CN111716710A - 用于光固化3d打印的树脂槽及三维打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于光固化3D打印的树脂槽及三维打印装置。树脂槽包括槽体以及透明加热基板。透明加热基板设置于槽体的底部以形成用于容纳树脂的凹槽。其中，透明加热基板依次序包括透明层、加热层和封装层，加热层相比透明层更靠近凹槽，加热层用以加热树脂，封装层用以保护加热层。本发明提供的树脂槽具有更高的加热效率以及加热温度分布均匀的优点。

Description

用于光固化3D打印的树脂槽及三维打印装置

技术领域

本发明总体来说涉及光固化3D打印领域，具体而言，涉及一种用于光固化3D打印的树脂槽及三维打印装置。

背景技术

作为新兴快速成型技术，3D打印凭借其独特制造优势，受到了越来越多的关注。其中，光固化3D打印技术具有成型速度快，打印精度高以及设备成本低等优点，被广泛应用于珠宝制造、牙科修复、艺术设计等领域。在光固化3D打印的过程中，用于成型的树脂材料通常储存在树脂槽中，然后再被由树脂槽底部透过来的UV/可见光逐层辐照固化，层层叠加，最终形成复杂三维结构。为实现高质量、高效率3D打印，所用光敏树脂需要保持一定的流动性，以便及时地、充分地填充到打印制品与树脂槽之间的层隙中。通常情况下，在树脂配制时加入活性稀释剂，可以很好地降低树脂粘度，提高流动性，但是稀释剂的加入或多或少会降低最终打印制件的性能，因此稀释剂的添加量受到了限制。而采用加热的方式降低树脂粘度，可以在增加树脂流动性的基础上不影响打印制件性能。

目前，现有技术中已经提供了树脂槽的加热方案，均起到了加热槽内树脂及改善流动性的作用。但现有技术中多采用将树脂槽的内壁升温的方式来加热，或者利用热风吹拂加热，存在加热效率低，树脂受热不均匀，以及容易损伤打印制件等缺点。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种给热均匀的用于光固化3D打印的树脂槽。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种包括上述树脂槽的三维打印机。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于光固化3D打印的树脂槽，所述树脂槽包括槽体以及透明加热基板。透明加热基板设置于所述槽体的底部以形成用于容纳树脂的凹槽；其中，所述透明加热基板依次序包括透明层、加热层和封装层，所述加热层相比所述透明层更靠近所述凹槽，所述加热层用以加热所述树脂，所述封装层用以保护所述加热层。

根据本发明的一实施方式，所述透明层由石英玻璃、硼砂玻璃、硼酸玻璃、硅酸盐玻璃或钠钙玻璃中的任意一种制成；或

所述透明层由聚酯类、聚醚类、聚酰胺类、聚烯烃类或共聚树脂类中的任意一种制成。

根据本发明的一实施方式，所述加热层包括金属氧化物、金属纳米网格或纳米银线中的一种或多种的组合。

根据本发明的一实施方式，所述加热层的厚度为50nm～500nm。

根据本发明的一实施方式，所述加热层的厚度为100nm～200nm。

根据本发明的一实施方式，当所述加热层为电热材料制成时，所述电热材料制成薄层的面电阻为50～300Ω/□。

根据本发明的一实施方式，所述电热材料所构成薄层的面电阻为150～250Ω/□。

根据本发明的一实施方式，还包括一中空底板，用于将所述透明加热基板固定在所述槽体的底部；

所述中空底板的中空孔的周缘设置有下沉部，用于支撑所述透明加热基板，所述下沉部的下沉高度等于所述透明加热基板的厚度。

根据本发明的一实施方式，所述封装层的厚度为50～300μm。

根据本发明的另一方面，提供一种三维打印装置，包括如上述任一项所述的树脂槽。

由上述技术方案可知，本发明的用于光固化3D打印的树脂槽的优点和积极效果在于：

本发明提供的树脂槽包括槽体以及透明加热基板，透明加热基板设置在所述树脂槽的底部，可以在保证UV或可见光透光率的前提下，以面加热方式对树脂槽内树脂进行加热，促使凹槽内树脂的粘度大幅降低，进而提高3D打印制件性能，同时还可以扩大可使用树脂材料的范围，相比于现有技术中的利用其他部位加热的树脂槽，具有升温速度快、可加热温度高、给热均匀以及热利用效率高等优点。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种用于光固化3D打印的树脂槽的爆炸图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种用于光固化3D打印的树脂槽的组装图。

图3是根据一示例性实施方式示出的透明加热基板的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、槽体

11、底部

12、凹槽

2、透明加热基板

21、透明层

22、加热层

23、封装层

3、中空底板

31、下沉部

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；

其中，图1是根据一示例性实施方式示出的一种用于光固化3D打印的树脂槽的爆炸图。图2是根据一示例性实施方式示出的一种用于光固化3D打印的树脂槽的组装图。图3是根据一示例性实施方式示出的透明加热基板的示意图。

