CN109834931A - 基于喷绘彩色夹层的sla全彩3d打印方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,属机械—光电技术领域。支持该方法的硬软件包括:运动机械系统、控制系统、供墨系统、投射光系统、光固化材料和分层软件。通过在SLA的固化切层上进行喷绘,按需打印并被固化成彩色墨水夹层,下降载物平台并淹没彩色墨水夹层,而形成新的SLA的固化切层面,再按需固化切层,循环往复,使得固化的透明树脂包裹墨水夹层,最终在打印物件的浅表形成真实彩色薄层,而实现高精度打印彩色三维打印品。
Description
[所属领域]
本发明属机械—光电技术领域。确切的讲是借助于喷绘生成彩色薄层的,再通过SLA方式包裹该薄层,而形成彩色夹层的全彩3D打印方法及装置。
[背景技术]
(激光振镜扫描固化)SLA发展历程
30多年前,3D打印面世那天,就是从光固化技术SLA立体光刻技术开始的。1984年的第一台快速成形设备采用的就是光固化立体造型工艺,现在的快速成型设备中,以SLA的研究最为深入,运用也最为广泛。
1986年美国博士Charles W Hull在其一篇论文中提出使用激光照射光敏树脂表面,并固化制作三维物体的概念。之后,Charles WHull申请相关专利。1986年便出现SLA的雏形,SLA是最早提出并实现商业应用的成型技术。1988年,3D打印行业巨头3D Systems公司根据SLA成型技术原理制作世界上第一台SLA
3D打印机——SLA250,并将其商业化。自此,基于SLA成型技术的机型如雨后春笋,相继出现。
2012年Formlabs团队在众筹平台推出了一款基于SLA成型技术的3D打印机——Form 1,并在该平台发起众筹以筹集资金。
时至今日,研究和生产SLA技术的组织、企业、团队已然众多。国内相关机构有华中科技大学、西安交通大学、珠海西通、智垒等;国外有3DSystems公司、EOS公司、ZCorporation、CMET公司、D-MEC公司、Teijinseiki公司、Formlabs公司等。
表性的公司及产品:3D Systems公司在SLA技术研究领域起步最早,相应生产的机型也众多,如:Projet1500、Objet500Connex3以及在欧洲模展上推出的ProX 800等。
国内有西通光固化3D打印机、铭展MBot Form1 3D打印机、ATSmake 3D打印机等。
(LCD、DLP光固化)SLA发展历程
1990年代,激光SLA发展十多年后才有LCD、DLP固化3D技术,DLP、LCD光固化打印技术是连续曝光,一个是面成型,理论速度达到激光振镜方式的百倍。DLP、LCD的面成型促成了很多有特色的机器,例如很多珠宝级的机器只能用DLP的原理,才能达到100微米以下的精度。SLA固有光源亮斑太大,或者小亮斑扫描时间太长,不适合超高精度及快速打印,DLP限制了大尺寸打印的可能性,因为几乎所有DLP都是用德州仪器的DMD芯片一直停留在1280分辨率左右。于是很多DLP机器要么打印大而粗糙,要么小而精细。因为x轴上那区区1000个像素,拉大了就颗粒粗,精细了就范围小;y轴同理。
LCD固化技术稍晚于DLP技术。因为显示技术包括面板和投影两大类,都是十多年前发展的。DLP恰好能够承受和处理405nm的光波,于是有了3d打印的DLP技术。同理,少数LCD面板也能忍受405nm紫外,于是有了LCDmasking这个技术。
SLA技术原理
基于激光振镜扫描固化的3D打印机的原理:
SLA(Stereo lithography Appearance),即立体光固化成型法。
光固化主流技术,第一代SLA,利用紫外激光器(355nm或405nm)为光源,用振镜系统来控制激光光斑扫描,激光聚焦到存储于储料槽中的光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,扫过之处的液体树脂薄层就选择性的固化了,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。
