CN110014646A - 光固化工业级3d打印机、打印材料及其打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光固化工业级3D打印机、打印材料及其打印方法，3D打印机包括：机身、矫正平台、树脂池、龙门工作架、X轴丝杠组件、固化成型件托板、激光打印装置和强化光源组件。机身外部设置有金属防护外壳，矫正平台固定安装在机身外壳的内部，树脂池固定安装在矫正平台上，龙门工作架固定安装在矫正平台的两侧，固化成型件托板滑动连接在X轴丝杠组件上，激光打印装置固定安装在矫正平台底部且激光打印装置与固化成型件托板相对应。机身的内壁侧安装有四组强化光源组件，强化光源组件和聚光调整元件通过控制器进行控制。本发明控制器能够根据成型件控制强化光源组件，从而实现对固化成型的树脂件进行快速强化，提高打印的合格品率，减少成本浪费。

Description

光固化工业级3D打印机、打印材料及其打印方法

技术领域

本发明属于3D打印，尤其是一种光固化工业级3D打印机、打印材料及其打印方法。

背景技术

3D打印技术成为现代社会发展的新型技术，在3D打印设备中光固化使液体光敏树脂，在紫外激光束照射下会快速固化，紫外光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线、由线到面的顺序凝固，从而完成一个层截面的绘制工作。这样层层叠加，完成一个三维实体的打印工作。但是在打印成型后，因此材料的不同，某些树脂材料成型后的强任性有限，在取件时常会造成打印件的掰弯，变形，所以在打印成型后还需要进行繁琐的处理，再对成型件进行二次固化。影响加工进度。

发明内容

发明目的：提供一种光固化工业级3D打印机及其打印方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种光固化工业级3D打印机，包括：机身，固定在机身内部的矫正平台，固定安装在矫正平台上的树脂池，固定安装在矫正平台顶部的龙门工作架，滑动安装在龙门工作架上的X轴丝杠组件，滑动连接在X轴丝杠组件上的固化成型件托板，以及固定安装在矫正平台底部且与固化成型件托板相对的激光打印装置；

所述机身的内壁侧安装有四组强化光源组件，所述强化光源组件包括连接机身外壁的安装板，连接在安装板上多个成列排列的LED紫外线光源，以及设置在强化光源组件上的聚光调整元件，所述聚光调整元件包括：固定安装在机身支撑架上的Z轴升降装置，滑动连接在Z轴升降装置上的聚光调节板，所述聚光调节板的长度与LED紫外线光源的长度相等；所述固化成型件托板设置有光传感装置，所述强化光源组件和聚光调整元件通过控制器进行控制。

在进一步的实施例中，所述机身的底部设置有支撑装置，所述机身的一侧为透视窗，所述透视窗的下方设置有与计算机连接的插槽，所述插槽的一侧设置有数字显示屏和控制按钮。

在进一步的实施例中，所述激光打印装置包括：设置在机身底板上的光源发生装置，设置在光源发生装置外侧的激光偏振装置，以及设置在激光偏振装置一侧的透光装置，所述透光装置的一侧设置有液晶屏，所述树脂池的底部设置有离型薄膜，所述树脂池的两侧设置有散热装置和温度传感器，所述温度传感器电连控制器控制散热装置的开闭，能对液晶屏进行散热，降低因激光产生的高温对液晶屏和离型薄膜造成的损耗。

在进一步的实施例中，所述龙门工作架包括：固定安装在矫正平台两侧的两个支撑柱和固定连接在支撑柱另一端的横梁，所述两个支撑柱上均设置有Z轴丝杠组件，支撑柱的底部设置有两个步进电机，同步带动固化成型件托板在Z轴丝杠组件上运动。

在进一步的实施例中，所述树脂池的一侧设置有补料筒，所述树脂池与补料筒之间通过电控阀连通，所述补料筒和树脂池内部均设置有液位传感器，所述液位传感器电连控制器，所述树脂池内部的液位低于警报数值时，控制器控制电控阀开启进行补料，所述补料筒中的液位传感器低于警报数值时通过数字显示屏向工作人员进行提示，可以实施把控液态树脂的使用量，减少打印原材料的浪费。

