CN109605737A - 一种光固化3d打印系统和打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光固化3D打印系统和打印方法。一种光固化3D打印系统，铺料器底部至少有部分区域为透光区，使上方的光束能够透过所述透光区；铺料器与光敏打印料发生相对移动，将光敏打印料铺设到透光区下方的载料体上，且铺设的光敏打印料还处于被挤压状态时,光束透过透光区并根据要打印的三维模型信息选择性照射光敏打印料形成固化层。本发明铺料和光照固化是同时进行，同时可以多个打印头同时沿不同层进行铺料和打印，可以实现更快的打印速度；可以通过装置设定或控制系统实现精确的控制；打印装置运行更加可靠，尤其适合打印装置的安装基础是运动的场合，例如船舶、火车或飞机等。

Description

一种光固化3D打印系统和打印方法

技术领域

本发明涉及一种打印设备及方法，具体涉及一种光固化3D打印系统和打印方法。

背景技术

现有的光固化打印方法主要采用激光或DLP光源照射光敏树脂形成固化层，层层堆叠形成三维模型，例如SLA(Stereo Lithography Apparatus)或DLP(Digital LightProcessing)光固化打印方法。对于光敏树脂与其他粉末材料混合的浆料，一般采用类似SLS(Selective Laser Sintering)或3DP(在粉末床上铺粉然后选区喷射粘结剂层层叠加制作模型)中铺粉的方式，先将浆状光敏打印料刮平，然后用光束照射，形成固化层，然后重复上述过程将固化层层层堆叠直至三维模型打印完成。由于铺料和光照固化是分时进行，影响了打印速度，另外，浆状光敏打印料，例如光敏树脂或光敏树脂与其他粉末材料形成的粘稠的奖状的打印料，铺设的厚度容易受刮板间隙，刮板移动速度，料载体(打印平台)的温度或振动，打印料的粘度和表面特性，或打印料成分配方，浆状打印料的压强等多种因素的影响，进而影响铺料层厚的精度和三维模型的精度。

发明内容

本发明的目的提供一种光固化3D打印系统和打印方法，在铺料器的刮料区至少部分透光，光束透过铺料器的透光区选择性照射光敏打印料，在光敏打印料处于铺料器和料载体或料载体已经固化打印料的间隙的挤压状态时被选择性光照固化成型。

本发明采取以下技术方案:

一种光固化3D打印系统，铺料器11底部至少有部分区域为透光区12；所述铺料器11与载料体3发生相对平移运动，将光敏打印料4铺设到透光区12下方的所述载料体3上，且铺设的光敏打印料4还处于被挤压状态时,光束29透过所述透光区12并根据要打印的三维模型信息选择性照射所述透光区12下方的光敏打印料4形成固化层41；所述铺料器11与所述料载体3能够相对竖向运动,打印过程中，使得所述铺料器11与所述料载体3之间的距离拉大，在所述料载体3上由所述固化层41形成固化模型。

进一步的，所述铺料器11为刮板式结构，所述透光区12采用透光板实现。

进一步的，所述透光区12与光敏打印料4之间设置有一层隔离层46，隔离层46与所述透光区12的表面接触，所述隔离层46用于阻止固化层41与所述透光区12的黏连。

更进一步的，所述隔离层46为通过光聚合抑制剂渗入到所述透光区12下方的光敏打印料4中形成的光照聚合死区，或者，在所述透光区12与光敏打印料4之间设置的润滑液形成的润滑层。

进一步的，所述透光区12采用可以透过光聚合抑制剂或渗入润滑液的材料制成。

进一步的，还包括驱动器，所述驱动器驱动所述料载体3下移，使得所述铺料器11与所述料载体3之间的距离拉大，固化模型成型于所述透光区12和所述料载体3之间，并固连于所述料载体3上。

进一步的，所述驱动器驱动所述铺料器11平移运动，使得所述铺料器11与所述料载体3产生相对平移运动，在所述料载体3上方铺设光敏打印料4形成铺料层。

进一步的，提供所述光束29的光源固定不动，所述光源发出的光束29跟踪所述铺料器11并透过所述透光板12选择性照射所述铺料层。

进一步的，提供所述光束29的光源与所述铺料器11固定连接。

进一步的，所述辅料器11为转鼓式结构，所述透光区12设置在转鼓上。

进一步的，所述辅料器11为转带式结构，包括转带17和转辊组，转带由转辊组支撑，并随转辊组转动，所述透光区12设置在转带17上。

进一步的，所述转带17上方还固定设有透明压板16，所述透明压板16使所述转带17与光敏打印料4之间保持预定的间隙。

进一步的，在所述铺料器11外侧设置辅助刮料器13，使光敏打印料4先在所述铺料器11表面形成预打印料层44，然后再经铺料器11铺设到所述料载体3上，所述光束29透过所述透光区12选择性照射还处于被挤压状态的所述预打印料层44形成固化层41。

更进一步的，给料器18设于所述铺料器11与所述料载体3相对平移运动的前方或上方，或设于辅助刮料器的上方，所述给料器18与所述铺料器11固连。

进一步的，至少两个铺料器11同时工作，相邻铺料器铺料的高度方向的位置相差一层铺料层的厚度，所述铺料器11与所述料载体3相对平移运动前方的铺料器的位置比后方铺料器的位置低。

