于形成三维模型的液态光固化打印料5，所述密封腔与用于调节所述密封腔内所述液态光固化打印料5压强的压力源4相连，光源(即成像装置)发出的光束39透过透光板3照射密封腔内的液态光固化打印料5，同时透光板3和模型板1相对移动远离，液态光固化打印料5层层按设定的图案固化和结合形成固化的三维模型。

参阅图1，模型板1、缸套2和透光板3形成的基本封闭的密封腔作为打印工作的工作腔。密封腔内充满光固化3D打印料5，成型光束39透过透光板3选择性照射光固化3D打印料5进行选择性固化。图1示出了固化过渡区59和固化打印模型51。固化打印模型51附着在模型板1上。固化过程中模型板1沿箭头81所示的方向移动，带动固化打印模型51一同运动。模型板1与缸套2之间保持基本密封滑动配合状态，即在模型板1相对缸套沿箭头81运动的同时，还保持与缸套2之间的配合密封，以保持密封腔内的压强。同时打印料压力源4通过打印料管路42向密封腔内进行提供设定压力的打印料，如箭头82所示，保持密封腔内的打印料5的压强。另外，为了引导模型板1运动，还可以在模型板上设置导杆11。透光板3与缸套2固定连接，且基本密封，以保持密封腔内打印料的压强。模型板1、缸套2和透光板3都可能分别是组装件，以透光板3为例，可能是由透光材料与固定安装结构件或密封件等组装而成。

图2a与图1不同之处在于，可能在模型板1上设置有环形凹槽，凹槽内设置密封件19，例如密封圈，来提升模型板1和缸套2之间的密封效果。图4，导杆11穿过与缸套2上固连的端盖22，并与之滑动密封配合。另外还可能在模型板1上设置有易脱离层或易拆卸板12，当模型51打印完成时，易脱离层或易拆卸板容易从模型板1上脱离或取下，便于取下模型51。进一步可选的，透光板3在密封腔内的一侧，在固化过渡区59与透光板3之间形成一层“死区”58，在“死区”58内的光固化打印料被光束39照射也不会固化，便于打印料5快速流入到固化打印模型51与透光板3之间，并防止打印料5固化时与透光板3发生黏连，提升打印速度。此“死区”58可以采用多种方式实现，例如透光板3具有半透特性，可以让一定压力的氧气透光透光板3进入密封腔抑制靠近透光板3区域的打印料5固化；或者在透光板3上方(密封腔侧)设置一层基本透明的不固化液体或润滑液，阻止打印料5固化时与透光板3黏连。

另外，为了提升透光板3抵抗密封腔内巨大压强的能力，可以在透光板3下方(与密封腔侧相对的一侧)设置加强板32，如图2b所示。加强板32上设置有透光区可以露出透光板3，让光束39可以穿过。为了让完整的截面被照射到，采用图2b所示的加强板32的实施例情况下，模型板1和透光板3均为圆形，需要模型板1与加强板32之间绕轴线90相对转动，让模型截面上的所有区域都可以被照射到。另外，缸套2在图中的上部内侧形成倒角，以利于模型板1拉出和插入缸套2。进一步的，图2a中，在加强板32内还可以设置冷却液循环管路34，在冷却液循环管路34内部通冷却液将打印料5、透光板3加强板32上的多余热量带走。因为在光照以及打印料的受光照进行聚合反应的过程中往往会产生和积累较多的热量。保持打印料5(如光敏树脂)处于合适的成型温度，提升光照成型的速度和性能。

图3，与图1不同之处在于，导杆11可能设置在模型板1的朝向密封腔的一侧上，此导杆穿过透光板3侧的缸套2，导杆11与缸套2之间滑动密封配合。还示意了在某些实施例中可以在透光板3外设置点阵列光源成像装置37，例如LED阵列，或LCD掩膜式光源。在透光板3和点阵列光源成像装置37之间还可能设置镜组(图中未示出)，例如菲涅尔透镜。

