CN111590881B - 三维打印设备的打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维打印设备的打印方法，包括将旋转辊的至少一部分浸泡在光固化材料中，驱动旋转辊与基材邻接并使旋转辊相对于基材转动，将光固化材料涂覆在基材的表面上；将涂覆有光固化材料的基材放置在曲面的发光装置一侧，并调整发光装置的曲率；发光装置的预设区域发光，将基材上与该预设区域对应的区域的光固化材料固化。本发明能针对体积较大或者曲面形状不规则的物体进行三维打印。

Description

三维打印设备的打印方法

技术领域

本发明涉及三维打印领域，具体是涉及一种可以在曲面物体上进行打印的三维打印设备的打印方法。

背景技术

三维打印设备是一种基于三维物体的数字模型，利用塑料、液态光固化树脂、粉末状金属等材料，通过逐层打印的方式构造三维物体的设备。

数字光处理技术(Digital Light Processing，简称DLP)是一种基于数字微镜晶片(Digital Micromirror Device，简称DMD，也称数字微器件)的新式投影技术，数字微镜晶片为一个半导体开关，其在CMOS硅基片上集成了50万至130万个微镜片，每一微镜片代表一个像素，当一个微镜片处于“开”状态时，入射光将被反射并通过投影镜将影像投射至屏幕上，当一个微镜片处于“关”状态时，入射光将被反射至光吸收器而被吸收。光固化三维打印机是一种基于数字光处理技术，以液态光固化树脂为成型材料的快速成型设备，其具有成型速度快及成型精度高的优点。

现有的光固化三维打印机主要有软件和硬件两部分组成，硬件包括打印机框架、投影仪或LCD(Liquid Crystal Display的简称)液晶显示器、打印平台、工作台以及设置在其上面的树脂槽，常见的通过打印平台下降沉入到装有光敏树脂的树脂槽内。软件部分产生的影像信号经过数字处理后，通过投影仪或LCD液晶显示器投影到树脂槽的底部，这样投影到树脂槽底部的可见光与光敏树脂瞬间聚合成固体，而未与光接触的光敏树脂则保持液态，这样就在打印平台与树脂槽相对应的那一面上逐层生产需要打印的物体。

但是，LCD液晶显示器通常是平面的板状，发出的光束是以平行光束的方式入射到物体的表面上。随着三维打印需求的不断增加，人们希望在具有弯曲表面的物体上进行三维打印。例如，人们需要在指甲或者皮肤上进行打印，从而实现美甲或者纹身的效果。但由于现有的LCD液晶显示器是平面的，难以对弯曲的表面或者不规则的表面上的光敏树脂进行照射。

目前美甲使用的打印设备通常都不是光固化的三维打印设备，例如公告号为CN209580864U的实用新型专利就公开了一种自动美甲设备，该设备具有一个机架，在机架设有用于放入手指的操作窗口，在机架上方设置有美甲打印机构，并且还设置有在指甲上进行喷涂作业的喷涂装置，该喷涂装置包括按照与操作窗口的垂直距离由近及远分布的一个第一压电喷头、多个第二压电喷头及一个第三压电喷头。由于这种打印设备并不是使用光固化的打印方式进行，而是需要使用多个电喷头，导致打印设备成本高。

一种典型的在非平面基材上打印三维物体的打印设备的如图1与图2所示，待打印的基材10是一个圆柱形的产品，该产品的一个表面为平整的表面15，该表面15为待打印的表面。该打印设备具有一个墨盒11，墨盒11的靠近基材10的一端设置有出墨口16，出墨口16可以紧贴在表面15的上方。墨盒11可以接收控制装置12输出的信号，由控制装置12控制墨盒11的移动与工作。打印时，在控制装置12的控制下，墨盒11内的墨水可以通过出墨口16喷出，并且，基材10可以在控制装置12的带动下移动，从而在表面15上形成所需要的图案。通过多次在表面15上喷涂，形成具有一定厚度的图案，从而形成三维物体。

但是，这种打印设备由于使用墨盒11进行喷涂的方式进行打印，因墨盒11的喷头尺寸受限只能打印些小尺寸的图案，而且打印的图案仅仅限于接近于平面的小曲率曲面。如果需要进行纹身而进行大面积打印，甚至打印更大曲率范围的曲面图案的时候，这种打印设备是无法满足打印需求的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够方便对不同体积的曲面物体进行三维打印的三维打印设备的打印方法。