在每一层固化前要使用树脂刮板;因为光敏树脂材料的高粘性,在每层固化之后,液面很难在短时间内迅速流平,这将会影响实体的精度。采用刮板刮切后,所需数量的树脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠层上,这样经过激光固化后可以得到较好的精度,使产品表面更加光滑和平整。
树脂液面高度控制装置是控制液面高度的稳定,一般使用与升降台反向移动的浮筒作与升降台反向的位移,下降的升降台所导致的液面的上升,将被浮筒的上升所导致液面下降所抵消。
温度控制装置:采用加温装置,配合传感器及控制系统,使得树脂的温度保持在预定的范围内,且恒温。
当然,事先需要通过CAD设计出三维实体模型,利用离散程序将模型进行切片处理,设计扫描路径,产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动;其次,激光光束通过数控装置控制的扫描器,按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面,使表面特定区域内的一层树脂固化后,当一层加工完毕后,就生成零件的一个截面;然后,升降台下降一定距离,固化层上覆盖另一层液态树脂,再进行第二层扫描,第二固化层牢固地粘结在前一固化层上,这样一层层叠加而成三维工件原型。
当然升降台是升或降有2种方案选择,所有光固化技术的z轴方向分为两种方案:桌面型都是光源在下,通过窗口和离型膜,成型往上拉出来,但液面需要离型膜;工业大型的都是光源在上,成型下沉到液面以下,液面不需要离型膜。
最后,这种工艺打印完成之后,然后再进行对物体的清理。这样就可以实现一个完成清洁的物体,将原型从树脂中取出后,进行最终固化,当然还需要二次加工,通常我们先将支撑点,也就是打印的物体附加的结构进行分离或者用工具去除,再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。
SLA技术主要用于制造多种模具、模型等;还可以在原料中通过加入其它成分,用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快,精度较高,但由于树脂固化过程中产生收缩,不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。
为实现上述目的,还应使用以下组件:
机械系统:保持及调整升降台高度的机械装置、树脂刮板的驱动装置及树脂液面的高度控制装置;包括电机、Z轴导轨、丝杠及传感器等部件。
控制系统:采用电子技术,保持整个系统运行及控制。
结构壳体:使用钣金、塑料等材料,将各个组件固定安装在壳体内部。
基于DLP及LCD面光源成像固化的3D打印机原理:
DLP及LCD紫外数字投影技术,利用405nm光源,通过德州仪器的数字微镜技术,选择性的将面光源投射到液态树脂使之固化。其中DLP技术包括大名鼎鼎的速度快100倍的CLIP连续打印技术。
从激光扫描到数字投影的DLP,再到最新的LCD一种新的固化技术,就是使用DLP及LCD的光学像素点阵来代替原来的激光振镜扫描系统。其分光源波长可以延伸到可见光范围,一个是405nm紫外,一个是400-600nm可见光。LCD掩膜光固化:用405nm紫外光(和DLP一样),加上LCD面板作为选择性透光的技术,是LCD掩膜技术(LCD masking)或者行业里有很多各自的名字,例如选择数字光处理液晶DLP技术,紫外掩膜固化等等。