进一步的，所述料载体3的成型表面为圆形或环形平面，一个或多个所述铺料器11环周设置在料载体3上方，驱动器驱动料载体3转动，实现料载体3与铺料器11的相对平移运动。

更进一步的，至少两个铺料器11环周等夹角分布设置在料载体3上方，且各铺料器到所述料载体3的间距相等，并同时向所述料载体3上铺设光敏打印料4。

进一步的，还包括外加固化器，所述外加固化器设置为扇形，其喷嘴呈扇形排布，外加固化器在料载体3的成型表面的半径越大的位置喷嘴数量越多。

进一步的，所述铺料器11内设置有提供所述光束29的光源，所述光源的的点光源呈扇形排布，所述光源在料载体3的成型表面的半径越大的位置点光源数量越多。

进一步的，所述铺料器11内设置的长条形光源，所述铺料器11转动时长条形光源不转动，长条形光源始终朝向所述料载体3的方向。

进一步的，所述料载体3的内外侧分别设置限定铺料和打印空间的内套缸37和/或外套缸39。

进一步的，在所述料载体3的左右两侧都设置自下向上的给料活塞，当一侧给料活塞用于给料时，另一侧给料活塞用于接收多余的光敏打印料4，两侧给料活塞往复交替。

一种光固化3D打印方法，提供底部至少有部分区域为透光区12的铺料器11，所述铺料器11与料载体3发生相对平移运动，在所述料载体3上铺设光敏打印料4形成铺料层；光束29透过所述透光区12选择性照射所述透光区12下方的受挤压状态的铺料层形成固化层41；打印过程中，所述铺料器11与所述料载体3发生相对竖向运动，使得所述铺料器11与所述料载体3间距拉大，在所述料载体3上由所述固化层41堆叠形成固化模型。

进一步的，将所述料载体3下移远离透光区12，使得所述铺料器11与所述料载体3间距拉大，在所述料载体3上由所述固化层41堆叠形成固化模型。

进一步的，连续保持用于阻止固化层41与透光区12黏连的一层隔离层46，隔离层46与所述透光区12接触。

进一步的，所述隔离层46为通过光聚合抑制剂渗入到所述透光区12下方的光敏打印料4中形成的光照聚合死区，或者，在所述透光区12与光敏打印料4之间设置的润滑液形成的润滑层。

进一步的，至少两个铺料器11同时工作，相邻铺料器11铺料的高度方向的位置相差一层铺料层的厚度，前方铺料器的位置高度比后方铺料器的位置高度低。

进一步的，所述料载体3的成型表面为圆形或环形平面，一个或多个铺料器11环周设置；打印过程中，所述料载体3连续转动，使得铺料器11与料载体3发生相对平移运动，同时所述料载体3连续下移，使得所述铺料器11与所述料载体3间距拉大，所述铺料器11将光敏打印料4以螺旋的形式堆叠到所述料载体3上，在所述料载体3上形成一个或同时形成多个螺旋形式的铺料层。

更进一步的，所述铺料器11内设置有提供所述光束29的光源，所述光源的的点光源呈扇形排布，所述光源在所述料载体3的成型表面的半径越大的位置点光源数量越多。

本发明可至少获得如下一种有益效果：

1)由于铺料和光照固化是同时进行，可以实现更快的打印速度；还可以是多个打印头同时沿不同层进行铺料和打印，进一步提升打印速度；还可以采用连续螺旋铺料的打印的方式或涡旋铺料的打印方式，可以再进一步提升打印速度；

2)铺料器与已经固化模型之间的间隙(与铺料层厚度相关)，可以通过装置设定或控制系统实现精确的控制，光敏打印料处于铺料层厚度完全受控的状态时被光束选择性照射成型，铺料器与固化层脱离后，固化层的厚度不再变化或变化很小，从而可以实现更加精确的三维模型的打印；另外，由于光敏打印料处于被挤压状态时固化成型，也利于提升所打印的三维模型的密度和强度；

3)打印装置运行更加可靠，不同光敏打印料的配方，铺料器与料载体的相对移动速度，以及环境温度和振动等变化因素对打印精度的影响大为降低，而且固化模型在料载体的上方固连，打印过程中更重或更大的固化模型与料载体的连接也容易实现可靠连接，可以扩展适用范围，例如打印较重或较大的模型，或应用于打印装置的安装基础是运动的场合，例如船舶、火车或飞机等。