图4，示意成像装置37可以采用激光器并配合镜组35来控制光束39扫描透光板(图中未示出)。图4还示意，缸套2可以在靠近透光板的区域作为成型区，在远离成型区缸套2上设置有开口23，具有开口的区域作为导向区。模型板1处于成型区时，进行模型打印，模型打印完成后，可以控制压力源4将打印料抽出。然后当模型板1移动到导向区透过开口23可以将打印好的模型51取出，同时模型板1可以不必完全移出缸套2。导向区能为模型板1导向，且方便取出打印模型51。当然，上述各实施例中还可以在缸套2上设置盖子来的方式来方便模型取出。打印时盖子关闭，打印结束后打开盖子取出模型。

后续的附图进一步示意移动的驱动机构方案，压力源4的实现方案和方法流程。

请参阅图5a，模型板1的导杆11与移动板13固连。电机座71与缸套2固连。电机62固定到电机座71上。驱动丝杆6转动，丝杆6与移动板13之间通过丝杆副61驱动移动板13沿箭头81移动，带动模型板1移动。为适合模型51处于大压强下进行打印，设置多套(如2套)对称布置的丝杆6和丝杆副61，提供平衡的驱动力。进一步还可以是设置导轨69让模型板1的移动更加精确。模型51附着在模型板1上移动，成像装置37发出的光束39透过透光板3照射形成模型51。同时第一泵送装置41沿打印料管路42将打印料以设定压力送入模型腔内，保持腔内压强。

可选的，可以在打印料管路42上设置有加热器46，保持送入模型腔内打印料5的温度，设置压强传感器43检测打印料压强信号。还可以设置储能器44，利于保持打印料5的压强稳定，减少压强的波动。还可以设置振动器45，在打印料5内形成振动波，加快打印料5的流动，利于打印料快速流入到模型51与透光板3之间的间隙，利于快速供料和模型快速打印。还可以设置打印料箱49，储存打印料，或向第一泵送装置41提供打印料，或将密封腔的打印料5回收储存。

图5b，示意模型打印完成后，第一泵送装置41反向工作，将模型腔内的打印料5沿箭头82抽出回送到第一打印料箱49a内。模型板1移出缸套2，直至整个模型51都移到缸套2之外。可以将固化打印模型51从模型板1上取下。给料泵送系统可以向缸套2内送料，也可以从缸套2内抽吸料会回到料箱。

一般的，模型打印过程结束，可能关闭光源设备，停止打印料向缸套内进行泵送，也可能停止相关的加热器，振动器等器件的工作。然后释放密封腔，即密封腔的打印料压强，例如通过停止泵送装置，打开与打印料箱相连通的管路上的阀门，或打开与大气向连通的管路上的阀门等方式将打印腔内的压强释放掉。检测密封腔内打印料的压强是否达释放完毕，例如可以通过压强或压力传感器来检测密封腔内的压强，如果压强释放完毕，则将打印腔内未固化的打印料抽出，例如送回到打印料箱，未固化打印料如果抽空，则将密封腔打开，例如通过模型板或透光板移出缸套的方式使得打印好的模型露出密封腔外，然后取出模型，如将模型板移动到密封腔之外，或密封腔上设有门，并打开。取出模型，可以是从模型板上取走模型，也可以是直接将模型板取走，或将模型板上的易拆卸板取走，并更换新的模型板或易拆卸板安装到打印设备上方便快速进行下个模型的打印。然后可以将密封腔再次封闭，例如模型板或透光板复位，即移动到缸套内，形成封闭的密封腔，为下次模型打印做好准备。