LCD掩膜技术从2013年就有人开始研制。有兴趣可以搜到最早的创客用普通电脑LCD显示器去掉背光板,加上405的LED灯珠做背光,试着打印uv树脂。z轴的解决方案无非是滑块,丝杠和步进电机,电机驱动板都可以用单片机类或者目前FDM最流行的RAMPS板解决方案。LCD的驱动其实和所有显示器的驱动一样,VGA或者hdmi接液晶驱动板再接LCD面板,背光用405nm灯泡或者LED阵列,加菲林镜片来均匀分布光照。可见光固化:另一种就是visible light cure,简写VLC,完全放弃以前所有光固化必须使用紫外光的条件,使用普通光(可见光,405nm-600nm)就可以使树脂固化,实现打印。按原理区分就是光源再一次升级,用普通的LCD显示面板,不加任何改装或改背光,直接作为光源。当然,可见光固化不只局限于LCD屏幕,可以扩展到任何显示器(等离子,CRT,背投,LED阵列,OLED)和任何投影(DLP,3LCD,Simple LCD,LCoS)以及其他任何显示技术(激光扫描成像,光纤阵列等等)。
机器代号或者厂家包含:wanhao、KLD1260、YLD01、斯泰克、zhiyao、诺瓦、Easy3D.....当然还有其他不同解决方案。主要取决于采用不同屏幕作为透光的掩膜,LCD下面一般都是405led灯作为背光。这里大家自行搜索吧。
采用2K屏幕的,这里不得不提到LCD技术的一个硬伤:光效率没有DLP高。但凡通过加大405nm灯的亮度来达到更多光通量,或者普通光通量的可见光LCD配合高敏感树脂,得到的固化速度不能和DLP的成型速度相比的。有个实际参考值,同样100微米厚固化,DLP是零点几秒到几秒,405nm紫外LCD或者可见光LCD需要十几秒到几十秒来固化。这里引出一个新的解决方案,用DLP以外的投影加上可见光技术达到一秒以内的高速度,投影可以同时达到高速度,大尺寸,高精度,还有低成本。简直完美,但目前还没有商业化。
综上所述,SLA赛跑起步较早,但发展受核心器件和专利制约。DLP起步较晚,但越来越体现出其强大优势,唯一的问题是这架马车只有德州仪器一人驾驭。LCD起步更晚,只是萌芽,还触及不到主流设备的门槛,相关技术成熟度高,未来将奋起直追。当然,光固化技术,核心问题光源之外,还有软件,自动化,应用和工业很多配套问题。另一个核心问题,光固化树脂,也是一个核心技术。
SLA技术的优势:光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺,成熟度高,经过时间的检验。由CAD数字模型直接制成原型,加工速度快,产品生产周期短,无需切削工具与模具。可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具使CAD数字模型直观化,降低错误修复的成本。同时打印多个零件不牺牲速度。因为这个和DLP技术一样,是面成型光源。
SLA技术的缺陷:SLA系统造价高昂,使用和维护成本过高。SLA系统是要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻。成型件多为树脂类,强度,刚度,耐热性有限,不利于长时间保存。预处理软件与驱动软件运算量大,与加工效果关联性太高。软件系统操作复杂,入门困难;使用的文件格式不为广大设计人员熟悉。
DLP及LCD光源与激光光源相比的一些缺点:LCD可选范围很少:这个技术关键部件LCD,需要对405光有很好的选择性透过,还要经得住几十瓦405LED灯珠的数小时高强度烘烤,还有散热和耐温性能的考验。所以不是每款LCD屏都能用的上。以上解决方案已经解决LCD选择这个重要问题了。同时,建议用户做好烧毁LCD屏虚更换的心理准备。这个LCD屏是易耗件。
总结:30多年来,SLA技术发展了很多应用,精度极大提高,综合成本也渐渐下降,但是至今为止,都无法生成彩色打印物件!
[发明内容]
本发明目的:
解决目前SLA技术都无法生成彩色打印物件的这一缺陷。而且这一缺陷无法使用简单的补喷UV墨水的方法解决:因为料池存放的单一颜色的树脂液料就在原理上就限定了彩色的实现;如果简单的在成型物件的边界额外的喷涂颜色,就会导致2个难题:首先,要想使彩色墨水覆盖成型物件的表面,就需要在切片边界处的额外喷涂色料,固化后的残余墨水就会污染整个树脂液料;其次,对于成型物件的反斜角的表面,将面临着对颜料墨水铺层的直接固化,如果固化深度太浅则产生残留物料污染,如果太深则被固化的料池树脂遮盖成型物件的表面;再有色墨水彩层之间的无缝连接也是一个障碍!因而必须采取创新的技术思路及手段才能达到表面着色而又不产生其他不良影响。