附图说明

图1a本发明光固化打印系统及方法的示意图；

图1b具有隔离层时，本发明光固化打印系统及方法的示意图；

图2a采用转鼓式结构铺料器的光固化打印方法示意图；

图2b采用转带式结构铺料器的光固化打印方法示意图；

图3转鼓式结构铺料器表面预先形成预打印料层(设置辅助刮料器)的光固化打印方法示意图；

图4a是可双向行程都进行打印的光固化打印方法示意图一；

图4b是可双向行程都进行打印的光固化打印方法示意图二；

图5料载体往复移动的光固化打印方法示意图；

图6铺料器往复移动的光固化打印方法示意图；

图7a两个打印头同时进行两层打印的光固化打印方法示意图；

图7b三个打印头同时进行三层打印的光固化打印方法示意图；

图8a螺旋方式的光固化打印方法示意图；

图8b图8a的俯视图；

图9图8b的剖视图；

图10a另一螺旋方式的光固化打印方法示意图；

图10b图10a的俯视图；

图11a铺料器平移运动光源不运动的光固化打印方法示意图一；

图11b铺料器平移运动光源不运动的光固化打印方法示意图二；

图12a具有双给料缸的光固化打印方法示意图一；

图12b具有双给料缸的光固化打印方法示意图二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

参见附图1a，铺料器11的底部至少有部分区域为透光区12，透光区12可以采用透光板实现，光束29可以透过此透光区12照射处于透光区12下方的光敏打印料4。打印时，驱动器(图1中未示出)驱动铺料器11与料载体3可以相对平移运动，即铺料器11沿箭头101移动，或者也可以是料载体3沿箭头101相反的方向移动，将光敏打印料4在料载体3上铺设成薄层的铺料层，当被铺设的光敏打印料4(即铺料层)还处于铺料器11和料载体3或料载体3上的已经固化打印料之间的挤压状态时(即光敏打印料4处于透光区12的下方时)，光源(图1中未示出)发出的光束29透过铺料器11上的透光区12并根据要打印的三维模型信息选择性照射光敏打印料4形成固化层41。打印完成一层后，驱动器(图1中未示出)驱动铺料器11与料载体3可以相对竖向运动，即料载体3沿箭头102移动，或者铺料器11沿箭头102相反的方向移动，使得铺料器11与料载体3之间的距离拉大预设的距离，例如层厚的距离，然后重复上述过程，固化层41层层堆叠结合形成固化模型(即三维模型或三维物体)并固定在料载体3上。铺料器11与料载体3之间的相对竖向运动和相对平移运动还可以同时进行，例如驱动器(图1中未示出)驱动铺料器11与料载体3进行相对平移运动的同时，还同时连续的进行相对竖向运动，可以参考图8或图10所示的实施例。此打印过程中，刮料和固化是同时进行，打印速度快，而且光敏打印料离开铺料器时已经大体固化，可避免光敏打印料离开铺料器时厚度发生变化而影响打印精度。当然，对固化层41还可以采用额外的光源进行选择性照射，加强固化层41的固化程度，提升所打印三维模型(即固化模型或三维物体)的强度，由于固化层41在处于厚度受控的状态时已经被一定程度的固化，后续的固化过程不会影响模型的精度。

图1b与图1a不同之处在于，在铺料器11与光敏打印料4之间设置有一层隔离层46，用于降低固化层41与透光板12的黏连，隔离层46与透光区12接触。隔离层46可以采用多种方式实现，例如铺料器11的透光区12可以采用半透膜，可以让上方具有一定压力的抑制剂71(如氧气)透过透光区12，在铺料层形成光照聚合死区，此光照聚合死区与透光区12接触，在隔离层46内，光束29照射时光敏打印料也不会固化，如此当铺料器11移动时，降低与固化层41的黏连，调节抑制剂71的压强，可以控制透过透光区12的抑制剂的量，从而控制隔离层46(即光照聚合死区)的层厚。隔离层46还可以通过在透光区12的表面设置润滑液形成的润滑层的方式实现，即在透光区12设置大体透明的润滑液与透光区12接触，铺料器11移动时，由于隔离层46中润滑液的润滑作用，使得铺料器11可以更加容易与固化层41脱离。在铺料器11移动的同时，光束29照射光敏打印料4形成固化层41，但对于图1a所示的实施例，可能固化层41会与透光区12黏连，影响铺料器11移动速度，或损伤固化层41，而采用图1b所示的实施例，由于隔离层46可以防止固化层41与透光区12黏连，可以更加顺畅的实现透光区12与固化层41分离，提升打印速度和打印精度。

如图1b所示的打印过程中：铺料器11与料载体3的相对平移运动进行铺料，将新的光敏打印料4连续的铺设到透光区12下方形成铺料层，光束29透过透光区12照射透光区12下方的铺料层形成固化层41，同时，在固化层41与透光区12表面之间形成隔离层46，此隔离层可以是光照聚合死区，润滑层，或其他利于固化层41与透光区12分离的层，此隔离层46与透光区12表面接触，实现固化层41与透光区12的快速分离，打印完成一层，料载体3下移远离透光区12表面，重复上述过程进行下一层打印，层层堆叠结合形成三维模型。需说明，本实施例中料载体3处于铺料器11和透光区12的下方，固化模型成型于透光区12和料载体3之间，并固连于料载体3上，由此相比现有打印方法中料载体3在上方，并向上提升的情况，更加利于固化模型与料载体3的固连，尤其是较重的固化模型也容易保证打印过程中与料载体3的可靠连接；而上置光源的SLA，即相比现有打印方法中料载体3在下方，并打印过程中向下移动的情况，本发明由于实现铺料和层厚受控状态下光照固化同时进行而具有更快的打印速度和精度。