在进一步的实施例中，所述矫正平台的底侧固定连接滑动导轨，所述矫正平台底部设置有同步带传动机构，能够带动矫正平台前后运动依打印面积，精确打印位置。

在进一步的实施例中，所述矫正平台四角处设置有对个散热装置，能够降低激光照射时对液晶屏产生的热量。

在进一步的实施例中，所述机身的排气口上设置有空气过滤装置，能够对打印过程中产生的有毒气体进行分解，降低排放气体毒性。

在进一步的实施例中，还包括加热单元、保温层和温度传感器，所述加热单元包括绕置于工作空间内的电加热丝，所述保温层沿工作空间内部设置，在散热装置的内侧也设置有保温层。当散热装置处于关闭状态时，保温层形成相对封闭的空间。

一种用于光固化3D打印的材料，以重量份数计，包括：

乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯 45-55 重量份，

三官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 45-55重量份，

六官能聚氨酯丙烯酸酯 15-18重量份，

光引发剂TPO 1.2-1.5重量份，

UV阻隔剂MayzoOB+ 0.5-0.55重量份，

热引发剂 AIBN 0.6-0.8重量份，

纳米级颜料 0.05-0.08重量份，

分散剂 0.5-1.2重量份。

在进一步的实施例中，所述纳米级颜料为纳米钛白粉。

在进一步的实施例中，工作步骤如下：

A1、计算机软件与打印机连接；打印前，控制器通过计算机焦平面矫正反馈的软件调整矫正平台使激光偏振装置对应液晶屏，矫正校对打印初始位置；

A2、工作人员按下开始按钮，控制器开启电控阀使补料筒中的液态光敏树脂向树脂池内流动；

A3、同时控制器控制龙门工作架带动固化成型件托板下降至树脂池中，光源发生装置从树脂池底部开始照射，固化成型件托板与离型膜之间很薄的树脂液体在液晶屏透光照射下发生固化，Z轴丝杠组件带动固化成型件托板随加工高度上升；

A4、打印完成后，控制器控制Z轴丝杠组件带动固化成型件托板上升至强化光源组件，进行成品固化；

A5、控制器通过光传感装置确定成品的位置、大小、以及长度，从而调整强化光源组件的开启数量和聚光调整元件调整位置。

在进一步的实施例中，所述步骤A4中，在固化完成后，进行热固化操作，热固化的过程为：在150℃下进行加热1.2小时。光固化采用45mW/cm²的紫外光照射15分钟。通过二次固化，改善了材料的物理性能。

有益效果：本发明具有以下优点：

1、控制器能够根据成型件控制强化光源组件，从而实现对固化成型的树脂件进行快速强化，减少取件时对成型件的损坏，提高打印的合格品率，减少成本浪费。

2、矫正平台可以在打印前调整液晶屏与激光偏振装投影位置，校对打印焦平面，提高打印精度。

附图说明

图1是本发明可以光固化工业级3D打印机的拆解图。

图2是本发明可以光固化工业级3D打印机的立体图。

图3是本发明可以光固化工业级3D打印机的正视图。

图4是本发明可以光固化工业级3D打印机的侧视图。

图5是本发明聚光调节板和Z轴升降装置的结构图。

图6是本发明强化光源组件的立体图。

图7是本发明光源发生装置的工作原理图。

图8是本发明矫正平台的结构示意图。

图9是本发明散热装置的结构示意图。

附图标记为：机身1、龙门工作架2、支撑装置3、透视窗4、控制按钮5、矫正平台6、树脂池60、离型薄膜600、同步带传动机构61、传动轴62、补料筒63、X轴丝杠组件7、Z轴丝杠组件8、固化成型件托板9、托板连接装置90、光源发生装置10、透光装置100、液晶屏101、激光偏振装102、散热装置103、强化光源组件11、安装板110、LED紫外线光源111、聚光调整元件、聚光调节板112、Z轴升降装置113、数字显示屏12、插槽13、激光剥离装置14。

