CN111196032A - 树脂池及光固化3d打印机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种树脂池及光固化3D打印机，该树脂池包括树脂池池壁、第一膜和第二膜，所述树脂池池壁沿上下方向贯通并形成位于顶部的第一开口和位于底部的第二开口，所述第一膜和所述第二膜均设置在所述第二开口且所述第一膜相对所述第二膜靠近所述第一开口，第一膜具有能够透过水分子的性能，第二膜具有阻碍水分子透过的性能。该树脂池解决了打印体与树脂池膜之间粘接力过大的问题，能够有效保证打印的稳定，并提高打印精度。

Description

树脂池及光固化3D打印机

技术领域

本公开涉及3D打印技术领域，具体地，涉及一种树脂池及光固化3D打印机。

背景技术

在3D(three dimensional)打印领域中，快速成型技术根据使用材料、成型方式等的不同可划分为多种类别，其中较为常见的是光固化快速成型。光固化成型的原理是：利用流体状态的光敏树脂(UV)在光照下发生聚合反应的特点，将光源按照待成型物体的截面形状进行照射，使流体状态的树脂固化成型。

在光固化3D打印机中，光敏树脂由流体状态变为固态的聚合反应是受特殊波段的光激发的。所以，当前层实际打印出来的打印体形状理论上是与光照区域的形状相同的。在基于LCD技术的光固化3D打印机中，光照区域的形状是由LCD来控制的，通过内部电路系统控制LCD显示的图案，可以控制3D打印过程中每层成型体的形状。

在LCD下面布置光固化所需的面光源，在LCD上方布置树脂池，并设置Z轴传动结构和成型平台。打印一开始，成型平台降到树脂池最底端，其底面与树脂池底的高分子膜(树脂池膜)近乎接触，然后由LCD控制透过一部分光，这部分光照射到成型平台底面和树脂池膜之间的树脂，其固化后与成型平台底面和树脂池膜均存在粘接力，在成型平台向上抬升时，固化的树脂会与树脂池膜分离开，这样形成第一层的打印体。接下来成型平台下降至比刚才高一个层厚的位置，再由LCD透过第二层打印需要的光，第一层打印体和膜之间的树脂发生固化形成第二层打印体。此过程重复多次直到打印过程结束。

综上，光固化3D打印机中，完成每一层打印体打印时，固化的树脂与树脂池膜存在粘接力，由于打印体与树脂池膜之间的粘接力过大，容易造成打印成型的缺陷或打印失败。

发明内容

本公开的目的是提供一种树脂池及光固化3D打印机，以提高打印成功率。

为了实现上述目的，本公开提供一种树脂池，包括：

树脂池池壁、第一膜和第二膜，所述树脂池池壁沿上下方向贯通并形成位于顶部的第一开口和位于底部的第二开口，所述第一膜和所述第二膜均设置在所述第二开口且所述第一膜相对所述第二膜靠近所述第一开口；

所述第一膜具有能够透过水分子的性能，所述第二膜具有阻碍水分子透过的性能。

可选地，所述第一膜和所述第二膜均可允许光固化所需激发光透过。

可选地，所述第一膜在光固化过程的温度环境下呈现透过水分子的性能。

可选地，所述第二膜由PET材料制成。

可选地，所述第一膜和所述第二膜相互贴合设置。

可选地，所述树脂池还包括固定边框，所述固定边框与所述树脂池池壁的底部可拆卸连接，所述第一膜和所述第二膜位于所述固定边框与所述树脂池池壁之间。

可选地，所述树脂池还包括紧固件，所述紧固件贯穿所述固定边框并与所述树脂池池壁可拆卸连接。

本公开还提供一种光固化3D打印机，包括上述的树脂池。

通过上述技术方案，树脂池内树脂中的水及水分子可以进入第一膜和第二膜之间并在第一膜的上表面形成用于隔离第一膜和打印体的水膜，从而降低了打印体与第一膜之间的粘接力，也就是打印体能够与第一膜良好的分离，使得打印体与第一膜之间能够及时补充树脂，有利于打印的稳定，以实现连续打印，并提高打印精度。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1本公开示例性实施方式提供的树脂池的结构示意图；

图2为本公开示例性实施方式提供的树脂池应用状态示意图；

图3为LCD透光率随温度变化曲线示意图；

图4为发热量与光强曲线关系图；

图5为本公开原理示意图。

附图标记说明

100树脂池池壁101第一开口

102第二开口110固定边框

120第一膜130第二膜

140紧固件150水膜

160树脂

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开中，在未做相反说明的情况下，术语名词“上、下”是指产品处于使用时惯常摆放的方位或位置关系，可以理解为沿重力方向的上、下，也与附图中图面的“上、下”相对应。此外，需要说明的是，所使用的术语如“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。