图1中的铺料器11采用刮板式结构，与现有刮板结构不同的是，此铺料器11具有中空的结构，且在中空结构的底部设置有透光区12，例如可以采用透光板实现透光区12。

参见图2a，与图1a和1b不同之处在于，铺料器11采用转鼓式结构，透光区12设置在转鼓上，例如转鼓为透明的。打印时，可以沿箭头103方向转动(当然也可以是沿103相反的方向转动)，随着铺料器11与料载体3的相对平移运动，例如图中示意铺料器11沿箭头101方向移动，将光敏打印料4铺设到料载体3上，同时，光束29透过铺料器11，并根据三维模型信息选择性照射处于挤压状态的光敏打印料4，形成固化层41。采用转鼓形式的铺料器11可以更加利于固化层41与透光区12(即转鼓表面)的分离，利于提升打印速度和打印精度。光源2(图2中未示出)可以设置在转鼓式结构的铺料器11内也可以设置在铺料器11外，通过镜组(如反射镜或透镜)将光学传送到铺料器11内。当然，也可以类似图1实施例中，在转鼓(即铺料器11)的表面设置隔离层46，进一步提升铺料器11与固化层41的分离速度。

参见图2b，与图2a不同之处在于，铺料器11采用转带式结构，铺料器11包括转带17和转辊组，转辊组包括转辊15-1和15-2，转带17由转辊组支撑，并随转辊组的转动而沿箭头103-3转动。透光区12设置在转带17上，例如转带17可以是透明的，光束29透过转带17照射处于挤压状态的打印料形成固化层41.为了减小转带17的变形，提升铺料层的厚度精度，铺料器11还可以包括透明压板16，透明压板16可以透光，例如光束29透过透明压板16和转带17照射光敏打印料层。此实施方式比图1所示实施例不仅利于铺料器与固化层的分离，同时比图2a所示方案可以设置更大的透光区12，利于加快固化速度。当然，也可以类似图1所示实施例中，在转带17的表面设置隔离层46，进一步提升转带17与固化层41的分离速度。例如可以进一步设置涂布器70，可以向转带17表面涂布润滑层，或者，涂布器70向转带17渗入聚合抑制剂(如氧气)，以便转带17可以更容易与固化层41分离。当然，在图2a中也可以设置涂布器70，可以向转鼓表面涂布润滑层，或者，涂布器70向转鼓渗入聚合抑制剂(如氧气)，以便转鼓可以更容易与固化层41分离。

参见图3，与图2a所示实施例不同之处在于，在铺料器11外侧还可以设置辅助刮料器13，将光敏打印料4先在转鼓(即铺料器11)表面形成预打印料层44，然后再经转鼓铺设到料载体3上，光束29(即图3或图4中的光束29-1)透过透光区选择性照射还处于被挤压状态的预打印料层44形成固化层41。由于光敏打印料4在转鼓铺料时已经预先形成预打印料层44，所以采用此方式铺料可以进一步提升转鼓11的铺料精度和速度。进一步的，还可以采用光束29-2对预打印料层44根据三维模型信息预先进行选择性照射，使之少许的固化，然后被转鼓挤压时再经光束29-1照射形成固化的打印料层41并与之前的固化层堆叠结合。当然，还可以在光束29-2和29-1之间设置其他光束，都根据三维模型信息选择性照射预打印料层44，可以合理调整光照强度，在预打印料层44到达转鼓下方被挤压状态之前不会完全固化，以利于与之前固化层的结合。最优的，铺料器11的转动速度与料载体3的移动速度可以合理匹配，使得铺料器转鼓11与料载体3仅是纯滚动，如此设置来保证预打印料层44被没有“褶皱”的铺设到料载体3上，提升铺料精度。图2b中转带式结构的铺料器11也可以采用图3所示方案，即在转带17上设置辅助刮料器，并在转带17上形成预打印料层，经光束29-1(即图2b中的光束29)照射形成固化层41，或者也可以先用光束29-2对预打印料层进行预先照射，然后再经光束29-1进行照射形成固化层41，为简化不再累述。图3中的辅助刮料器13为刮板形式，当然也可以是辊轮形式的，如图4所示。

参见图4，图4与图3不同之处在于，在转鼓形铺料器11的左右两侧都设置了辅助刮料器，根据料载体3与打印头的相对运动方向决定那个辅助铺料器工作，以实现双向移动时都可以铺料和固化。例如，图4a中，料载体3沿箭头101移动，或者转鼓沿箭头101相反的方向移动，铺料器11沿箭头103转动，辅助刮料器13-1工作，并在铺料器11的右侧形成预打印料层，经铺料器11将预打印料层铺设到料载体3上，经光束29-1照射固化形成固化层41，还可以采用光束29-2对右侧的预打印料层进行预固化。当一层打印完，料载体3沿箭头102下移层厚距离，然后如图4b沿101方向运动进行下一层打印，或者转鼓沿箭头101相反的方向移动，铺料器11反向转动，即沿图4b中的箭头103转动，同时，左侧的辅助刮料器13-2工作，在铺料器11左侧形成预打印料层，被铺料器11铺设到料载体3上，同时被光束29-1照射固化形成固化层41，还可以采用光束29-3对左侧的预打印料层进行预固化。如此反复直至打印完成。如此可以实现料载体3往复运动过程中都可以铺料和打印，提高打印速度。另外，图4中还示意辅助刮料器采用辊轮的形式。另外，图4中还示意设置给料器19，如右侧的给料器19-1和左侧的给料器19-2，给料器可以随对应的辅助铺料器一同工作。