图6相当于图5a的侧视图。但与图5a不同的在于，在模型板1与缸套2之间设置密封件19，加强密封效果。在模型板1上设置泄压管路42-2，泄压管路42-2上配备有阀门47。在打印料刚开始进入密封腔的过程中，需要将密封腔内的空气排出，可以将阀门47打开，经上方将密封腔内的空气排出，如果有打印料流出，则由于与空气密度的不同，可以旁通流回第二打印料箱49b内，在其他实施例中，第二打印料箱49b可以与第一打印料箱49a合并为同一个打印料箱。另外，打印结束时，泵送装置停止向密封腔内输送打印料，可以通过打开阀门47来释放密封腔内的压强，同时还可以在泵送装置将打印料从密封腔内抽回打印料箱的过程中避免密封腔内形成真空。在模型板1上的导杆11上可以设置力传感器17，检测模型板1与打印料5之间的作用力情况。例如可以检测密封腔内的压强是否合适，或者工作过程是否出现异常。还可以设置位置传感器16，检测模型板1的位置，可以更加精确的控制模型的打印精度。光成像装置中可以在成像装置37和透光板3之间的光路中设置镜组35，调节光的投影，提升精度。还可能设置温度控制器26，控制密封腔内光固化打印料5处于合适的温度范围，提供打印效率或性能，例如更高的打印料温度可以降低打印料的粘度，利于加快打印料流入固化模型51与透光板3之间的固化区域，提升打印速度。可能还有控制器88，接收上述各种信号和控制上述各执行机构按设定的打印方案进行打印。另外还可能通过计算机89将3D模型进行处理，生产可执行指令发送给控制器88。

图7a-7b所示的打印装置与图5所示的打印系统的区别在于，其示出了一种上置式光源的打印系统。即打印过程中，成像光束39是从上方向下透过透光板3来照射打印料形成固化打印模型51的，电机62驱动丝杆6通过丝杆副61驱动导杆11和模型板1沿箭头81所示的方向(向下)移动，打印料层层按光照图案固化形成固化打印模型51。图中还示意了在模型板1上设置有密封件19。泵送系统与图5a中的作用相同，相同的标号代表相同的含义，在此详细步骤不予赘述。此外还可以设置导轨69，来对模型板1的移动进行导向，提升位移精度，提升模型打印精度。导轨69固定在支架7上，其他器件，如作为电机62和导轨69的电机座71与支架7固连。成像装置37也可以固定在支架7上。缸套2可以通过电机座71与支架7固连。打印料泵送系统的各部件也可以固定到支架7上。

图7b示意了模型51打印完成后，第一泵送装置41将没有固化的打印料从缸套2内抽出，例如送回打印料箱49a，如箭头82所示。然后模型板1继续下移，模型板1先移出缸套2，然后直到整个模型51都移出缸套2。方便将固化打印模型51从模型板1上取下。

图8相当于图7a的侧视图。但与图7a不同的在于，在模型板1上设置易脱离层或易拆卸板12，模型打印完成后，可方便取下易脱离层或易拆卸板12，然后打印系统可以快速进行下一模型的打印。另外，在打印料管路42上还设置带阀门47的泄压管路42-2。在打印料刚开始进入密封腔的过程中，需要将密封腔内的空气排出，可以将阀门47打开，经上方将密封腔内的空气排出，如果有打印料流出，则由于与空气密度的不同，可以旁通流回第二打印料箱49b内。此外，还可以设打印料回收管路42-1，该打印料回收管路上设置第二泵送装置41-1或者设置阀门，当模型打印完成时，可以将未固化的打印料5都送回到第三打印料箱49c内。

需要说明的是，第一打印料箱49a、第二打印料箱49b和第三打印料箱49c可以为相对独立的3个打印料箱，也可以为同一个打印料箱。

图9，示意还可以是透光板3进行移动，而且也可以是卧式结构，模型51是沿水平方向层层打印形成。例如透光板3与导杆11固连，导杆11与电机座71固连，电机座71上固设有电机62，电机62驱动丝杆6通过丝杆副驱动透光板3沿箭头81所示方向移动。模型板1与缸套2密封固连。打印过程中，压力源4通过打印料管路42向缸套2内输送打印料5，并保持打印料5的压强。在打印开始时，可以利用泄压管路42-2和阀门47实现排气。当然，打印结束时，当压力源4停止向密封腔内输送打印料5，可以通过打开泄压管路上的阀门47来释放密封腔内的压强，同时还可以在压力源将打印料从密封腔内抽回打印料箱或将模型板1移出缸套的过程中避免密封腔内形成真空。