本发明特点:
结合喷绘技术及合理的安排彩色夹层的位置,附加构造简单、成熟、运行可靠及色彩细腻、色分辨率高。更重要的是色墨水不会污染树脂料池。
技术关键为:
本发明分为储料槽载体方案或传送带载体方案。
储料槽载体方案:
在技术原理上继承了:是光源在上,固化成型液面暴露在上方,不需要表面离型膜,固化成型层下沉到液面以下。因而支持本发明的硬件系统包括:DLP、LCD数字光学投影装置或激光振镜扫描装置;储料槽、升降台、树脂刮板、树脂液面高度控制装置、温度控制装置及电子控制系统。
该打印装置的具体连接关系:
用于喷绘彩色墨水的彩色喷汇头(1)安装在可以作2维平面运动的垂直平行轴运动合成的机构上,他们是由运动转动轴A(4)及固定转动轴(6)共同组成的平面运动系统;储墨盒(3)通过输墨管(2)向彩色喷汇头(1)传输彩色(UV)墨水;
在电机的驱动下,升降台支架(19)支撑着升降台(14)承载着成型物件(12)每次下降1个打印切层的高度,形成了升降运动方向(11)是垂直方向的;为保证树脂液面的平整度,升降台(14)每次下降之后树脂刮板(15)沿着刮板的运动方向(16)所示的的水平方向运动,以刮平液面。树脂刮板(15)是选择性部件,可用可不用。
储料槽(10)的液面高度控制装置是由浮筒(17)及控制浮筒垂直高度的驱动装置构成,而形成了浮筒位移方向(18)所示的垂直方向,工作时需要保持液面高度的稳定性。
每一层的固化是由:振镜(7)偏转激光器(9所发出的)激光束(8)按照打印物件的切片模型扫描液面,如液面光固化瞬时作用点(13)所示。
彩色夹层是在完成上述2个相邻的打印切层之间的时间段完成的:在升降台底层或前层(21)上建立墨水子层(22),该子层的位置靠近打印物件的边缘,该边缘就是未来成型物件的表面浅部(约:20---100丝米深度),基本上就是人们观察视线的成型物件的外表部分;因而储料槽(10)的树脂必须是透明或浅色的;由于在无旁边支撑的情况下,墨水靠其自身的表面张力无法支持太高的高度,因此往往需要2层或2层以上的子层的铺设,墨水子层表层(23)的铺设就是这样的需要,当1到多层(最多10层)的子层铺设完毕后,由固化光子层选择性固化光(24)进行根据彩色夹层的子切层的图片进行扫描固化,且该固化的光所覆盖的面积必须超出子切层的面积,进行完全过盈固化,否则即将的刮平过程将刮走未固化的彩色墨水而污染料池;之后升降台(14)下降1个打印切层的高度,树脂液层(25)的树脂液层液面高度(26)浸没刚刚固化的子切层的顶部,同时树脂刮板(15)再次刮平液面;子层是1层或2-10层,可以是等宽度喷绘(指的是:各个子层都是等宽度的)或是交错喷绘;交错喷绘的目的是使彩色夹层的子切层能充分遮盖成型物件内部,需要在为固化子层上方的透明树脂上再铺设1层子层,该子层要宽于下面的1层子层,由于重力及扩散的作用,在相对较短的固化了的下一层子层的非全面支撑下,该子层将会弯曲。详细表述为:在固化子层上方的透明树脂上再铺设1层子层,该子层要宽于下面的1层子层的宽度,由于重力及液体扩散的作用,该子层将会弯曲,而遮挡从表面看透内部的视线,使彩色夹层能充分遮盖成型物件表面。
然后按照打印物件切片的图形,形成打印层选择性固化光(28)完成本切片的固化。
循环往复,直至打印完整个物件。
进一步:储墨盒(3)、输墨管(2)及彩色喷汇头(1)可以是分体的或是一体化的,无需分离的输墨管及储墨盒的喷绘装置构成。
进一步:储料槽(10)的液面高度控制装置是由浮筒(17)或是采用在壁上所开有的液面部位的孔,当下降升降台(14)每时,由于结构组件的浸入,液面会上升一定高度该孔起到了的自溢作用,保持了液面的高度。
进一步:子层的数量是物件切层数量的2倍或2倍以上10倍以下,或者子层的数量与物件切层数量相等,此时增加了打印速度,但是降低了彩色品质,尤其在透光方面上。
传送带载体方案:
在技术原理上继承了:美国3D-SYSTEM公司传送带的运载光敏树脂液的思路。支持本发明的硬件系统包括:DLP、LCD数字光学投影装置或激光振镜扫描装置或非相干的面固化光源;升降台、墨水喷绘组件、温度控制装置及电子控制系统。