参见图5，给出又一种打印方式。料载体3可以沿箭头101左右往复平移运动，或者铺料器11沿箭头101右左往复平移运动，在铺料器11上方设置给料器18，设料载体3沿箭头101向左方向移动时，铺料器11沿箭头103顺时针方向转动，给料器18送出的打印料4送到转鼓铺料器表面带到右侧送到料载体3上，经光束29照射成型。当料载体3沿箭头101向右方向移动，铺料器11沿箭头103逆时针方向转动，给料器18送出的打印料4送到铺料器11表面带到左侧送到料载体3上，经光束29照射成型。此方式结构简单还能高效的实现双向打印。图5中的光源2可以采用长条形的LED阵列或LCD屏幕，还可以参考图9中的光源2-1或2-2。图2b中的转带式结构的铺料器11也可以采用此方式，即在上方设置给料器18。

参见图6，与图1不同之处在于，在铺料器11上还可以设置给料器如图中的给料器18-1，给料器18-1在铺料器11的上游位置(铺料器11相对料载体3运动的前方位置)铺设光敏打印料。使得给料过程与铺料过程同步进行，提升打印速度。而且给料器18-1还可以通过精确的控制给料量，减少打印料在铺料器11运动前方的堆积，利于提升铺料和打印精度。当然还可以在铺料器11的左右两侧都设置给料器，例如在图中铺料器11的左侧还设置了给料器18-2，当打印完一层后，铺料器11沿箭头101所示向左移动，或料载体3向右移动，可以让给料器18-2开始给料，使得铺料器11双向运动过程中都可以铺料和打印，提升打印速度。当然，也可以类似图1b设置在透光区12下表面设置隔离层，加快透光区12与固化层41的脱离，提升打印速度。

参见图7a，还可以是多个铺料器同时打印。图7a示出两个铺料器同时打印，铺料器11-1处于铺料器11-2的前方，铺料器11-1的高度位置比铺料器11-2的低一个铺料层厚度，铺料器11-1和光源2-1形成固化层41-1，铺料器11-2和光源2-2形成固化层41-2，固化层41-2堆叠在固化层41-1上，固化层41-1和41-2同时打印。给料器18-1和给料器18-2还可以与料源43连通，还可以在给料器与料源43之间打印料的传输路径上设置泵送装置和阀门。需说明，可以采用一个光源2来代替光源2-1和2-2，即用一个光源2同时或快速分时扫描透光区12-1和12-2.另外，即可以是料载体3沿箭头101移动，也可以是铺料器11-1和11-2沿箭头101相反的方向移动。光源2-1可以与铺料器11-1固连并随铺料器11-1移动而移动，也可以不与铺料器11-1固连，例如可以通过镜组来控制光束跟随铺料器11-1，同理光源2-2，不再累述。

进一步参见图7b，示意了三个打印头同时打印。与图7a中采用刮板式结构铺料器不同，图7b中铺料器11采用转鼓式结构，还可以分别对应设置辅助刮料器13，如辅助刮料器13-1,13-2和13-3，还可以分别对应设置给料器18，如给料器18-1,18-2和18-3。铺料器11-1和光源2-1形成固化层41-1，铺料器11-2和光源2-2形成固化层41-2，铺料器11-3和光源2-3形成固化层41-3，三层固化层同时打印和堆叠。

采用多个铺料器同时铺料和打印，相邻铺料器铺料的高度方向的位置相差一层铺料层的厚度，前方铺料器的位置高度比后方铺料器的位置高度低。如此可以实现多层铺料层的同时铺设和多层固化层41的同时打印，大幅提升打印速度。

参见图8a，料载体3的成型表面为圆形或环形平面，图中铺料器11示意为转鼓式结构，且为圆台形，铺料器11可以为多个，环周设置，最优的可以环周等间距或等角度设置。图8a中示意了两个铺料器的实施例，驱动器由动力源组成，料载体3在动力源61的带动下可沿箭头101转动，实现料载体3与铺料器的相对平移运动，同时还可以在动力源62的带动下沿箭头102移动，实现料载体3与铺料器的相对竖向运动，铺料器11-1被动力源63带动沿箭头103转动，铺料器11-2被动力源64带动沿箭头104转动。图中示意沿料载体3环周设置多个打印模型5,如图中的虚线所示。铺料器11-1和对应的光源2-1(光源还可参考图图9)形成固化层41-1，铺料器11-2和对应的光源2-2(光源还可参考图图9)形成固化层41-2。固化层41-1和固化层41-2相互堆叠结合。也可以类似图3和图4中的实施例，每个铺料器对应设置辅助铺料器，例如铺料器11-1设置辅助铺料器13-1，铺料器11-2设置辅助铺料器13-2。当然辅助铺料器13-1和13-2也可以改为给料器18-1和18-2，如图8b所示。

多个铺料器同时铺料和打印可以提升打印速度。料载体3沿箭头101每转动一周，即打印完成一层后，料载体3沿箭头102阶梯式移动设定的距离，例如，对于采用一个铺料器的情况，料载体3快速移动一个层厚的距离，对于两个铺料器同时打印的情况，料载体3快速移动两个层厚的距离，依次类推。另外，还可以采用螺旋形式铺料和打印的方式，即当料载体3沿箭头101连续转动的同时还沿箭头102连续的移动，则光敏打印料4以螺旋的形式堆叠到料载体3上，在料载体3上形成一个或同时形成多个螺旋形式的铺料层，假设料载体3沿箭头101转动的速度恒定不变和铺料层或固化层厚度均匀相等，则两个铺料器同时打印情况下料载体3沿箭头102移动的速度是一个铺料器情况下的两倍，依次类推。如此设置可以实现连续铺料，例如，铺料器11-1和铺料器11-2铺设的铺料层可以沿图8a中双点划线所示的空间螺旋线连续铺设，由于没有铺料器在不同层之间切换的过程，可进一步提升打印效率和打印精度。在一些实施方式中，还可以设置外加固化器22，例如，对应固化层41-1设置外加固化器22-1，对应固化层41-2设置外加固化器22-2。进一步强化固化层41的固化程度，也可提升打印速度。