图10a在图9的基础上，模型板1上设置驱动机构，例如固定在支架7上的液压缸79来驱动模型板1靠近或远离缸套2。缸套2也与支架7固连。还可以在模型板1与缸套2之间设置密封件19-1，同时在透光板3与缸套2之间设置密封件19-2。当液压缸79将模型板1压向缸套2时，密封胶19-1提升模型板1与缸套2之间的密封效果，利于保持缸套内打印料5的压强，和减少或避免打印料5对外泄露。还可以设置导轨69，对模型板1的移动进行精确导向，和减少液压缸79的径向受力。还可以在模型板1朝向透光板3的端面上设置易脱离层或易拆卸板12，方便打印模型51从模型板1上取下。图10b中示意当模型51打印结束后，如前述的方式将缸套2内未固化的打印料5抽空，然后液压缸79驱动模型板1远离缸套2，露出模型51，方便模型51取出。液压缸79也可以是其他的驱动机构，例如丝杆机构等。

实施例二

本实施例提供了一种光固化3D打印系统，其特征在于，所述光固化3D打印系统包括缸套2，在缸套2内设置有两个可相对运动的透光板3，透光板3分别是第一透光板3-1和第二透光板3-2，缸套2与第一透光板3-1和第二透光板3-2之间构成密封腔，密封腔内填充有用于形成三维模型的液态光固化打印料5，密封腔与用于调节所述密封腔内液态光固化打印料5压强的压力源4相连，第一成型光束39-1透过第一透光板3-1照射液态光固化打印料5，第二成型光束39-2透过第二透光板3-2照射液态光固化打印料5，形成三维模型。

进一步可选的，在本实施例二中，第一透光板3-1和第二透光板3-2在密封腔内的一侧也有一层“死区”，其位置、组成和作用与实施例一中的“死区”58一致，具体不予赘述。

参照图11，示意了通过两个透光板3同时打印的实施例。第一透光板3-1设置在缸套2的左侧并通过导杆11-1与丝杆副61-1连接；同时，第二透光板3-2设置在缸套2的右侧并通过导杆11-2与丝杆副61-2连接。丝杆副61-1配置有位置传感器16-1，丝杆副61-2配置有位置传感器16-2，分别用来感测第一透光板3-1和第二透光板3-2的位置。打印过程中，投影成像装置37-1的第一成型光束39-1经镜组35-1并通过第一透光板3-1照射打印料进行成型，投影成像装置37-2的第二成型光束39-2经镜组35-2并通过第二透光板3-2照射打印料进行成型。电机62-1通过丝杆副61-1及丝杆6-1驱动第一透光板3-1沿箭头81-1方向移动。电机62-2通过丝杆副61-2及丝杆6-2驱动第二透光板3-2沿箭头81-2方向移动。采用此实施方式，两个透光板，2套光源和2套透光板移动驱动机构可以实现对模型51的两侧同时打印，可成倍提升打印速度。为了让模型51在打印过程中保持稳定，提升打印精度，可以在缸套2的中部位置设置与缸套2固连的模型支撑板15，在两个透光板同时打印的开始阶段，可以打印支撑结构53将模型51与支撑板15连接，固定模型51。

图12a在图11的基础上，将缸套2分成2部分，即缸套2-1和2-2，缸套2-1和2-2由驱动机构控制闭合或打开，驱动机构可以为多种，如丝杆副机构，如液压缸，如连杆机构等。图12中示意了两个缸套2之间用丝杆副61-3连接，电机62-3可驱动丝杆6-3，通过丝杆副61-3来驱动两个缸套2-1和2-2之间靠近和分开。两个缸套紧密靠近，形成密封腔，缸套之间还可以设置密封件19-3来提升密封效果。如图12b所示，打印结束后，电机62-3驱动丝杆6-3和丝杆副61-3，将两个缸套分离开，便于模型51取出。

另外，两个缸套2-1和2-2的内部尺寸可以不同，例如具有不同的内径，或者一个缸套2的内侧采用台阶结构，其中一段的内径比另一段的内径小，形成台阶端面。即，缸套2的两段即可以是由两个不同内径的缸套组合而成，也可以是同一个缸套的内径制作成台阶状来实现。如图12a所示，缸套2-1具有比缸套2-2更小的内径。则打印开始时，透光板3-2可以在缸套2-1的端面上形成支撑结构53，便于打印过程中保证模型51的稳定，提升模型精度。