参阅图1和图2，本公开提供一种树脂池，该树脂池包括树脂池池壁100、第一膜120和第二膜130，树脂池池壁100沿上下方向贯通并形成顶部的第一开口101和位于底部的第二开口102，第一膜120和第二膜130均覆设在第二开口102，且第一膜120相对第二膜130靠近第一开口101，第一膜120具有透过水分子的性能，从而使得在进行光固化过程中，从树脂160中分解出的水能够进入第一膜120，并且第二膜130具有阻碍水分子透过的性能，从而使得透过第一膜120的水保持在第一膜120与第二膜130之间，且在第一膜120的上表面形成用于隔离第一膜120和打印体的水膜150。

通过上述技术方案，由于树脂池内树脂160中的水及水分子可以进入第一膜120和第二膜130之间并在第一膜120的上表面形成用于隔离第一膜120和打印体的水膜150，从而降低了打印体与第一膜120之间的粘接力，也就是打印体能够与第一膜120良好的分离，使得打印体与第一膜120之间能够及时补充树脂160，有利于打印的稳定，以实现连续打印，并能够提高打印精度。

上文所述，水分来自光固化过程中树脂的分解，然而，本公开实施例的装置效果的产生并非要求水分只能来自光固化过程中树脂分解的水分。由于第一膜120与第二膜130的组合使得能够在第一膜130表面形成均匀的层，因而，任何对这种第一膜120与第二膜130组合性能的利用均可以实现本公开目的，甚至在开始光固化前，还可以预先置入适量的水以使得在第一膜120表面形成均匀的水分子层。

本实施例中，在一些场景下，形成了第一膜120浸没在承载于第二膜130之上的水中的状态，使得第一膜120处于水面以下；在另一些场景下，第一膜120表面形成了水分子层，或者在第一膜120表面的部分区域形成了水分子层，或者称为水膜150，这种状态下，第一膜120可能并不能定义为浸没在水中。

特别地，本领域中提出了连续打印的概念，所谓连续打印是指在每层打印结束后成型平台仅抬升下一个待打印层厚的高度，而并非如传统打印模式一样打印平台会先抬高一定高度后再降到距离树脂池膜下一个待打印层后的高度上，由于打印平台不再需要先升再降的过程，因此，连续打印被认为能够极大地提升打印速度。在所谓的连续打印模式下，如果打印体与树脂池膜之间的粘接力过大，在只抬升一个层厚高度(通常为0.05mm-0.1mm)的连续打印模式下，会出现成型平台抬升一个层厚高度后，树脂池膜与打印体之间未良好分离，即柔性的树脂池膜受粘接力作用而变形，保持着与打印体之间的粘连状态，此时前一层曝光固化的区域就无法补充液态树脂，导致打印成型的缺陷或打印失败。然而，采用本公开实施例的方式使得打印体与树脂池膜之间的能够更好地分离后，显然对于实现理想状况中的连续打印具有十分重要的意义，使得进一步大幅提高打印速度得以实现。而本公开中的第一膜120、第二膜130以及水膜150即使得打印体与树脂池膜之间的接触分离变为不接触分离。

需要说明的是，上述的水膜150本质仍然为水或水分子构成。

本公开的实施方式中，第一膜120和第二膜130均呈透明状，呈透明状的第一膜120和第二膜130以便经树脂池下方的光源发出的光固化所需激发光透过，以保证打印体的成型质量。

本公开的实施方式中，第一膜120可以被称为亲水膜，第二膜130可以被称为疏水膜。

本公开所称的亲水膜不仅包括在常温状态下具有透过水分子性能的材质，还包括在温度升高的状态下具有透水性能的材质，即只要在光固化过程的环境温度下材质具有透水性能即可。

从树脂160中剥离出来的水会附着在亲水膜表面并渗透至亲水膜的下方，即水或水分子能够进入到第一膜120和第二膜130之间，由于第二膜130为疏水膜，其能够防止水及水分子通过，可以避免水从树脂池中流失，从而保证水膜150能够稳定地形成在亲水膜的上表面以使第一膜120与打印体形成为非直接接触或者部分非直接接触。

其中，疏水膜可以由TPX材质制成，也可以由其他具有不透水性能且可透过光固化过程所需频率激发光透过的材质即可。

另外，在光固化3D打印设备种类中，其中一种为LCD光固化3D打印设备，即通过光源照射LCD所形成的图形实现对树脂池中树脂实施光固化过程。对于该种LCD光固化3D打印设备，本公开树脂池所采用的疏水膜还可以进一步采用具有隔热性能的材质。即第二膜130在满足阻碍水分子透过的基础上，当具有隔热性能时，不仅能够延长LCD显示屏的寿命，更重要的是能够进一步有利于打印件与树脂池的第一膜120的分离。具体原因如下：

发明人在研究中发现，用于固化成型的光是由底部LED灯板提供，LCD通过控制其内部液晶分子的排列状态来控制透光区域的形状。因此，打印曝光区域的光强值等于LED灯板提供的光强值与液晶显示屏的透光率的积。打印机工作过程中，LED灯板的功率不变。而LCD的透光率会因温度不同而改变。如图3所示，LCD的透光率受温度影响较大，随着温度的升高，LCD的透光率变大，在打印过程中底部光源功率恒定的情况下激发树脂固化的光强会持续增加。