图8b相当于图8a的俯视图，与图8a不同之处在于，外加固化器22可以为扇形，外加固化器的喷嘴承扇形排布，由于料载体3不同半径位置处的线速度不同，半径越大的位置的线速度越大，而采用扇形排布的喷嘴同样是半径越大的位置喷嘴数量越多，可以补偿随半径增加而增加的线速度，可以更加均衡的利用各个喷嘴的利用率。外加固化器的各个喷嘴可以是点光源，如LED，LED激光，LCD屏幕上的光源点等，也可以是液体喷嘴。

图9相当于图8b的剖视图，示意了分别在铺料器11-1和11-2内设置的长条形的光源2-1和2-2，可以是条形排列的点光源阵列，也可以参考图5所示意的光源2。铺料器11转动时光源2-1或2-2不转动，始终朝向料载体3方向。条形排列的点阵列光源2可以根据三维模型信息选择性开关来发出光束并透过铺料器11的透光区照射光敏打印料4。另外，图9中示意在料载体3的外侧还可以设置外套缸39，在某些实施方式中，还可以设置内套缸37。采用外套缸39或内套缸37可以限定铺料和打印的空间，利于光敏打印料稳定铺设。

本实施例中的铺料器的数量当然可以是1个或更多个。在本实施方式优选的方案中，铺料器11与料载体3的转动速度合理匹配，使得铺料器转鼓11与料载体3基本不会发生滑动，而仅是纯滚动。如此设置来保证铺设到料载体3上的铺料层能精确定位。

另外，还可以将图7b看做图8a的侧视图，并采用三个圆台形铺料器的实施例，并将图7b中的料载体3的成型表面设为圆形或环形平面，并沿图8a中的箭头101转动，三个铺料器11-1，11-2和11-3，以及相应的光源2-1，2-2和2-3同时形成三个连续螺旋状的固化层41-1，41-2和41-3，同时采用给料器18-1，18-2和18-3分别给料，假设料载体3沿箭头101转动的速度恒定不变和铺料层或固化层厚度均匀相等，则三个铺料器同时打印情况下料载体3沿箭头102移动的速度是一个铺料器情况下的三倍，可以进一步提升打印速度。

如上述相关各实施例所示，转鼓式结构的铺料器11的外表面可以是圆柱形，也可以是圆台形。

参见图10a，与图8所示实施方式相比不同之处在于铺料器采用刮板式结构。设料载体3沿箭头101转动，铺料器11内集成有光源2，光源2可以是LED阵列或LCD或OLED屏幕,发出的光束透过透光区12向料载体3照射，形成固化层41。如必要还可以设置凸起部分11a提升铺料效果。还可以设置给料器18，在铺料器11的前方(即上游)给料。料载体3每转动一周，即打印完成一层后，料载体3沿箭头102阶梯式移动设定的距离，例如，对于单个铺料器的情况，料载体3快速移动一个层厚的距离，对于两个铺料器同时打印的情况，料载体3快速移动两个层厚的距离，依次类推。另外，还可以采用螺旋形式铺料和打印的方式，即当料载体3沿箭头101转动时，同时沿箭头102连续的移动，则光敏打印料以螺旋的形式堆叠到料载体3上，在料载体3上形成一个或同时形成多个螺旋形式的铺料层。假设料载体3沿箭头101转动的速度恒定不变和铺料层或固化层厚度均匀相等，则两个铺料器同时打印情况下料载体3沿箭头102移动的速度是一个铺料器情况下的两倍，三个铺料器同时打印情况下料载体3沿箭头102移动的速度是一个铺料器情况下的三倍，依次类推。如此设置可以实现连续铺料，由于没有铺料器在不同层之间切换的过程，可进一步提升打印效率和打印精度。如图10b，相当于图10a的俯视图，并示意了3个铺料器和相应的光源同时打印的实施例。光源2-1设置为扇形，其上的点光源呈扇形排布，由于料载体3不同半径位置处的线速度不同，半径越大的位置的线速度越大，而采用扇形排布的点光源，如LED，LED激光，LCD屏幕上的点光源等，同样是半径越大的位置数量越多，可以补偿随半径增加而增加的线速度，可以更加均衡的利用各个点光源，提升打印效率。

还可以将图7a看做图10a的侧视图，两个刮板式铺料器11同时螺旋打印的实施例。设图7a中的料载体3的成型表面为圆形或环形平面，并沿图10a中的箭头101转动，两个铺料器11-1和11-2和相应的光源2-1和2-2同时连续的形成螺旋状的固化层41-1和41-2，还可以同时采用给料器18-1和18-2分别给料，可以实现快速的三维模型打印。图7a中的光源可以采用DLP，LED，或LCD屏幕等。进一步的，还可以类似前述的实施例，在透光区12下表面形成隔离层，加快透光区与相应固化层的分离，提高打印速度和精度。