为了实现上述的第一目的，本发明提供的三维打印设备的打印方法包括将旋转辊的至少一部分浸泡在光固化材料中，驱动旋转辊与基材邻接并使旋转辊相对于基材转动，将光固化材料涂覆在基材的表面上；将涂覆有光固化材料的基材放置在曲面的发光装置一侧，并调整发光装置的曲率；发光装置的预设区域发光，将基材上与该预设区域对应的区域的光固化材料固化。

由上述方案可见，使用具有曲面的发光装置可以针对具有曲面的基材进行照射，例如对圆柱状或者球状的基材的表面进行照射，使得形成在基材表面上的光固化材料固化从而获得三维物体。这样，可以根据待打印的三维物体大小选用合适面积的发光装置，且发光装置的曲率可调，这样可以满足不同的形状、大小的基材打印的需求。

一个优选的方案是，调整发光装置的曲率包括：应用曲率调整装置调整发光装置的曲率，该曲率调整装置包括至少两个夹持件，每一夹持件夹持在发光装置的一条侧边上；调整发光装置的曲率时，调节两个夹持件之间的距离。

由此可见，通过两个夹持件夹持发光装置的一对侧边，通过调节夹持装置的距离，即可以调节发光装置一对侧边的距离，在发光装置的长度固定的情况下，两个夹持件之间的距离减少，则发光装置的曲率增加，两个夹持件之间的距离增加，则发光装置的曲率减小。这样，发光装置的曲率调节非常方便。

进一步的方案是，两个夹持件设置在一条轨道上；调节两个夹持件之间的距离包括：通过驱动机构带动两个夹持件沿轨道滑动。

更进一步的方案是，每一夹持件分别铰接在轨道上，每一夹持件分别沿自身的轴线相对于轨道转动。

更进一步的方案是，初始状态下，发光装置为平板状态；调整发光装置的曲率包括：通过驱动机构带动两个夹持件之间的距离减小。

可见，通过电机等驱动机构带动两个夹持件滑动，发光装置曲率调节非常简单，且成本低。

更进一步的方案是，驱动旋转辊与基材邻接包括：调节旋转辊的位置使旋转辊的表面与基材的表面抵接。

更进一步的方案是，旋转辊的表面包裹有海绵；当旋转辊与基材接触后，海绵上的光固化材料涂布在基材的表面上。

更进一步的方案是，发光装置的预设区域发光预设时间后，发光装置熄灭，基材继续转动，基材表面上没有被固化的光固化材料将从基材的表面滑落。

更进一步的方案是，完成第一层光固化材料的固化后，将旋转辊浸泡在另一种光固化材料中，重复执行光固化材料涂布步骤以及光固化步骤。

附图说明

图1是现有美甲用打印设备的结构示意图。

图2是现有美甲用打印设备使用的基材结构示意图。

图3是本发明三维打印设备第一实施例的结构示意图。

图4是本发明三维打印设备第一实施例第一状态的结构示意图。

图5是本发明三维打印设备第一实施例第二状态的结构示意图。

图6是本发明三维打印设备第一实施例第三状态的结构示意图。

图7是本发明三维打印设备工作方法实施例的流程图。

图8是本发明三维打印设备第二实施例第一状态的结构示意图。

图9是本发明三维打印设备第二实施例第二状态的结构示意图。

图10是本发明三维打印设备第二实施例第三状态的结构示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的三维打印设备主要用于对具有曲面的物体进行打印，尤其是针对表面形状不规则的基材以光固化的方式进行三维打印成型。具体的，可以应用在美甲或者纹身等美妆领域，对指甲或者人体的皮肤进行光固化打印。本发明的打印方法是应用该三维打印设备所实现的打印方法。

三维打印设备第一实施例：

参见图3，本实施例具有壳体，在壳体内设置有涂覆装置、发光装置26，且壳体内形成一个光固化腔，待打印的基材20可以容纳在光固化腔内。此外，三维打印设备内设置有控制器27，控制器27用于控制涂覆装置、发光装置26的工作。优选的，壳体内还设置光固化材料容纳槽，该容纳槽内装载有用于光固化的树脂材料，例如UV固化墨水。当然，如果三维打印设备用于纹身，由于光固化材料需要与人体皮肤接触，因此需要使用环氧化植物油，环氧化植物油主要是采用可食用植物油进行环氧化改性，提高光诱导自由基聚合反应的活性从而实现光固化成型，环氧化植物油可以包括桐油、亚麻籽油、大豆油、葵花籽油、玉米油灯不饱和脂肪酸油脂。

