CN111745958A - 投影式光固化3d打印装置 - Google Patents

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CN111745958A CN202010610069.1A CN202010610069A CN111745958A CN 111745958 A CN111745958 A CN 111745958A CN 202010610069 A CN202010610069 A CN 202010610069A CN 111745958 A CN111745958 A CN 111745958A
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Abstract

本发明公开了一种投影式光固化3D打印装置，包括机架，固定在机架内的打印成型平台组件、料槽组件、光源发生器和控制器，所述料槽组件包括：料槽；用于固定支撑所述料槽的料槽平台；能够驱动所述料槽平台进行剥离翻转和回复翻转的驱动机构I；所述料槽平台一侧与所述机架铰接，另一侧与所述驱动机构I的输出端轴接；在驱动机构I驱动下，所述料槽平台以较低的速度进行所述剥离翻转；在较高的速度下进行所述的回复翻转。本发明投影式光固化3D打印装置在确保打印精度的同时实现了可打印材料覆盖面广的需求，提高了投影式光固化3D打印的成型性和生物适用性。

Description

投影式光固化3D打印装置
技术领域
本发明涉及光固化3D打印技术领域，特别是涉及一种投影式光固化3D打印装置。
背景技术
光固化3D打印技术是目前加工精度最高的一种3D打印技术，其基本原理是通过以光敏树脂为原材料，计算机控制打印光源按照打印模型截面图形逐层照射，受光照的光敏树脂将发生光固化从而形成一层固化图案，成型平台上升一层的高度从而进行下一层的光固化打印，新固化层牢固的黏合上一层固化层，循环往复完成整体模型的打印。
常见的光固化3D打印机一般包括平台升降机构、成型平台、树脂槽、显示屏、光源、控制器等，光源透过显示屏在树脂槽底部形成待固化的透射区域，位于成型平台成型面或已固化层底面与树脂槽底部之间的液态树脂在透射区域固化成型。在逐层成型过程中，首先成型的固化层需要可靠粘结在成型平台的成型面上，这要求在开始打印之前，需要精确地调节成型平台，使得成型平台的成型面与树脂槽底面保持平行且具有合适的间距。另外，每一层固化完成后，成型平台会在平台升降机构的带动下，在树脂槽内进行升降动作，使得已固化层脱离树脂槽底面，同时在已固化层和树脂槽底面之间留出预固化成型的下一层树脂层的高度，以便液态树脂填充进入已固化层与树脂槽底部之间的间隙，为下一层固化做准备，其中为了使打印物体获得较好的表面成型质量，每一层固化层的高度定位需要保证较高的精度。
例如公开号为CN110884131A的专利文献公开了一种光固化3D打印机，包括树脂槽，底座板，所述树脂槽安装于所述底座板上；成型平台板，所述成型平台板朝向所述树脂槽的平面为成型面，所述成型面与安装于所述底座板上的树脂槽的底面平行设置；竖直移动组件，与所述成型平台板连接，控制所述成型平台板在竖直方向上移动；连接件，连接所述竖直移动件和所述成型平台板；平台调整组件；设置于所述连接件与所述成型平台板之间，用于调整所述成型平台板与所述树脂槽的底面平行。
公开号为CN110789125A的专利文献公开了一种光固化3D打印机，该文献主要是用于对树脂存放装置进行改进，其树脂存放装包括树脂槽、存储槽、第一活动板和第二活动板；第一活动板设置在树脂槽上、且在树脂槽内分隔出用于供光固化3D打印的第一储液腔，所述第一活动板用于动至不同位置时对第一储液腔的体积进行调节；所述第二活动板设置在所述存储槽上、且在所述存储槽内分隔出封闭的第二储液腔，所述第二活动腔的体积进行调节；所述第一储液腔与第二储液腔连通。利用其技术方案，可以保存树脂槽内残留的液态树脂，防止残留的液态树脂长时间暴露在空气中失效，以提高液态树脂的使用寿命。
现阶段光固化3D打印设备大多数只能打印固化后强度很高的光敏材料，对于质地较软的水凝胶材料无法适用。另外，由于水凝胶生物材料大多数具有温敏性，温度过低时会发生冷凝现象，这就需要3D打印设备具有加热材料的功能。投影式光固化3D打印装置可实现微米级复杂外形的高精度打印，但常规的光固化3D打印设备在剥离过程中会将已固化部分的水凝胶材料损坏从而导致打印失败。现在存在的光固化3D打印设备存在很多问题，其中最主要的问题是对柔软的水凝胶生物材料的打印效果差，成功率低，可打印的水凝胶生物材料范围小，适用性不广。