该装置组件之间的具体连接关系:与储料槽载体方案相比,该方案省去了储料槽,固化光线(44)使用非相干的固化光源(43)进行无选择的全面光照;由储墨盒(32)通过输墨管(33)向喷汇头(30)输送UV墨水,当喷绘头沿着导轨(35)进行如喷绘头位移方向(34)所示的往复运动时,会在被滚筒固定转轴(40)约束的滚筒(41)驱动下的透光传送带(42)上按成型物件的切片喷涂出彩色墨水,形成喷涂物件切片(45),经过透光传送带(42)的传送,被传送到承载成型物件(37)的升降台(36)的下方,如待固化物件切片(39)所示;该升降台在电机的驱动下可以沿着垂直方向上下位移,如升降台位移方向(38)所示的方向;当需要固化切片时,升降台下降1层打印切片的高度,贴近透光传送带(42)上,并保持贴靠所喷涂的墨水,进行完光固化后,升降台上升一定的的高度,为下一次切片固化作准备。
杂物刮板(46)的前端靠紧透光传送带(42),是用来清洁透光传送带(42)的杂物,所刮掉的杂物的掉落方向如:杂物下落方向(31)所示。
其它的温度控制装置及电子控制系统等,都是常规技术,无需复述。
进一步:固化光线(44)可以使用非相干的固化光源(43)进行无选择的全面光照或是使用激光扫描、DLP及LCD的选择性光照的光源,可以克服由于透光传送带(42)的不平整或墨量的不均匀一致所造成的,成型切片的待固化的切层的外形误差。
进一步:储墨盒、输墨管及彩色喷汇头可以是分体的或是一体化的,无需分离的输墨管及储墨盒。
进一步:对于以上各个方案中所述升降台、喷绘头及浮筒的驱动,是电动或气动或液压驱动
进一步:所述清洁透光传送带(42)的杂物是使用杂物刮板(46)的或使用气体、液体冲刷,或震动的非接触方式来实现。
本发明的有益效果:
储料槽载体方案:将使彩色物件实现,不会产生未固化的残余墨水而污染整个树脂液料;而采取夹层方式有能着色物件反斜角的表面,最终能达到表面着色而又不产生其他不良影响。
传送带载体方案:将能省去储料槽,甚至省去选择性的投射光,而彩色夹层又可以直接暴露在成型物件的表面上,而且省去了3DP光固化方案中的支撑材料,彩色物件的真实感更加逼真。
[附图说明]
图1储料槽载体方案的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印装置示意图
图2由子层所构建的彩色夹层的堆叠方法示意图
图3传送带载体方案的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印装置示意图
标号说明:
(1)彩色喷汇头(可以是一体化的,无需分离的输墨管及储墨盒)
(2)输墨管
(3)储墨盒
(4)运动转动轴A
(6)固定转动轴
(7)振镜
(8)激光束
(9)激光器
(10)储料槽
(11)升降运动方向
(12)成型物件
(13)液面光固化瞬时作用点
(14)升降台
(15)树脂刮板
(16)刮板的运动方向
(17)液面高度控制装置(或自溢式:自溢孔)
(18)浮筒位移方向
(19)升降台支架
(21)升降台底层或前层
(22)墨水子层
(23)墨水子层表层
(24)子层选择性固化光
(25)树脂液层
(26)树脂液层液面高度
(27)初始液面高度
(28)打印层选择性固化光
(30)喷汇头
(31)杂物下落方向
(32)储墨盒
(33)输墨管
(34)喷绘头位移方向
(35)导轨
(36)升降台
(37)成型物件
(38)升降台位移方向
(39)待固化物件切片
(40)滚筒固定转轴
(41)滚筒
(42)透光传送带
(43)固化光源
(44)固化光线
(45)喷涂物件切片
(46)杂物刮板
[最佳实施例]
以下结合附图就较佳实施例对本发明作进一步说明:
如图1所示:
用于喷绘彩色墨水的彩色喷汇头(1)安装在可以作2维平面运动的垂直平行轴运动合成的机构上,他们是由运动转动轴A(4)及固定转动轴(6)共同组成的平面运动系统;储墨盒(3)通过输墨管(2)向彩色喷汇头(1)传输彩色(UV)墨水;