本实施例的基材20是一个圆柱体，优选的，基材20放置在光固化腔内，且发光装置26位于光固化腔的一侧，且发光装置26与光固化腔之间不应该设置阻挡物，这样，发光装置26发出的光束可以直接照射到基材20的表面上。优选的，在光固化腔设置多个滚轮，圆柱状的基材20可以支承在滚轮上，这样，基材20在外力的作用下可以在光固化腔内转动。

涂覆装置位于在光固化腔的一侧，本实施例的涂覆装置包括一根旋转辊25以及驱动旋转辊25转动的驱动组件，优选的，旋转辊25的两端设置有转轴，驱动组件包括一个电机，该电机与旋转辊25的转轴相连并且驱动转轴转动，从而带动旋转辊25转动。优选的，在旋转辊25的一侧设置有光固化材料容纳槽(图中未示)，旋转辊25的表面包裹有海绵等用于吸附光固化材料的吸附材料，且旋转辊25的一部分可以浸泡在光固化材料容纳槽内。

在打印工作时，旋转辊25的表面与基材20的表面邻接，并且旋转辊25不断旋转，从而将光固化材料转印至基材20的表面上。由于光固化腔内设置有滚轮，且基材20支承在滚轮上，因此，当旋转辊25转动时，旋转辊25与基材20之间的摩擦力将带动基材20转动，从而将光固化材料转印至基材20的表面上。可选的方案是，支承基材20的滚轮为电动滚轮，即滚轮在电力驱动下按照预定的方向、速度转动，从而带动基材20转动，更有利于旋转辊25上的光固化材料转印至基材20上。由于电动滚轮可以驱动基材20的转动，因此，构成基材驱动组件，用于控制基材20的转动。

本实施例的发光装置26为OLED显示屏，由于OLED显示屏具有柔性好的特点，因此可以任意弯曲且不易损坏，为了在圆柱状的基材20上将光固化材料固化，本实施例需要将OLED显示屏弯折以形成曲面。但由于不同的基材20曲率不同，为了满足不同体积、曲率的基材打印的需要，本实施例中，OLED显示屏的曲率并不是固定的，而是可调的，因此，本实施例设置了曲率调整装置。

如图5所示，曲率调整装置设置在发光装置26的一对侧边的两个夹持件28、29，其中夹持件28夹持在发光装置26的一条侧边上，夹持件29夹持在发光装置的另一条侧边上，且两个夹持件28、29之间的距离可调。当夹持件28、29之间的距离减小时，发光装置26的曲率增加，当夹持件28、29之间的距离增加时，发光装置26的曲率减小，从而实现对发光装置26的曲率调整。

当然，本实施例的曲率调整装置只包括两个夹持件，实际应用时，可以在OLED显示屏的四条侧边上均设置夹持件，且每一对侧边对应的两个夹持件之间的距离可调。

三维打印设备的打印方法实施例：

下面结合图4至图7介绍上述的三维打印设备的打印方法。首先，将光固化材料装在光固化材料容纳槽内，并且将待打印的基材20放置在光固化腔内。然后，执行步骤S1，调节旋转辊25的位置，使得旋转辊25的一部分浸泡在光固化材料中。本实施例的光固化材料可以是UV墨水。此时，旋转辊25并不与基材20接触，且发光装置26可以是平板状的状态，即没有弯曲的状态，如图4所示。

然后，执行步骤S2，调节旋转辊25的位置，使得旋转辊25的表面与基材20的表面抵接。然后，通过驱动组件带动旋转辊25转动，由于旋转辊25与基材20的表面抵接，因此，旋转辊25的表面与基材20的表面产生摩擦力。当旋转辊25绕自身轴线转动时，通过摩擦力带动基材20转动。如图5所示，由于旋转辊25的表面包裹有海绵，且海绵经过光固化材料的浸泡，当旋转辊25与基材20接触后，海绵上的光固化材料23将涂布在基材20的表面上，使得基材20的表面上涂布有光固化材料23。