如图4所示，在整个打印过程中，在不同的光强条件，光敏树脂固化反应的速率和固化程度也不同，实验得出，光强值越高反应速率越快，固化程度越高，在相同时间内反应所放热量也就越多。

于是，如图5所示，温度、LCD透光率、曝光区光强、光固化反应放热，四者之间的形成一个正向激励循环。该循环作用在打印过程中会导致打印系统内温度持续升高。高温会增大固化后的树脂与树脂池膜之间的粘接，从而需要更大的分离力，然而，分离力过大可能会导致当前层打印体与上一层打印体剥离进而导致打印出来的模型表面有缺陷或者打印失败。

综上，树脂池内的液态树脂转化为固态时，放出的热量会持续增大树脂池膜与打印体之间的粘接力，造成打印成型缺陷或者打印失败。而发明人发现，如果能够阻断上述激励循环，则可避免打印机工作过程中由于温度逐渐升高而带来的膜与打印体分离力的逐渐增大。

本公开的实施方式中，第一膜120和第二膜130相互贴合设置，有利于该树脂池的结构更加紧凑，便于第一膜120和第二膜130相对树脂池池壁100的安装；第一膜120与第二膜130贴合的设计也更易于在第一膜120表面形成稳定均匀的水层(也就是水膜150)，与不均匀或流动的水层相比，均匀的水层更利于减少光固化激发光的折射，利于提高打印精度。

本公开第一膜120与第二膜130的贴合设计并不要求第一膜120与第二膜130之间形成粘接的连接关系。并且，在第一膜120与第二膜130之间具有粘接关系下，本公开的效果依然可以实现，即使不一定具有最佳的效果。另一方面，在第一膜120与第二膜130并非贴合的情况下，即二者之间具有空腔或者空隙的情况下，本公开的效果依然可以实现，即使这种状态下的效果并非最佳。

参阅图1，该树脂池还包括固定边框110，固定边框110的形状与树脂池池壁100的底部相适配，例如，树脂池池壁100的形状为中空的正方体状时，固定边框110的外形也正方形，其表面上下贯通，也就是固定边框110为框架结构，其中部与树脂池池壁100的第二开口102连通，固定边框110与树脂池池壁100的底部可拆卸连接，且第一膜120和第二膜130位于固定边框110与树脂池池壁100之间，通过固定边框110能够使第一膜120和第二膜130夹紧在固定边框110与树脂池池壁100的底部之间，从而使第一膜120和第二膜130张紧，以提高打印质量。

参阅图1，此外，该树脂池还包括紧固件140，紧固件140贯穿固定边框110并与树脂池池壁100可拆卸连接，其中，紧固件140可以为螺栓，通过螺栓将固定边框110可拆卸地安装于树脂池池壁100的底部，有利于使该树脂池的装配更加方便。紧固件140的数量可以为至少两个，且至少两个紧固件140均匀地分布在树脂池池壁100的底部，从而使固定边框110与树脂池池壁100连接牢固。

本公开还提供一种光固化3D打印机，该光固化3D打印机包括上述的树脂池。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种树脂池，其特征在于，包括：

树脂池池壁(100)、第一膜(120)和第二膜(130)，所述树脂池池壁(100)沿上下方向贯通并形成位于顶部的第一开口(101)和位于底部的第二开口(102)，所述第一膜(120)和所述第二膜(130)均设置在所述第二开口(102)且所述第一膜(120)相对所述第二膜(130)靠近所述第一开口(101)；

所述第一膜(120)具有能够透过水分子的性能，所述第二膜(130)具有阻碍水分子透过的性能。

2.根据权利要求1所述的树脂池，其特征在于，所述第一膜(120)和所述第二膜(130)均可允许光固化所需激发光透过。

3.根据权利要求1所述的树脂池，其特征在于，所述第一膜(120)在光固化过程的温度环境下呈现透过水分子的性能。

4.根据权利要求3所述的树脂池，其特征在于，所述第二膜(130)由PET材料制成。

5.根据权利要求1所述的树脂池，其特征在于，所述第一膜(120)和所述第二膜(130)相互贴合设置。

6.根据权利要求1所述的树脂池，其特征在于，所述树脂池还包括固定边框(110)，所述固定边框(110)与所述树脂池池壁(100)的底部可拆卸连接，所述第一膜(120)和所述第二膜(130)位于所述固定边框(110)与所述树脂池池壁(100)之间。

7.根据权利要求6所述的树脂池，其特征在于，所述树脂池还包括紧固件(140)，所述紧固件(140)贯穿所述固定边框(110)并与所述树脂池池壁(100)可拆卸连接。

8.一种光固化3D打印机，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的树脂池。

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