在电机的驱动下,升降台支架(19)支撑着升降台(14)承载着成型物件(12)每次下降1个打印切层的高度,形成了升降运动方向(11)是垂直方向的;为保证树脂液面的平整度,升降台(14)每次下降之后树脂刮板(15)沿着刮板的运动方向(16)所示的的水平方向运动,以刮平液面。
储料槽(10)的液面高度控制装置是由浮筒(17)及控制浮筒垂直高度的驱动装置构成,而形成了浮筒位移方向(18)所示的垂直方向,工作时需要保持液面高度的稳定性。
每一层的固化是由:振镜(7)偏转激光器(9所发出的)激光束(8)按照打印物件的切片模型扫描液面,如液面光固化瞬时作用点(13)所示。
如图2所示:
彩色夹层是在完成上述2个相邻的打印切层之间的时间段完成的:在升降台底层或前层(21)上建立墨水子层(22),该子层的位置靠近打印物件的边缘,该边缘就是未来成型物件的表面浅部(约:20---100丝米深度),基本上就是人们观察视线的成型物件的外表部分;因而储料槽(10)的树脂必须是透明或浅色的;由于在无旁边支撑的情况下,墨水靠其自身的表面张力无法支持太高的高度,因此往往需要2层或2层以上的子层的铺设,墨水子层表层(23)的铺设就是这样的需要,当1到多层(最多10层)的子层铺设完毕后,由固化光子层选择性固化光(24)进行根据彩色夹层的子切层的图片进行扫描固化,且该固化的光必须超出子切层的面积,进行完全过盈固化,否则即将的刮平过程将刮走未固化的彩色墨水而污染料池;之后升降台(14)下降1个打印切层的高度,树脂液层(25)的树脂液层液面高度(26)浸没刚刚固化的子切层的顶部,同时树脂刮板(15)再次刮平液面;为使彩色夹层的子切层能充分遮盖成型物件内部,需要在为固化子层上方的透明树脂上再铺设1层子层,该子层要宽于下面的1层子层,由于重力及扩散的作用,在相对较短的固化了的下一层子层的非全面支撑下,该子层将会弯曲,完成未来遮挡视线的目的。然后按照打印物件切片的图形,形成打印层选择性固化光(28)完成本切片的固化。(27)为初始液面高度。
如图3所示:
该装置组件之间的具体连接关系:与储料槽载体方案相比,该方案省去了储料槽,固化光线(44)可以使用非相干的固化光源(43)进行无选择的全面光照:或激光扫描、DLP及LCD的选择性光照的光源;由储墨盒(32)通过输墨管(33)向喷汇头(30)输送UV墨水,当喷绘头沿着导轨(35)进行如喷绘头位移方向(34)所示的往复运动时,会在被滚筒固定转轴(40)约束的滚筒(41)驱动下的透光传送带(42)上按成型物件的切片喷涂出彩色墨水,形成喷涂物件切片(45),经过透光传送带(42)的传送,被传送到承载成型物件(37)的升降台(36)的下方,如待固化物件切片(39)所示;该升降台在电机的驱动下可以沿着垂直方向上下位移,如升降台位移方向(38)所示的方向;当需要固化切片时,升降台下降1层打印切片的高度,贴近透光传送带(42)上,并保持贴靠所喷涂的墨水,进行完光固化后,升降台上升一定的的高度,为下一次切片固化作准备。
杂物刮板(46)的前端靠紧透光传送带(42),是用来清洁透光传送带(42)的杂物,所刮掉的杂物的掉落方向如:杂物下落方向(31)所示。
Claims (10)
1.基于喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法,其构造组成是:对于储料槽载体方案的构造包括:储料槽、升降台、树脂刮板、树脂液面高度控制装置、温度控制装置及电子控制系统;或对于传送带载体方案的构造包括:升降台、墨水喷绘组件、温度控制装置及电子控制系统;对于储料槽载体方案的打印装置的各个组件具体连接关系为:用于喷绘彩色墨水的彩色喷汇头(1)安装在可以作2维平面运动的垂直平行轴运动合成的机构上,他们是由运动转动轴A(4)及固定转动轴(6)共同组成的平面运动系统;储墨盒(3)通过输墨管(2)向彩色喷汇头(1)传输彩色墨水;在电机的驱动下,升降台支架(19)支撑着升降台(14)承载着成型物件(12)升降,树脂刮板(15)沿着刮板的运动方向(16)所示的的水平方向运动,浮筒(17)被垂直高度控制的装置驱动,振镜(7