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。

如图1至图4所示的一种光固化工业级3D打印机，包括：机身1、矫正平台6、树脂池60、龙门工作架2、X轴丝杠组件7、固化成型件托板9、激光打印装置和强化光源组件11。

其中，机身1外部设置有金属防护外壳，矫正平台6固定安装在机身1外壳的内部，树脂池60固定安装在矫正平台6上，龙门工作架2固定安装在矫正平台6的两侧，X轴丝杠组件7滑动安装在龙门工作架2上，固化成型件托板9通过托板连接装置90滑动连接在X轴丝杠组件7上，激光打印装置固定安装在矫正平台6底部且激光打印装置与固化成型件托板9相对应。X轴丝杠组件7的一侧传动安装有步进电机，X轴丝杠组件7的步进电机的型号为FXD86H468-280-18。

如图5至图6所示机身1的内壁侧安装有四组强化光源组件11，强化光源组件11包括：安装板110、LED紫外线光源111和聚光调整元件；安装板110连接机身1保护壳内壁侧，多个LED紫外线光源111成列排列设置在安装板110上，聚光调整元件设置在强化光源组件11一侧，聚光调整元件包括：固定安装在机身1支撑架上的Z轴升降装置113，滑动连接在Z轴升降装置113上的聚光调节板112，聚光调节板112的长度与LED紫外线光源111的长度相等；固化成型件托板9设置有光传感装置，强化光源组件11和聚光调整元件通过控制器进行控制。机身1支撑架Z轴升降装置113的底部固定安装有四个步进电机。聚光调节板112在控制器的作用下在Z轴升降装置113上滑动。所述四个步进电机均采用的型号为60BYGH105-401A。

机身1的底部设置有支撑装置3，机身1的一侧为透视窗4，透视窗4的下方设置有与计算机连接的插槽13，插槽13的一侧设置有数字显示屏12和控制按钮5。

龙门工作架2包括：支撑柱、横梁和ZX轴丝杠组件7；两个支撑柱固定安装在矫正平台6的两侧，横梁固定连接在支撑柱的另一端，两个支撑柱上均设置有ZX轴丝杠组件7，支撑柱的底部设置有两个步进电机，同步带动固化成型件托板9在ZX轴丝杠组件7上运动。龙门工作架2上的步进电机采用型号smd30的步进电机。

如图7所示的激光打印装置包括：设置在机身1底板上的光源发生装置10，设置在光源发生装置10外侧的激光偏振装102置，以及设置在激光偏振装102置一侧的透光装置100，透光装置100的一侧设置有液晶屏101，树脂池60的底部设置有离型薄膜600，树脂池60的两侧设置有散热装置103和温度传感器，温度传感器电连控制器控制散热装置103的开闭，能对液晶屏101进行散热，降低因激光产生的高温对液晶屏101和离型薄膜600造成的损耗。

树脂池60的一侧设置有补料筒63，树脂池60与补料筒63之间通过电控阀连通，补料筒63和树脂池60内部均设置有液位传感器，液位传感器电连控制器，树脂池60内部的液位低于警报数值时，控制器控制电控阀开启进行补料，补料筒63中的液位传感器低于警报数值时通过数字显示屏12向工作人员进行提示，可以实施把控液态树脂的使用量，减少打印原材料的浪费。

如图8至图9所示的矫正平台6的底侧固定连接滑动导轨，矫正平台6底部设置有同步带传动机构61，同步带传动机构61的底部设置有电动机，带动同步带传动轴62转动，从而与涛姐在转轴上的同步带运动，最终带动矫正平台6在滑动导轨上前后运动。根据打印面积，调整打印位置。同步带采用1280mm长6mm宽2mm齿距GT2传动同步带。

矫正平台6四角处设置有对个散热装置103，在打印过程中，控制器能够开启散热装置103及时对激光照射时对液晶屏101产生的热量进行散热，防止产生热量对离型膜造成损耗。