发明内容
本发明的目的在于提出一种材料适用范围广，打印精度高且可实现细胞打印的投影式光固化3D打印装置。
一种投影式光固化3D打印装置，包括机架，固定在机架内的打印成型平台组件、料槽组件、光源发生器和控制器，所述料槽组件包括：
料槽；
用于固定支撑所述料槽的料槽平台；
能够驱动所述料槽平台进行剥离翻转和回复翻转的驱动机构I；
所述料槽平台一侧与所述机架铰接，另一侧与所述驱动机构I的输出端轴接；
在驱动机构I驱动下，所述料槽平台以较低的速度进行所述剥离翻转；在较高的速度下进行所述的回复翻转。
本发明的光固化3D打印装置在使用时，利用驱动机构I，将传统的面剥离转换为线剥离；大大降低了对固化图案的破坏力度。使得本发明不单可以适于固化强度较大的打印材料，也可以用于凝胶等固化后较为柔软的软质材料的打印。
作为优选，所述打印成型平台组件或/和料槽组件上设有一个或多个打印状态提示灯带。可以对3D打印装置的运行状态进行提示，进一步提高3D打印装置的安全性和人性化。打印状态提示灯带一般直接受控于所述控制器，通过设置适当的接近开关或者传感器，实现对打印机打印状态的检测，进而实现对打印机打印状态的标识。
作为一种方案，所述料槽平台与所述机架之间设有对所述料槽平台的翻转过程进行导向限位的导向限位机构。利用该限位机构，可以保证料槽平台按照设定轨迹进行平稳的翻转。料槽平台翻转的角度和速度等可以由控制器通过驱动机构I等实现控制。
作为进一步优选，所述导向限位机构包括：设置在料槽平台底部的定位柱以及设置在机架上与所述定位柱配合的限位槽。料槽平台进行翻转时，定位柱一端插入限位槽内，利用限位槽的限位作用，实现对定位柱的限位，进而实现对料槽平台的限位。
作为一种方案，所述料槽包括：
料槽扶手板；
与料槽扶手板相对固定的料槽储料块；
固定在料槽储料块底部的剥离膜、剥离膜紧固圈、透明支撑件以及加热片；
所述剥离膜为复合透氧膜，利用剥离膜紧固圈固定在料槽储料块底部。
所述料槽扶手板两侧一般设有便于取放的扶手板结构，利用所述料槽扶手板可以更加方便的实现对料槽的取放。
作为进一步优选，所述料槽扶手板两侧设有扶手板，底部设有用于支撑和定位所述料槽储料块的凸台结构；以及用于实现将透明支撑件以及加热片固定在料槽储料块底部的凸台结构。通过料槽扶手板在实现方便料槽取放的同时，也实现了对其他零部件的固定。
利用所述剥离膜紧固圈，可以实现对剥离膜的定位，同时，紧绷状态的剥离膜相对来说更便于打印件的剥离；本发明利用紧固圈绷紧剥离膜表面，以更加方便图案膜层的剥离。所述料槽储料块上设有螺孔，可以利用螺钉等将剥离膜紧固圈连同剥离膜固定在料槽储料块底面。
所述透明支撑件可采用采用玻璃。
作为优选，所述料槽储料块上设有所述的打印状态提示灯带。
所述料槽扶手板与料槽储料块之间可以采用多种现有的方式实现固定，比如可以采用螺钉进行固定，或者采用磁吸合方式进行固定，或者利用定位键或定位销进行固定等。
本发明中，所述复合透氧膜的设置，使得在图案固化层与剥离膜之间形成氧气隔层，进一步减小了固化层与剥离膜之间的相互作用力，进而进一步降低了剥离难度。
所述复合透氧膜双层结构：上层为致密透氧层，与打印墨水接触；下层为多孔透氧层；所述复合透氧膜其300-500nm波段透光率不低于50％，氧气透过率不低于10bar。
所述致密透氧层为液体无法渗透但可高选择性透过氧气的薄膜，该薄膜材质为：聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、杜邦公司TeflonTM AF1600、TeflonTM AF2400中的一种。所述致密透氧层其300-500nm波段透光率不低于50％。所述致密透氧层厚度为25-300μm。
所述多孔透氧层为具有随机或定向孔状结构的薄膜，该薄膜材质为：聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚酰胺(PA)中的一种。所述多孔透氧层其孔密度为106-1010/cm2。所述多孔透氧层其孔径为0.5-10μm。所述多孔透氧层其300-500nm波段透光率不低于50％。所述多孔透氧层厚度为10-100μm。
所述致密透氧层可通过直接贴合、涂布、辊压方式与多孔透氧层结合。
作为一种具体的实施方案，所述的料槽包括料槽扶手板、剥离膜、紧固圈、毛玻璃、加热片、料槽储料块、打印状态提示灯带；所述剥离膜通过紧固圈固定在料槽储料块下表面，毛玻璃垫于剥离膜下方，加热片贴于毛玻璃下表面，料槽扶手板与料槽储料块配合夹持剥离膜和毛玻璃和加热片，所述毛玻璃可被光源发生器投射光源穿透。