在本实施例中，第一透光板3-1、第二透光板3-2下方分别设置加强板32-1和32-2，以抵抗密封腔内巨大压强的能力。加强板32-1和加强板32-2上可以开设有透光图案或不开设透光图案均可。进一步可选的，加强板32-1和32-2和第一透光板3-1、第二透光板3-2之间设置有用于发射成型光束的点阵光源。

图12a中还示意光源采用点阵列光源的成像装置37-1和37-2，成像装置37-1的成型光束39-1透过透光板3-1照射打印料5，同时成像装置37-2的成型光束39-2透过透光板3-2照射打印料5，成本提升打印速度。成像装置37-1和37-2分别通过加强板32-1和32-2提升透光板与光源(成像装置)的耐压能力。图12中示例的光束39-1或39-2不需要穿过加强板32-1或32-2，所以加强板32-1和32-2可以不用设置透光图案窗口，更利于实现高压打印，并利于简化结构。其中的透光板和点阵列光源可以为一体结构。在加强板32-1或32-2内还可以设置类似图2a中标号34所示的散热液体循环流动用的管路，或在加强板外表面设置散热翅结构，便于将打印料或光源的热量散出。

图13，示意了一种压力平衡机构。在模型板1的导杆11上除了设置精确控制模型板1位置的驱动机构，即丝杆6、丝杆副61和电机62外，还可以设置压力平衡机构，例如液压缸79。可以调整液压缸79的推力，来尽量平衡缸套2内的打印料的压强在模型板1上的压力。这样，采用驱动力较小的电机62和丝杆6和丝杆副61就可以容易和精确的控制模型板1的位移和位置。减轻控制模型板位置的驱动机构的负担，尤其当缸套2内打印料压强很大时，效果更加明显，同时可以提升模型打印精度。图13还示意了缸套2截面也可以是方形的。其他与前述实施例同，不再累述。

图14示意了一种打印方式流程图。步骤100启动打印过程，此过程可能涉及一些设备的自检，状态的复位等动作。然后步骤101判断是否要采用调整打印料压强的方式进行打印。例如采用打印大气压的方式进行打印，来提升模型密度，强度，或打印速度，或小于大气压的方式进行打印来减小模型密度，或形成空隙结构。步骤101的判断结构为“是”，则步骤103检测缸套内的打印料压强是否为设定值，如果不是，则步骤102通过打印料压力调节系统来调整打印料的压强。例如向缸套内泵入打印料，提升打印料的压强至设定值。此过程可能还涉及对缸套内的空气进行排出，模型板和透光板之间的位置调整到初始状态，针对图11或图12所示的实施例，调整两个透光板到初始位置状态，一般是最为靠近的位置关系状态。当打印料的压强达到设定值后，步骤104启动模型板与透光板之间的控制程序，调整模型板与透光板间距为设定值，针对图11或图12所示的实施例，控制两个透光板之间的间距到设定值；步骤105判断是否需要进行下一层的投影，如果是，则步骤106载入界面图形并通过光源进行投影照射打印料，形成模型，投影结束后或步骤105判断不需要下一层投影，则进入步骤107等待下一个数据指令。然后步骤108判断模型是否打印完成，如果不是，则返回步骤103，重复上述过程。如果模型打印完成，则进入步骤109，结束打印过程。结束过程可能设置停止光照，停止打印料的泵送，并可能启动未固化打印模型压强的释放与回抽。以及模型移出缸套，便于取下模型。如果步骤101判断不需要改变打印料压强的方式进行打印，则可以跳过步骤103和102。即直接进入步骤104。

需说明上述各实施例中，模型板或透光板沿箭头81的移动是指整体上的表现，即可以是沿箭头81连续的移动；也可以是断续的移动；还可以是沿箭头81移动设定距离后再沿81相反方向回移另一个略小的设定距离的往复运动，不断重复，整体上表现为是沿箭头81进行移动。

本发明所述的打印料为光照可固化的材料，例如光敏树脂，或光敏树脂与其他液体或粉末材料的混合液体或浆料。如陶瓷粉末，金属粉末，塑料粉末或其他的粉末材料进行混合，还可以在树脂中混合细胞，药物，颜料等。另外，在密封腔内还可以是多种打印料，或气体或液体分层组合填充，灵活应用。