机身1的排气口上设置有空气过滤装置，能够对打印过程中产生的有毒气体进行分解，降低排放气体毒性。

矫正平台6的一侧设置有激光剥离装置14，能够对固化成型件托板9成型的打印品进行激光剥离，使成型件精确的脱离固化成型件托板9。

工作原理如下：

第一步、计算机软件与打印机连接；打印前，控制器通过计算机焦平面矫正反馈的软件调整矫正平台6使激光偏振装102置对应液晶屏101，矫正校对打印初始位置；

第二部、工作人员按下开始按钮，控制器开启电控阀使补料筒63中的液态光敏树脂向树脂池60内流动；

第三部、同时控制器控制龙门工作架2带动固化成型件托板9下降至树脂池60中，光源发生装置10从树脂池60底部开始照射，固化成型件托板9与离型膜之间很薄的树脂液体在液晶屏101透光照射下发生固化，ZX轴丝杠组件7带动固化成型件托板9随加工高度上升；

第四部、打印完成后，控制器控制ZX轴丝杠组件7带动固化成型件托板9上升至强化光源组件11，进行成品固化；

第五步、控制器通过光传感装置确定成品的位置、大小、以及长度，从而调整强化光源组件11的开启数量和聚光调整元件调整位置。

本发明控制器能够根据成型件控制强化光源组件11，从而实现对固化成型的树脂件进行快速强化，减少取件时对成型件的损坏，提高打印的合格品率，减少成本浪费；矫正平台6可以在打印前调整液晶屏101与激光偏振装102投影位置，校对打印焦平面，提高打印精度。

本发明还公开了一种用于光固化3D打印的材料，以重量份数计，包括：

乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯 45-55 重量份，

三官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 45-55重量份，

六官能聚氨酯丙烯酸酯 15-18重量份，

光引发剂TPO 1.2-1.5重量份，

UV阻隔剂MayzoOB+ 0.5-0.55重量份，

热引发剂 AIBN 0.6-0.8重量份，

纳米级颜料 0.05-0.08重量份，

分散剂 0.8重量份。

所述纳米级颜料为纳米钛白粉。

实施例1

一种用于光固化3D打印的材料，以重量份数计，包括：

乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯 48重量份，

三官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 50重量份，

六官能聚氨酯丙烯酸酯 16重量份，

光引发剂TPO 1.4重量份，

UV阻隔剂MayzoOB+ 0.52重量份，

热引发剂 AIBN 0.7重量份，

纳米级颜料 0.06重量份，

分散剂 1.0重量份。

所述纳米级颜料为纳米钛白粉。

实施例2

一种用于光固化3D打印的材料，以重量份数计，包括：

乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯 50重量份，

三官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 46重量份，

六官能聚氨酯丙烯酸酯 18重量份，

光引发剂TPO 1.2重量份，

UV阻隔剂MayzoOB+ 0.55重量份，

热引发剂 AIBN 0.8重量份，

纳米级颜料 0.08重量份，

分散剂 1.2重量份。

所述纳米级颜料为纳米钛白粉。

实施例3

一种用于光固化3D打印的材料，以重量份数计，包括：

乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯 46 重量份，

三官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 56重量份，

六官能聚氨酯丙烯酸酯 15重量份，

光引发剂TPO 1.3重量份，

UV阻隔剂MayzoOB+ 0.5重量份，

热引发剂 AIBN 0.6重量份，

纳米级颜料 0.07重量份，

分散剂 0.5重量份。

所述纳米级颜料为纳米钛白粉。

实施例4

一种用于光固化3D打印的材料，以重量份数计，包括：

乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯 55 重量份，

三官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 48重量份，

六官能聚氨酯丙烯酸酯 17重量份，

光引发剂TPO 1.5重量份，

UV阻隔剂MayzoOB+ 0.55重量份，

热引发剂 AIBN 0.65重量份，

纳米级颜料 0.05重量份，

分散剂 0.7重量份。

所述纳米级颜料为纳米钛白粉。

上述材料在打印过程中，经过UV固化后，在150℃下进行加热1.2小时，进行热固化，提高材料的综合性能。通过二次固化，改善了材料的物理性能。UV固化采用45mW/cm²的紫外光照射15分钟。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光固化工业级3D打印机，其特征在于，包括：机身，固定在机身内部的矫正平台，固定安装在矫正平台上的树脂池，固定安装在矫正平台顶部的龙门工作架，滑动安装在龙门工作架上的X轴丝杠组件，滑动连接在X轴丝杠组件上的固化成型件托板，以及固定安装在矫正平台底部且与固化成型件托板相对的激光打印装置；