接着，执行步骤S3，调整曲率调整装置的位置，从而调整OLED显示屏的曲率。如图6所示，在基材20的表面上涂布有光固化材料后，对夹持件28、29之间的距离进行调整，例如驱动夹持件28、29相向运动，使得夹持件28、29之间的距离缩短。优选的，夹持件28、29设置在一条轨道上，通过电机等驱动机构带动夹持件28、29沿轨道滑动，从而调节夹持件28、29之间的距离。此外，夹持件28、29是铰接在轨道上的，即夹持件28、29分别沿自身的轴线可以相对于轨道转动，因此，当夹持件28、29之间的距离减小或者增加时，夹持件28、29也可能沿自身的轴线转动一定的角度。

然后，执行步骤S4，由控制器27向发光装置26发出控制信号，控制发光装置26在预设的区域发光。由于OLED显示屏只有预设的区域发光，其他区域将不会发出光束，这样，基材20的表面上只有部件区域被光束照射，被光束照射的区域上的光固化材料将被固化，而没有被光束照射的区域，光固化材料仍为液态。

在光束照射一定时间后，需要形成三维物体的区域上的光固化材料已经被固化后，控制器27向发光装置26发出熄灭的控制信号，OLED显示屏不发光。此时，驱动组件可以带动基材20转动，基材20表面上没有被固化的光固化材料将从基材20的表面滑落，而已经固化的光固化材料在基材20的表面上形成预设的图案。

由于OLED显示屏在不通电的情况下是透明的，这样，如果OLED显示屏仅仅是局部区域发光并形成图案，其他区域不发光，这样，在图6所示的状态下，使用者实际上可以从上往下看到打印成型的物体，即观察到实际的打印效果，而在OLED显示屏的下表面可以看到待固化打印图案。此外，从上往下观察时，也可以看到待固化打印图案，有利于打印操作的进行。

如果基材20只需要执行一层光固化材料的固化操作即完成打印，则可以将基材20从光固化腔取下。但实际应用中，很可能需要经过多层光固化材料的固化操作才能够完成三维物体的打印。因此，需要执行步骤S5，判断各层光固化材料是否已经固化完毕，如果没有，则执行步骤S6，选取下一层的光固化材料，并且返回执行步骤S1，将旋转辊25浸泡到相应的光固化材料中。

例如，完成第一层光固化材料的固化后，需要使用另一种光固化材料进行固化，此时，需要旋转辊25浸泡在另一种光固化材料中，然后执行步骤S2，将新的光固化材料涂布在基材20的表面上。此时，基材20的表面已经固化形成有第一层的三维物体，第二层的光固化材料实际上是涂布在基材20的表面以及已经固化形成的三维物体上。

优选的，为了避免多种光固化材料相互污染的问题，在涂布的光固化材料更换的情况下，使用另一根旋转辊25浸泡在新的光固化材料中，使用新的旋转辊25将新的光固化材料涂布在基材20的表面上。当然，如果多层涂布的光固化材料相同，例如都是同一种UV墨水或者同一种环氧化植物油，则不需要更换旋转辊25。

三维打印设备第二实施例：

本实施例具有壳体，在壳体内设置有涂覆装置以及发光装置，且壳体内形成一个光固化腔，待打印的基材可以容纳在光固化腔内。此外，三维打印设备内设置有控制器，控制器用于控制涂覆装置、发光装置的工作。优选的，壳体内还设置光固化材料容纳槽，该容纳槽内装载有用于光固化的树脂材料，例如UV固化墨水。当然，如果三维打印设备用于纹身，由于光固化材料需要与人体皮肤接触，因此需要使用环氧化植物油，环氧化植物油主要是采用可食用植物油进行环氧化改性，提高光诱导自由基聚合反应的活性从而实现光固化成型，环氧化植物油可以包括桐油、亚麻籽油、大豆油、葵花籽油、玉米油灯不饱和脂肪酸油脂。