上述各实施例中，模型板与透光板还可以沿垂直于模型板或透光板的轴线相对旋转。

如前述，打印料的压强可以增加，也可以减小。当减小打印料压强时，例如小于大气压的情况下打印，可以容易让打印料中出现更多空穴，容易打印充满空穴的模型，减小模型重量，或获得其他的性能，如可以让液体或生物细胞容易在空穴中存留或生长与结合，具有冲击力缓冲功能的零件。

采用高压打印料的方式进行3D打印，例如打印PIM(例如金属粉末注射成型或陶瓷粉末注射成型)材料，然后在进行脱脂和烧结过程，最终得到金属，陶瓷或其他材料的成本零件模型。由于采用高压打印，固化打印模型，即绿模(green part)的密度高，烧结时的收缩率可以降低，利于提升模型的精度和强度。

各实施例中的缸套截面可以是圆形，也可以是方形或其他形状。

模型板与缸套的配合相当于导轨的作用。当然，还可以在与丝杆平行的位置设置其他的导轨，来为模型板或透光板运动进行导向，提升运动精度和模型打印精度。

密封可以采用多种密封方式，如靠模型板与缸套的研磨紧密配合密封，或采用密封圈，O型橡胶圈，填料密封，或其他的液压系统中的密封方式等。例如在模型板上设置密封槽，在槽内设置密封圈。

打印料的泵送装置可以采用多种方式来泵送打印料，例如齿轮泵，柱塞泵，螺杆泵，叶片泵，或其他能控制打印料流量和压强的装置均可。

打印料泵送系统中的液压储能器44让液态光固化打印料的压强更加稳定，减少波动，例如当打印料压强过大时，被液压储能器吸收，当压强变小波动变小时，储能器可以释放来补给系统。例如可以采用压缩能或势能的方式进行压强的储存与释放。例如可以为弹簧活塞的方式的液压稳定器，或基于波尔定律压缩气体进行能力转化的气囊式(或称为充气式)的液压稳定器，当然其他加强打印料压强稳定的装置也可以。

本发明各实施例中的光源可以根据具体的光敏树脂特性采用不同的光源，例如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37可以采用SLA(Stereo Lithography Apparatus),DLP(Digitallight Processing)，激光扫描(Laser)，LED屏，LCD屏等多种方式实现,也可以利用手机屏幕，IPAD屏幕，其他显示屏等屏幕作为成像光源，当然还可以配合相应的镜组调整光线。还可以采用CRT，等离子，背投，光纤阵列，激光阵列等显示技术。

需说明，在某些实施例中，本发明所述的控制器88可以由计算机89代替，即模型切片处理和生产机器控制代码，以及控制机器运行都可以由控制器完成。或者将控制器88与计算机89合并一起。

文中叙述采用“上方”，“下方”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。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (26)

1.一种光固化3D打印系统，所述光固化3D打印系统包括模型板(1)和透光板(3)，其特征在于，所述模型板(1)与缸套(2)密封固连，所述透光板(3)与所述缸套(2)滑动密封配合；

打印过程中，模型板(1)和透光板(3)可相对运动，所述缸套(2)、所述模型板(1)和所述透光板(3)之间构成密封腔，所述密封腔内填充有用于形成三维模型的液态光固化打印料(5)，所述密封腔与用于增加所述密封腔内所述液态光固化打印料(5)压强的压力源(4)相连，成型光束(39)透过所述透光板(3)照射所述液态光固化打印料(5)形成三维模型。

2.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于，所述压力源(4)包含有泵送装置(41)，泵送装置(41)的一端通过打印料管路(42)与所述密封腔相连通，另一端与第一打印料箱(49a)相连；

在打印料管路(42)上设置有振动器(45)、加热器(46)、压强传感器(43)、储能器(44)中的任意一个或多种组合。

3.如权利要求2所述的光固化3D打印系统，其特征在于，在密封腔的顶部连通有带阀门(47)的泄压管路(42-2)，所述泄压管路(42-2)一端通过阀门(47)与大气相连和/或与第二打印料箱(49b)或第一打印料箱(49a)相连；