所述机身的内壁侧安装有四组强化光源组件，所述强化光源组件包括连接机身外壁的安装板，连接在安装板上多个成列排列的LED紫外线光源，以及设置在强化光源组件上的聚光调整元件，所述聚光调整元件包括：固定安装在机身支撑架上的Z轴升降装置，滑动连接在Z轴升降装置上的聚光调节板，所述聚光调节板的长度与LED紫外线光源的长度相等；所述固化成型件托板设置有光传感装置，所述强化光源组件和聚光调整元件通过控制器进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种光固化工业级3D打印机，其特征在于，所述机身的底部设置有支撑装置，所述机身的一侧为透视窗，所述透视窗的下方设置有与计算机连接的插槽，所述插槽的一侧设置有数字显示屏和控制按钮。

3.根据权利要求1所述的一种光固化工业级3D打印机，其特征在于，所述激光打印装置包括：设置在机身底板上的光源发生装置，设置在光源发生装置外侧的激光偏振装置，以及设置在激光偏振装置一侧的透光装置，所述透光装置的一侧设置有液晶屏，所述树脂池的底部设置有离型薄膜，所述树脂池的两侧设置有散热装置和温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种光固化工业级3D打印机，其特征在于，所述龙门工作架包括：固定安装在矫正平台两侧的两个支撑柱和固定连接在支撑柱另一端的横梁，所述两个支撑柱上均设置有Z轴丝杠组件。

5.根据权利要求1所述的一种光固化工业级3D打印机，其特征在于，所述树脂池的一侧设置有补料筒，所述树脂池与补料筒之间通过电控阀连通，所述补料筒和树脂池内部均设置有液位传感器，所述液位传感器电连控制器，所述树脂池内部的液位低于警报数值时，控制器控制电控阀开启进行补料。

6.根据权利要求1所述的一种光固化工业级3D打印机，其特征在于，所述矫正平台的底侧固定连接滑动导轨，所述矫正平台底部设置有同步带传动机构。

7.一种用于光固化3D打印的材料，其特征在于，以重量份数计，包括：

乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯 45-55 重量份，

三官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 45-55重量份，

六官能聚氨酯丙烯酸酯 15-18重量份，

光引发剂TPO 1.2-1.5重量份，

UV阻隔剂MayzoOB+ 0.5-0.55重量份，

热引发剂 AIBN 0.6-0.8重量份，

纳米级颜料 0.05-0.08重量份，

分散剂 0.5-1.2重量份。

8.根据权利要求8所述的用于光固化3D打印的材料，其特征在于，所述纳米级颜料为纳米钛白粉。

9.一种光固化工业级3D打印机的打印方法，其特征在于，工作步骤如下：

A1、计算机软件与打印机连接；打印前，控制器通过计算机焦平面矫正反馈的软件调整矫正平台使激光偏振装置对应液晶屏，矫正校对打印初始位置；

A2、工作人员按下开始按钮，控制器开启电控阀使补料筒中的液态光敏树脂向树脂池内流动；

A3、同时控制器控制龙门工作架带动固化成型件托板下降至树脂池中，光源发生装置从树脂池底部开始照射，固化成型件托板与离型膜之间很薄的树脂液体在液晶屏透光照射下发生固化，Z轴丝杠组件带动固化成型件托板随加工高度上升；

A4、打印完成后，控制器控制Z轴丝杠组件带动固化成型件托板上升至强化光源组件，进行成品固化；

A5、控制器通过光传感装置确定成品的位置、大小、以及长度，从而调整强化光源组件的开启数量和聚光调整元件调整位置。