下面结合上述附图，对本发明提供的一种用于光固化3D打印的树脂槽的各主要组成部分的结构、连接方式以及功能关系进行详细说明。

请同时参阅图1-图3，本发明提供的一种用于光固化3D打印的树脂槽，其包括槽体1、透明加热基板2以及中空底板3。槽体1可以是整体呈矩形的上下具有开口的形状，也可以为其他形状，例如圆形、正方形等，本发明并不以此为限。透明加热基板2设置于槽体1的底部11以形成用于容纳光敏树脂的凹槽12，其中，光敏树脂可为丙烯酸酯类、环氧树脂类或其他合适的材料或上述的组合。透明加热基板2依次序包括透明层21、加热层22和封装层23，加热层22相比透明层21更靠近凹槽12，加热层22用以加热光敏树脂，封装层23用以保护加热层22。

其中，透明加热基板2可以是通过设置在中空底板3的中空孔周缘的下沉部31固定在槽体1的底部11，例如螺接等方式。如图2所示，当槽体1、透明加热基板2以及中空底板3组装完成时，透明加热基板2与下沉部31的连接处被槽体1完全覆盖，进而通过三者的配合将透明加热基板2固定住。

当然，透明加热基板2也可直接固定在槽体1的底部11，例如通过螺接等方式。

更进一步地，中空底板3的下沉部31的下沉高度等于透明加热基板2的厚度，使得透明加热基板2安装在下沉部31时，透明加热基板2的上表面与中空底板3的上表面齐平。

承上所述，在本实施方式中，透明层21可以为玻璃板材，也可以为高分子板材，或其他可以透过UV或可见光的材料制成。

当透明层21为玻璃板材时，可以为石英玻璃、硼砂玻璃、硼酸玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃等中的任意一种制成。

当透明层21为高分子板材时，可以为聚酯类、聚醚类、聚酰胺类、聚烯烃类、共聚树脂类中的任意一种制成。

进一步地，在本实施方式中，加热层22可以通过加载一定电压而产生加热效果，也可以通过其他方式产生热量。

下面将详细说明加热层22采用电加热方式来加热树脂的情况。

当加热层22采用电加热的方式产生热量时，加热层22的厚度可以为50nm～500nm，作为优选，加热层22的厚度为100nm～200nm。加热层22适当的厚度既可保证较高的光透过率，又可保证加热效果。

加热层22可以包括金属氧化物(ITO，IWO等)、金属纳米网格或纳米银线中的一种或多种的组合，用于通电后产生热量，从而加热凹槽12中的光敏树脂。

当加热层22为金属氧化物层时，该氧化物层可以采用磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶-凝胶、热喷涂等方法涂布在透明层21上，作为优选，可以采用磁控溅射方法。

当加热层22选用金属纳米网格作为电热材料时，金属线宽≤4μm，进一步优选≤2μm，较低的金属线宽可以保证较高的光透过率。

当加热层22选用纳米银线作为电热材料时，纳米银线直径≤60nm，进一步优选≤30nm，较低的纳米银线直径可以保证较高的光透过率。

由于电热材料的电阻过小时，会导致电热效果不足，无法使光敏树脂保持最佳的流动性；而电阻过大时，则需要较高的工作电压，影响安全性。兼顾电热效果和安全性的前提下，在本实施方式中，当加热层22采用上述的电热材料时，电热材料所构成薄层的面电阻为50～300Ω/□(方阻)，进一步地，电热材料所构成薄层的面电阻为100～300Ω/□，更进一步地，电热材料所构成薄层的面电阻为150～250Ω/□。

在其他实施方式中，加热层22还可以为至少一层石墨烯，具体来说，石墨烯层可以通过从其他基体转移到透明层基体上获得，也可以通过直接在透明层表面生长石墨烯获得。

上述的石墨烯层可以为多层的，例如石墨烯层数为1～10层，优选为2～5层，进一步优选为2～3层，适当的石墨烯层数可以保证较高的光透过率和电热效果。

其中，所述石墨烯层的UV光(355nm)透过率为50～100％，优选为80～100％，进一步优选为90～100％。

其中，所述石墨烯层的可见光(455nm)透过率为50～100％，优选为80～100％，进一步优选为90～100％。

其中，所述石墨烯层的面电阻为200～5000Ω/□，优选为1000～3000Ω/□，进一步优选为1500～2500Ω/□。

进一步地，在一实施方式中，用于保护加热层22的封装层23可采用高分子薄膜材料制成，如聚酯类、聚烯烃类、聚醚类、聚酰胺类、共聚树脂类中的任意一种，当然，也可以采用无机材料薄膜，如二氧化硅、二氧化钛等中的任意一种。

由于绝缘层越薄，其透光性越好，绝缘薄膜越厚，其耐久性越好，故为了兼顾透光性和耐久性，在本实施方式中，封装层23的厚度为50～300μm，优选为50～200μm，进一步优选为100～200μm。