所述泄压管路(42-2)另一端与打印料管路(42)相连，或所述泄压管路(42-2)另一端直接与所述密封腔相连。

4.如权利要求3所述的光固化3D打印系统，其特征在于，在密封腔底部开设有打印料回收口，该打印料回收口密封设置有一打印料回收管路(42-1)，打印料回收管路(42-1)与设置在缸套(2)外的第三打印料箱(49c)相连，且在第三打印料箱(49c)和缸套(2)之间的打印料回收管路(42-1)上还设置有阀门或泵送装置；

第一打印料箱(49a)、第二打印料箱(49b)和第三打印料箱(49c)为独立的3个打印料箱，或为同一个共用打印料箱。

5.一种光固化3D打印系统，所述光固化3D打印系统包括模型板(1)和透光板(3)，其特征在于，所述透光板(3)与缸套(2)密封固连，所述模型板(1)与所述缸套(2)滑动密封配合，或者，所述模型板(1)与缸套(2)密封固连，所述透光板(3)与所述缸套(2)滑动密封配合；

打印过程中，模型板(1)和透光板(3)可相对运动，所述缸套(2)、所述模型板(1)和所述透光板(3)之间构成密封腔，所述密封腔内填充有用于形成三维模型的液态光固化打印料(5)，所述密封腔与用于调节所述密封腔内所述液态光固化打印料(5)压强的压力源(4)相连，成型光束(39)透过所述透光板(3)照射所述液态光固化打印料(5)形成三维模型；

所述透光板(3)与缸套(2)密封固定，所述模型板(1)与所述缸套滑动密封配合，所述模型板(1)上设置有导杆(11)，所述导杆(11)与驱动机构相连，所述驱动机构带动所述模型板(1)相对所述透光板(3)移动；

或者，

所述模型板(1)密封固定在缸套(2)上，所述透光板(3)与所述缸套滑动密封配合，所述透光板(3)上设置有导杆(11)，所述导杆(11)与驱动机构相连，所述驱动机构带动所述透光板(3)相对所述模型板 (1)移动；

所述导杆(11)上设置有压力平衡机构。

6.如权利要求5所述的光固化3D打印系统，其特征在于，所述驱动机构为多套丝杆副驱动机构对称布置或多套液压驱动机构对称布置。

7.如权利要求5或6所述的光固化3D打印系统，其特征在于，所述导杆(11)上设有力传感器(17)。

8.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于，模型板(1)朝向透光板(3)的端面设置有易脱离层(12)或易拆卸板。

9.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于，打印料(5)经光照后固化形成的打印模型(51)和透光板(3)之间有一层光照聚合死区。

10.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于，在透光板(3)密封腔侧设置一层透明的不固化液体或润滑液。

11.一种光固化3D打印系统，所述光固化3D打印系统包括模型板(1)和透光板(3)，其特征在于，所述透光板(3)与缸套(2)密封固连，所述模型板(1)与所述缸套(2) 滑动密封配合，或者，所述模型板(1)与缸套(2)密封固连，所述透光板(3)与所述缸套(2)滑动密封配合；

打印过程中，模型板(1)和透光板(3)可相对运动，所述缸套(2)、所述模型板(1)和所述透光板(3)之间构成密封腔，所述密封腔内填充有用于形成三维模型的液态光固化打印料(5)，所述密封腔与用于调节所述密封腔内所述液态光固化打印料(5)压强的压力源(4)相连，成型光束(39)透过所述透光板(3)照射所述液态光固化打印料(5)形成三维模型；

所述透光板(3)相对于密封腔另一侧设置有加强板(32)；其中，

加强板(32)上开设有透光图案，模型板(1)或透光板(3)绕垂直于模型板(1)或透光板(3)的轴线相对旋转；或者，

在所述加强板(32)和所述透光板(3)之间设置有用于发射成型光束(39)的点阵光源。

12.如权利要求11所述的光固化3D打印系统，其特征在于，所述加强板(32)内设置有散热液体的循环管路。

13.如权利要求11所述的光固化3D打印系统，其特征在于，模型板(1)上设置驱动机构，驱动模型板(1)靠近或远离缸套(2)，透光板(3)与缸套(2)之间设置密封件(19-2)。