)组件与激光器(9)是被刚性固定在装置结构体内,用于喷绘彩色墨水的彩色喷汇头(1)安装在可以作2维平面运动的垂直平行轴运动合成的机构上,他们是由运动转动轴A(4)及固定转动轴(6)共同组成的平面运动系统;储墨盒(3)通过输墨管(2)向彩色喷汇头(1)传输彩色(UV)墨水;对于传送带载体方案的打印装置的具体连接关系为:非相干的固化光源(43)被安装在成型物件(37)被透光传送带(42)无所隔离的对面;由储墨盒(32)通过输墨管(33)连接喷汇头(30),导轨(35)约束喷绘头进行水平方向的往复运动,滚筒固定转轴(40)约束的滚筒(41)带动透光传送带(42)运动,该升降台在电机的驱动下可以沿着垂直方向上下位移,杂物刮板(46)的前端靠紧透光传送带(42);其3D打印方法的特征就在于:喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法所关联的储料槽载体方案是:在电机的驱动下,升降台支架(19)支撑着升降台(14)承载着成型物件(12)每次下降1个打印切层的高度,形成了升降运动方向(11)是垂直方向的;为保证树脂液面的平整度,升降台(14)每次下降之后树脂刮板(15)沿着刮板的运动方向(16)所示的的水平方向运动,以刮平液面;储料槽(10)的液面高度控制装置是由浮筒(17)及控制浮筒垂直高度的驱动装置构成,而形成了浮筒位移方向(18)所示的垂直方向,工作时需要保持液面高度的稳定性;彩色夹层是在完成上述2个相邻的打印切层之间的时间段完成的:在升降台底层或前层(21)上建立墨水子层(22),该子层的位置靠近打印物件的边缘,该边缘就是未来成型物件的表面浅部,基本上就是人们观察视线的成型物件的外表部分;因而储料槽(10)的树脂必须是透明或浅色的;由于在无旁边支撑的情况下,墨水靠其自身的表面张力无法支持太高的高度,因此往往需要2层或2层以上的子层的铺设,墨水子层表层(23)的铺设就是这样的需要,当1到多层(最多10层)的子层铺设完毕后,由固化光子层选择性固化光(24)进行根据彩色夹层的子切层的图片进行扫描固化,且需要进行完全过盈固化,否则即将的刮平过程将刮走未固化的彩色墨水而污染料池;之后升降台(14)下降1个打印切层的高度,树脂液层(25)的树脂液层液面高度(26)浸没刚刚固化的子切层的顶部,同时树脂刮板(15)再次刮平液面;子层是1层或2-10层,是等宽度喷绘或是交错喷绘;然后按照打印物件切片的图形,形成打印层选择性固化光(28)完成本切片的固化;循环往复,直至打印完整个物件;喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法所关联的传送带载体方案是:固化光线(44)使用非相干的固化光源(43)进行无选择的全面光照;由储墨盒(32)通过输墨管(33)向喷汇头(30)输送UV墨水,当喷绘头沿着导轨(35)进行如喷绘头位移方向(34)所示的往复运动时,会在被滚筒固定转轴(40)约束的滚筒(41)驱动下的透光传送带(42)上按成型物件的切片喷涂出彩色墨水,形成喷涂物件切片(45),经过透光传送带(42)的传送,被传送到承载成型物件(37)的升降台(36)的下方,如待固化物件切片(39)所示;该升降台在电机的驱动下可以沿着垂直方向上下位移,如升降台位移方向(38)所示的方向;当需要固化切片时,升降台下降1层打印切片的高度,贴近透光传送带(42)上,并保持贴靠所喷涂的墨水,进行完光固化后,升降台上升一定的的高度,为下一次切片固化作准备,杂物刮板(46)的前端靠紧透光传送带(42),是用来清洁透光传送带(42)的杂物。