通常情况下，在电热材料电阻固定时，加载电压越高，电热层所能升高的温度越高，而安全性降低，故兼顾升温效率以及安全性，加载电压不宜过高，在本实施方式中，加载电压为5～36V，优选5～24V，进一步优选为12～24V。

在工作电压下，本发明提供的树脂槽可将光敏树脂稳定加热至30℃～60℃，温度偏差±5％。

下面通过三个具体的实施方式详细说明树脂槽的透明加热基板2的组成以及加热效果。

实施方式一

一种用于光固化3D打印的树脂槽，其中，透明加热基板2包括：石英玻璃(透明层)、金属氧化物(ITO)电热膜层(加热层)、PMMA封装薄膜(封装层)，ITO厚度为200nm，PMMA薄膜厚度为150μm，整体透明加热基板2的光透过率为90％(～405nm)。在加载电压为12～24V时，其表面温度为30～60(±5)℃。

实施方式二

一种用于光固化3D打印的树脂槽，其中，透明加热基板2包括：硼砂玻璃(透明层)、金属网格电热膜层(加热层)、聚酯封装薄膜(封装层)，金属网格厚度为150nm，聚酯薄膜厚度为200μm，整体透明加热基板2的光透过率为85％(～405nm)。在加载电压为12～24V时，其表面温度为30～60(±5)℃。

实施方式三

一种用于光固化3D打印的树脂槽，其中，透明加热基板2包括：硅酸盐玻璃(透明层)、纳米银线电热膜层(加热层)、聚烯烃封装薄膜(封装层)，纳米银线厚度为100nm，聚烯烃薄膜厚度为150μm，整体透明电热基板的光透过率为80％(～405nm)。在加载电压为12～24V时，其表面温度为30～60(±5)℃。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的用于光固化3D打印的树脂槽仅仅是采用本发明的原理的一个示例。本领域的普通技术人员应当清楚地理解，本发明的原理并非仅限于附图中示出或说明书中描述的装置的任何细节或任何部件。

综上所述，本发明提供的一种用于光固化3D打印的树脂槽的有益效果为：

1、透明加热基板设置在所述树脂槽的底部，可以在保证UV或可见光透光率的前提下，以面加热方式对树脂槽内树脂进行加热，促使凹槽内树脂的粘度大幅降低，进而提高3D打印制件性能，同时还可以扩大可使用树脂材料的范围，相比于现有技术中的利用其他部位加热的树脂槽，具有升温速度快、可加热温度高、给热均匀以及热利用效率高等优点。

2、采用高性能透明电热材料，正常工作电压范围内，可将树脂稳定加热至30～60℃，远优于传统加热方式取得的效果。

三维打印装置实施方式

本发明还提供一种三维打印装置，可以为下投影式DLP和SLA成型技术。具体来说，三维打印装置包括光源、树脂槽以及移动工作台，其中树脂槽为上述任一实施方式中的树脂槽。光源用以产生UV或可见光且设置在透明加热基板2的下方，移动工作台位于树脂槽内，并可沿上下方向移动。光源穿过透明加热基板2将凹槽12内的最底层的光敏树脂固化，从而形成一层待成型工件，之后移动工作台向上移动一定距离，通过光源的固化，再形成一层待成型工件，以此类推，将整个工件固化而成。

为了防止成型后的固化层与透明加热基板2之间发生粘连，在透明加热基板2的封装层23的外侧涂覆一层离型膜。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

Claims (10)

1.一种用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，所述树脂槽包括：

槽体；以及

透明加热基板，设置于所述槽体的底部以形成用于容纳树脂的凹槽；

其中，所述透明加热基板依次序包括透明层、加热层和封装层，所述加热层相比所述透明层更靠近所述凹槽，所述加热层用以加热所述树脂，所述封装层用以保护所述加热层。

2.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，所述透明层由石英玻璃、硼砂玻璃、硼酸玻璃、硅酸盐玻璃或钠钙玻璃中的任意一种制成；或

所述透明层由聚酯类、聚醚类、聚酰胺类、聚烯烃类或共聚树脂类中的任意一种制成。

3.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，所述加热层包括金属氧化物、金属纳米网格或纳米银线中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，所述加热层的厚度为50nm～500nm。

5.根据权利要求4所述的用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，所述加热层的厚度为100nm～200nm。

6.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，当所述加热层为电热材料制成时，所述加热层的面电阻为50～300Ω/□。

7.根据权利要求6所述的用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，所述加热层的面电阻为150～250Ω/□。

8.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，还包括一中空底板，用于将所述透明加热基板固定在所述槽体的底部；

所述中空底板的中空孔的周缘设置有下沉部，用于支撑所述透明加热基板，所述下沉部的下沉高度等于所述透明加热基板的厚度。

9.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印的树脂槽，其特征在于，所述封装层的厚度为50～300μm。

10.一种三维打印装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的用于光固化3D打印的树脂槽。

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