14.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于，模型板(1)与缸套(2)之间设置密封圈。

15.如权利要求5所述的光固化3D打印系统，其特征在于，导杆(11)设置在模型板(1)的朝向密封腔的一侧上，此导杆穿过透光板(3)侧的缸套(2)，导杆(11)与缸套(2)之间滑动密封配合。

16.如权利要求5所述的光固化3D打印系统，其特征在于，模型板(1)可以移出缸套(2)，将三维模型取出。

17.一种光固化3D打印系统，其特征在于，所述光固化3D打印系统包括缸套(2)，在缸套(2)内设置有两个可相对运动的透光板(3)，所述透光板(3)分别是第一透光板(3-1)和第二透光板(3-2)，所述缸套(2)与第一透光板(3-1)和第二透光板(3-2)之间构成密封腔，所述密封腔内填充有用于形成三维模型的液态光固化打印料(5)，所述密封腔与用于调节所述密封腔内液态光固化打印料(5)压强的压力源(4)相连，第一成型光束(39-1)透过所述第一透光板(3-1)照射所述液态光固化打印料(5)，第二成型光束(39-2)透过所述第二透光板(3-2)照射所述液态光固化打印料(5)，形成三维模型。

18.如权利要求17所述的光固化3D打印系统，其特征在于，所述缸套(2)由两个缸套结构密封组合而成，且该两个缸套结构接触的端面通过驱动机构来实现分开或衔接在一起。

19.如权利要求17所述的光固化3D打印系统，其特征在于，缸套(2)由2段构成，第一段的内径小于第二段的内径，第一段在密封腔内露出的端面作为模型板用于固化三维模型的附着表面。

20.如权利要求17所述的光固化3D打印系统，其特征在于，在所述密封腔内，有支撑板(15)与所述缸套(2)固连，在两个透光板(3)同时打印的开始阶段打印出支撑结构(53)将打印模型(51)与所述支撑板(15)固定连接。

21.如权利要求17所述的光固化3D打印系统，其特征在于，所述透光板(3)相对于密封腔另一侧设置有加强板(32)；其中，

加强板(32)上开设有透光图案，模型板(1)或透光板(3)绕垂直于模型板(1)或透光板(3)的轴线相对旋转；或者

在所述加强板(32)和所述透光板(3)之间设置有用于发射成型光束(39)的点阵光源。

22.一种基于权利要求17所述光固化3D打印系统的光固化3D打印方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、采用泵送装置向密封腔内填充液态的光固化打印料，并控制密封腔内光固化打印料的压强，将密封腔内压强调至预设值；

步骤S2、采用预设图案的第一光束透过第一透光板照射密封腔内液态的光固化打印料进行固化，同时，采用预设图案的第二光束透过第二透光板照射密封腔内液态的光固化打印料进行固化，第一透光板和第二透光板进行相对运动，使第一透光板和第二透光板之间的距离逐步拉大；

步骤S3、重复步骤S1和S2，直至三维模型打印完成。

23.一种基于权利要求1、5或11所述光固化3D打印系统的光固化3D打印方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、采用泵送装置向密封腔内填充液态的光固化打印料，并控制密封腔内光固化打印料的压强，将密封腔内压强调至预设值；

步骤S2、采用预设图案的光束透过透光板照射密封腔内液态的光固化打印料进行固化，模型板和透光板进行相对运动，使模型板和透光板之间的距离逐步拉大；

步骤S3、重复步骤S1和S2，直至模型板在液态的光固化打印料中拉伸出预设的三维模型。

24.如权利要求23所述的光固化3D打印方法，其特征在于，还包括：

对液态光固化打印料施加振动和/或加热，加快液态光固化打印料流入到固化模型与透光板之间的固化区域。

25.如权利要求23所述的光固化3D打印方法，其特征在于，模型板在液态的光固化打印料中拉伸出预设的三维模型之后，停止打印料向缸套内进行泵送，未固化打印料抽空。

26.如权利要求23所述的光固化3D打印方法，其特征在于，还包括泄压管路(42-2 )与所述密封腔连通，泄压管路(42-2)上配备有阀门(47)，在打印料刚开始进入密封腔的过程中，将阀门(47)打开，经上方将密封腔内的空气排出。

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