2.基于喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印装置,其特征在于:本发明中的硬件系统包括:储料槽载体方案的DLP、LCD数字光学投影装置或激光振镜扫描装置;储料槽、升降台、树脂刮板、树脂液面高度控制装置、温度控制装置及电子控制系统;或传送带载体方案的DLP、LCD数字光学投影装置或激光振镜扫描装置或非相干的面固化光源;升降台、墨水喷绘组件、温度控制装置及电子控制系统;对于储料槽载体方案的打印装置的具体连接关系为:用于喷绘彩色墨水的彩色喷汇头(1)安装在可以作2维平面运动的垂直平行轴运动合成的机构上,他们是由运动转动轴A(4)及固定转动轴(6)共同组成的平面运动系统;储墨盒(3)通过输墨管(2)向彩色喷汇头(1)传输彩色墨水;在电机的驱动下,升降台支架(19)支撑着升降台(14)承载着成型物件(12)升降,树脂刮板(15)沿着刮板的运动方向(16)所示的的水平方向运动,浮筒(17)被垂直高度控制的装置驱动,振镜(7)组件与激光器(9)是被刚性固定在装置结构体内,用于喷绘彩色墨水的彩色喷汇头(1)安装在可以作2维平面运动的垂直平行轴运动合成的机构上,他们是由运动转动轴A(4)及固定转动轴(6)共同组成的平面运动系统;储墨盒(3)通过输墨管(2)向彩色喷汇头(1)传输彩色(UV)墨水;对于传送带载体方案的打印装置的具体连接关系为:非相干的固化光源(43)被安装在成型物件(37)被透光传送带(42)无所隔离的对面;由储墨盒(32)通过输墨管(33)连接喷汇头(30),导轨(35)约束喷绘头进行水平方向的往复运动,滚筒固定转轴(40)约束的滚筒(41)带动透光传送带(42)运动,该升降台在电机的驱动下可以沿着垂直方向上下位移,杂物刮板(46)的前端靠紧透光传送带(42);其特征就在于:所关联的储料槽载体方案中及在所关联的传送带载体方案中都是使用了彩色墨水的彩色喷汇装置;而在所关联的储料槽载体方案中对成型物件使用了:喷绘彩色夹层方法。
3.根据权利要求1及2所述的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,其特征在于:所述喷绘系统是由:独立的储墨盒、输墨管及彩色喷汇头组成,或是由一体化的,无需分离的输墨管及储墨盒的喷绘装置构成。
4.根据权利要求1及2所述的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,其特征在于:所述储料槽(10)的液面高度控制装置是由浮筒(17)或是采用在液面部位的壁上所开有的孔,当下降升降台(14)每时,由于结构组件的浸入,液面会上升一定高度该孔起到了的自溢作用,保持了液面的高度。
5.根据权利要求1及2所述的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,其特征在于:所述子层的数量是物件切层数量的2倍或2倍以上10倍以下,或者子层的数量与物件切层数量相等。
6.根据权利要求1及2所述的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,其特征在于:所述过盈固化指的是:固化的光覆盖的面积必须超出子切层的面积。
7.根据权利要求1及2所述的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,其特征在于:所述交错喷绘指的是:在固化子层上方的透明树脂上再铺设1层子层,该子层要宽于下面的1层子层的宽度,由于重力及液体扩散的作用,该子层将会弯曲,而遮挡从表面看透内部的视线,使彩色夹层能充分遮盖成型物件表面。
8.根据权利要求1及2所述的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,其特征在于:所述储料槽载体方案是:树脂刮板(15)是选择性部件,可用可不用。
9.根据权利要求1及2所述的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,其特征在于:所述升降台、喷绘头及浮筒的驱动,是电动或气动或液压驱动。
10.根据权利要求1及2所述的喷绘彩色夹层的SLA全彩3D打印方法及装置,其特征在于:所述清洁透光传送带(42)的杂物是使用杂物刮板(46)的或使用气体、液体冲刷,或震动的非接触方式来实现。
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