如图8和图10所示的实施中，最优的，可以设置料载体3的成型表面为圆形或环形的平面，可以设置至少两个铺料器11环周且等夹角分布设置在料载体3上方，且各铺料器到料载体3的间距相等，并同时向料载体3上铺设光敏打印料4，这样可以同时形成多个等厚度的铺料层，且由于铺料器相互等角度设置，铺料器到料载体3的距离相等意味着铺料器都处于相同的高度上，如此可大为方便打印系统的安装调试和维护。

图11示意一种铺料器11移动铺料，光源2固定不动的实施例。图11a示意铺料器11沿箭头101移动，光源2保持不动，通过调变光束29的方向来跟随铺料器11，例如可以通过镜组来动态调整光束29的方向，具体的如铺料器11由图11a所示的位置移动到图11b所示的位置，光源2保持位置不同，光束29偏转跟踪铺料器11，透过透光区12并根据三维模型信息选择性照射透光区12下方受挤压状态的铺料层形成固化层41。当然可以是多个铺料器11共用一个光源，例如结合图7a，假设两个铺料器共用图12中的同一个光源2。当然，也可以是多个光源发出的光束透光同一个铺料器上的透光区照射此透光区下方的铺料层进行选择性固化。

图12a-12b示意在图1或图2所示打印方法的基础上，在料载体3的左右两侧都设置给料活塞，当一侧给料活塞用于给料时，另一侧给料活塞用于接收多余的光敏打印料，两侧给料活塞往复交替。如图12a，铺料器11处于最右端，右侧的给料活塞36上移将光敏打印料推出，铺料器11开始左移，将光敏打印料4向左刮料形成铺料层铺设到料载体3上，同时根据三维模型5的信息对处于透光区下方挤压状态的铺料层进行固化，铺料器11移动到左侧的给料活塞38位置，给料活塞38下移将多余的打印料回收到给料活塞38上方，铺料器11移动到最左端，如图12b所示，然后左侧的给料活塞38上移将光敏打印料推出，铺料器11开始右移，将打印料4向右推动铺设到料载体3上，同时根据三维模型5的信息对处于透光区下方挤压状态的铺料层进行固化，铺料器11移动到右侧的给料活塞36位置，给料活塞36下移，将多余的打印料回收到给料活塞36上方，铺料器11移动到最右端，如图12a所示，如此重复往复，直至三维模型打印完成。

需说明，本发明中的铺料器11与料载体3之间的相对平移运动，可以实现光敏打印料4在料载体3上的铺设，即形成铺料层，即可以是铺料器11平移运动，料载体3不动，也可以是料载体3平移运动，铺料器11不动，或料载体3和铺料器11同时平移运动，料载体3或铺料器11的平移运动是指各图中沿箭头101方向或相反方向的移动，或者沿水平方向的移动，或者沿平行于料载体3的成型表面的方向移动。铺料器11与料载体3之间的相对竖向运动，可以实现固化层41的层层堆叠，形成固化模型(即三维模型，或三维物体)，即可以是铺料器11竖向运动，料载体3不动，也可以是料载体3竖向运动，铺料器11不动，或料载体3和铺料器11同时竖向运动，料载体3或铺料器11的竖向运动是指沿图中箭头102方向或相反方向的运，或沿竖直方向运动，或沿垂直于料载体3的成型表面的方向运动。料载体3的成型表面是指料载体3上可以接收铺料层或固化层41的表面。

各实施方式中铺料器11的透光区12在光敏打印料4侧的表面(即下表面)还可以采用自润滑材料，如聚四氟乙烯，或含油的材料阻止光敏打印料层(固化层)在透光区12上的黏连。让固化的光敏打印料层(固化层)能快速的与铺料器11脱离，加快打印速度，也利于提升打印精度。

如前述各实施例所示，本发明中光源2可以采用DLP投影照射，也可以采用设置在铺料器11透光区上的LCD屏幕或LED阵列来照射，或采用激光源，通过镜组让激光透过铺料器11上的透光区12对处于挤压状态的光敏打印料进行选择性照射，或其他可以选择性照射的光源均可。

本发明的光固化打印装置和打印方法可以用于液态的光敏树脂材料，可以是任何光照引发聚合反应的树脂液体，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，还可以在树脂中混合细胞，药物，颜料等。

对于光敏树脂与金属粉末或陶瓷粉末的混合浆料，还可以结合金属粉末注射成型(MIM，metal powder injection molding)或陶瓷粉末注射成型(CIM，ceramic powderinjection molding)等PIM方法，通过本发明3D打印的方式制作生培模型(green part)，然后脱脂和烧结(Sintering)，形成金属或陶瓷等零部件。采用本发明的光固化打印装置或打印方法不仅可以快速的打印塑料或树脂模型，还可以更加高效的定制金属或陶瓷零件，或生物医药，或其他模型。

文中叙述采用“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，实际的左或右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。同时，以上各实施例都是本发明的可选实施例，本领域普通技术人员在此基础上还可以进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (18)