与第一实施例不同的是，本实施例待打印的基材40是不规则的形状，并不是圆锥体或者圆柱体、球体等规则的形状，因此，不能够使用圆柱状的旋转辊对基材40进行涂覆光固化材料的操作。参见图8与图9，本实施例的涂覆装置包括涂覆薄膜45，优选的，涂覆薄膜45为柔性且具有良好吸附性能的薄膜，例如表面使用棉或者纱制成的薄膜。为了方便涂覆薄膜45的收放，本实施例设置了收放组件，收放组件包括卷绕滚轮46以及卷绕滚轮47，卷绕滚轮46为收卷滚轮，卷绕滚轮47为放料滚轮，通过卷绕滚轮46以及卷绕滚轮47的转动带动涂覆薄膜45相对于基材40运动。

基材40容纳在光固化腔内，且涂覆薄膜45与基材40的表面连接。优选的卷绕在卷绕滚轮47的涂覆薄膜45浸泡在光固化材料中。当收放组件工作时，涂覆薄膜45从卷绕滚轮47释放后，在收放组件的带动下，涂覆薄膜45相对于基材40运动，并且将光固化材料涂布在基材40的表面上。

然后，如图10所示，通过曲率调整装置带动发光装置50弯曲，例如根据基材40的体积以及形状调节发光装置50的曲率。最后，由控制装置向发光装置50发出控制信号，使发光装置预设区域发光，被光束照射的区域上的光固化材料被固化，形成需要打印的物体。当然，可以设置带动基材40转动的基材驱动组件，例如电动滚轮或者电动传输带，通过基材驱动组件带动基材40在光固化腔内转动。这样，未被固化的光固化材料将从基材40的表面上滑落。

如果基材40的表面上需要进行多层光固化材料的固化操作，则可以重复执行向基材表面涂覆光固化材料、向基材表面照射光束的操作，直到多层光固化材料均固化完毕。

可见，本发明可以针对体积较大、曲率半径较大以及具有不规则形状表面的物体进行光固化操作，从而在这些不规则形状的物体表面上形成所需要的三维物体，尤其是针对美甲以及纹身等特殊领域的打印操作，能够扩大光固化的三维打印技术的使用范围。

以上实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.三维打印设备的打印方法，其特征在于，包括：

将旋转辊的至少一部分浸泡在光固化材料中，驱动所述旋转辊与基材邻接并使所述旋转辊相对于所述基材转动，将光固化材料涂覆在所述基材的表面上；

将涂覆有光固化材料的所述基材放置在曲面的发光装置一侧，并根据所述基材的体积以及形状调整所述发光装置的曲率；

所述发光装置的预设区域发光，将所述基材上与该预设区域对应的区域的光固化材料固化；

调整所述发光装置的曲率包括：应用曲率调整装置调整所述发光装置的曲率，该曲率调整装置包括至少两个夹持件，每一所述夹持件夹持在所述发光装置的一条侧边上；

调整所述发光装置的曲率时，调节两个所述夹持件之间的距离。

2.根据权利要求1所述的三维打印设备的打印方法，其特征在于：

两个所述夹持件设置在一条轨道上；

调节两个所述夹持件之间的距离包括：通过驱动机构带动两个所述夹持件沿所述轨道滑动。

3.根据权利要求2所述的三维打印设备的打印方法，其特征在于：

每一所述夹持件分别铰接在所述轨道上，每一所述夹持件分别沿自身的轴线相对于所述轨道转动。

4.根据权利要求2所述的三维打印设备的打印方法，其特征在于：

初始状态下，所述发光装置为平板状态；

调整所述发光装置的曲率包括：通过驱动机构带动两个所述夹持件之间的距离减小。

5.根据权利要求1至4任一项所述的三维打印设备的打印方法，其特征在于：

驱动所述旋转辊与所述基材邻接包括：调节所述旋转辊的位置使所述旋转辊的表面与所述基材的表面抵接。

6.根据权利要求1至4任一项所述的三维打印设备的打印方法，其特征在于：

所述旋转辊的表面包裹有海绵；

当所述旋转辊与所述基材接触后，所述海绵上的光固化材料涂布在所述基材的表面上。

7.根据权利要求1至4任一项所述的三维打印设备的打印方法，其特征在于：

所述发光装置的预设区域发光预设时间后，所述发光装置熄灭，所述基材继续转动，所述基材表面上没有被固化的光固化材料将从所述基材的表面滑落。

8.根据权利要求1至4任一项所述的三维打印设备的打印方法，其特征在于：

完成第一层光固化材料的固化后，将所述旋转辊浸泡在另一种光固化材料中，重复执行光固化材料涂布步骤以及光固化步骤。

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