1.一种光固化3D打印系统，其特征在于：铺料器(11)底部至少有部分区域为透光区(12)；所述铺料器(11)与载料体(3)发生相对平移运动，将光敏打印料(4)铺设到透光区(12)下方的所述载料体(3)上，且铺设的光敏打印料(4)还处于被挤压状态时,光束(29)透过所述透光区(12)并根据要打印的三维模型信息选择性照射所述透光区(12)下方的光敏打印料(4)形成固化层(41)；所述铺料器(11)与所述料载体(3)能够相对竖向运动,打印过程中，使得所述铺料器(11)与所述料载体(3)之间的距离拉大，在所述料载体(3)上由所述固化层(41)形成固化模型。

2.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述铺料器(11)为刮板式结构，所述透光区(12)采用透光板实现。

3.如权利要求1或2所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述透光区(12)与光敏打印料(4)之间设置有一层隔离层(46)，所述隔离层(46)与所述透光区(12)的表面接触，所述隔离层(46)用于阻止所述固化层(41)与所述透光区(12)的黏连。

4.如权利要求3所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述隔离层(46)为通过光聚合抑制剂渗入到所述透光区(12)下方的光敏打印料(4)中形成的光照聚合死区，或者，在所述透光区(12)与光敏打印料(4)之间设置的润滑液形成的润滑层。

5.如权利要求4所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述透光区(12)采用可以透过光聚合抑制剂或渗入润滑液的材料制成。

6.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于：还包括驱动器，所述驱动器驱动所述铺料器(11)平移运动，使得所述铺料器(11)与所述料载体(3)产生相对平移运动，在所述料载体(3)上方铺设光敏打印料(4)形成铺料层；所述驱动器还驱动所述料载体(3)下移，使得所述铺料器(11)与所述料载体(3)之间的距离拉大，所述固化模型成型于所述透光区(12)和所述料载体(3)之间，并固连于所述料载体(3)上。

7.如权利要求6所述的光固化3D打印系统，其特征在于：提供所述光束(29)的光源固定不动，所述光源发出的光束(29)跟踪所述铺料器(11)并透过所述透光板(12)选择性照射所述铺料层。

8.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述辅料器(11)为转鼓式结构，所述透光区(12)设置在转鼓上。

9.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述辅料器(11)为转带式结构，包括转带(17)和转辊组，转带由转辊组支撑，并随转辊组转动，所述透光区(12)设置在转带(17)上。

10.如权利要求8或9所述的光固化3D打印系统，其特征在于：在所述铺料器(11)外侧设置辅助刮料器(13)，使光敏打印料(4)先在所述铺料器(11)表面形成预打印料层(44)，然后再经所述铺料器(11)铺设到所述料载体(3)上，所述光束(29)透过所述透光区(12)选择性照射还处于被挤压状态的所述预打印料层(44)形成固化层(41)。

11.如权利要求1-10中任意一项权利要求所述的光固化3D打印系统，其特征在于：给料器(18)设于所述铺料器(11)与所述料载体(3)相对平移运动的前方或上方。

12.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于：至少两个铺料器(11)同时工作，相邻铺料器铺料的高度方向的位置相差一层铺料层的厚度，所述铺料器(11)与所述料载体(3)相对平移运动前方的铺料器的位置比后方铺料器的位置低。

13.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述料载体(3)的成型表面为圆形或环形平面，一个或多个所述铺料器(11)环周设置在所述料载体(3)上方，驱动器驱动所述料载体(3)转动，实现所述料载体(3)与所述铺料器(11)的相对平移运动。

14.如权利要求13所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述铺料器(11)内设置有提供所述光束(29)的光源，所述光源的点光源呈扇形排布，所述光源在所述料载体(3)的成型表面的半径越大的位置点光源数量越多。

15.如权利要求8或9所述的光固化3D打印系统，其特征在于：所述铺料器(11)内设置长条形光源，所述铺料器(11)转动时长条形光源不转动，长条形光源始终朝向所述料载体(3)的方向。

16.如权利要求1所述的光固化3D打印系统，其特征在于：在所述料载体(3)的左右两侧都设置自下向上的给料活塞，当一侧给料活塞用于给料时，另一侧给料活塞用于接收多余的光敏打印料(4)，两侧给料活塞往复交替。

17.一种光固化3D打印方法，其特征在于：提供底部至少有部分区域为透光区(12)的铺料器(11)，所述铺料器(11)与料载体(3)发生相对平移运动，在所述料载体(3)上铺设光敏打印料(4)形成铺料层；光束(29)透过所述透光区(12)选择性照射所述透光区(12)下方的受挤压状态的铺料层形成固化层(41)；打印过程中，所述铺料器(11)与所述料载体(3)发生相对竖向运动，使得所述铺料器(11)与所述料载体(3)间距拉大，在所述料载体(3)上由所述固化层(41)堆叠形成固化模型。

18.权利要求17所述的光固化3D打印方法，其特征在于：所述料载体(3)的成型表面为圆形或环形平面，一个或多个铺料器(11)环周设置；打印过程中，所述料载体(3)连续转动，使得铺料器(11)与料载体(3)发生相对平移运动，同时所述料载体(3)连续下移，使得所述铺料器(11)与所述料载体(3)间距拉大，所述铺料器(11)将光敏打印料(4)以螺旋的形式堆叠到所述料载体(3)上，在所述料载体(3)上形成一个或同时形成多个螺旋形式的铺料层。