所述料槽平台主要用于实现对料槽的支撑和定位，作为一种方案，所述料槽平台包括：
平行或者接近平行设置的上板和下板；
设置在上板和下板之间的弹性缓冲件；
所述驱动机构I与下板一侧轴接，下板另一侧通过铰接座与机架铰接。
所述上板主要用于实现对料槽的支撑和定位。作为优选，所述料槽底部与所述料槽平台之间设有定位机构。作为进一步优选，所述定位机构包括相互配合且分别设置在料槽底部(进一步优选为料槽扶手板底部)以及料槽平台(进一步优选为上板顶面)顶面的磁铁槽和磁性件。即所述定位机构包括设置在料槽底部的一个或多个磁铁槽、以及设置在料槽平台顶面的与所述磁铁槽配合的磁性件；或者，所述定位机构包括设置在料槽平台顶面的一个或多个磁铁槽、以及设置在料槽底部的与所述磁铁槽配合的磁性件。作为更进一步优选，所述定位机构还包括相互配合且分别设置在料槽底部(进一步优选为料槽扶手板底部)以及料槽平台顶面(进一步优选为上板顶面)的定位凹槽和凸起；进一步讲，定位凹槽可以设置在料槽底部或料槽平台顶面，此时凸起配合的设置在料槽平台顶面或料槽底部。
上板和下板可以采用平行或者近似平行设置的矩形板、圆形板以及其它形状能够起到支撑和定位作用的板结构。
所述弹性缓冲件进一步优选为弹簧缓冲柱，即包括顶部穿透所述上板并通过限位件对上板进一步限位的限位柱，以及套设在限位柱外周的弹簧。弹簧底端与上板底面抵接，底端与下板底面抵接，在上板收到料槽向下的作用力时，可以在弹性缓冲件作用下，缓冲振动位移。所述弹性缓冲件设置四个，分别设置在上板和下板的四个角部。
作为优选，所述料槽平台一侧通过铰接机构与所述机架实现铰接；作为进一步优选，所述下板的一侧与机架通过固定在机架上的铰接座铰接，另一侧与所述的驱动机构I转接。在驱动机构I作用力下，可以按照设定速度作剥离翻转和剥离翻转完成后的回复翻转。
作为优选，所述定位柱设置在所述下板底面一侧；所述定位柱设置一个或者多个，设置多个时，需要避免与驱动机构I产生干涉，且尽量两侧均匀布置。
作为优选，打印成型平台组件包括：
成型平台吸附块；
吸附于成型平台吸附块上的可拆卸成型平台，该可拆卸成型平台与所述料槽配合实现光固化逐层打印；
对所述可拆卸成型平台进行调平的调平块。
成型平台吸附块为具有磁性的材质或者局部具有磁性的结构；可以通过在可拆卸成型平台顶面固定金属板，实现与成型平台吸附块之间的吸合固定。采用上述技术方案，可以方便更换可拆卸成型平台。作为优选，所述可拆卸成型平台顶面或者可拆卸成型平台上固定有磁性金属件，所述成型平台吸附块底部设有磁铁，利用磁铁和磁性金属件吸引作用力，实现可拆卸成型平台与成型平台吸附块之间的固定，且拆卸方便。
作为优选，所述调平块上设有：
一个或多个能与所述成型平台吸附块进行螺纹连接的紧定螺钉；
一个或多个底部与所述成型平台吸附块相抵，且与调平块螺纹连接的紧定旋钮。
采用上述方案，可以利用可拆卸成型平台的重力作用，实现调平，然后通过紧定螺钉和紧定旋钮实现成型平台吸附块与调平块的固定，进而实现对可拆卸成型平台的调平操作。
作为进一步优选的方案，所述打印成型平台中的调平块上表面分布有三个呈等边三角形排列的紧定旋钮将打印成型平台向下进行紧定，调平块正中央有一个紧定螺钉用于将打印成型平台向上进行紧定，从而形成一对相互作用力实现打印成型平台的调平。
作为优选，所述可拆卸成型平台的成型面部分利用光敏树脂进行处理；利用该技术方案，使得可拆卸成型平台的成型面与固化完成的固化层之间产生更强的作用力，进一步增强了可拆卸成型平台的成型面对固化层之间的定位牢固性。作为进一步优选，选择硬质光固化材料对所述可拆卸成型平台的成型面进行处理。打印过程中使涂层部分硬质光固化材料的双键与光固化水凝胶上的双键相结合，实现了打印件同打印成型平台之间的粘连更加的牢靠的目的，从而确保打印过程中较软的水凝胶材料不会从可拆卸打印成型平台表面滑落。
所述成型平台吸附块内设有对可拆卸成型平台进行加热的加热棒、检测可拆卸成型平台是否到位的接近开关以及用于检测可拆卸成型平台温度的温度传感器。通过接近开关发出的信号，可以实现对打印状态提示灯带显示颜色的控制。
本发明中，所述料槽与料槽平台之间、所述可拆卸成型平台与成型平台吸附块之间利用磁吸合方式固定；进一步方便了对成型平台和料槽的取放和清洗。
作为优选，还包括对所述料槽进行加湿的加湿装置。加湿装置可以设置在机架上，加湿装置加湿口指向打印料槽。所述的加湿装置包括带有加湿口的加湿装置外壳、风扇、水槽、置于水槽内的加热器。通过设置加湿装置完美的解决了数字光处理打印水凝胶材料时出现的材料水分蒸发的问题。实际工作时，加湿装置通过内置的加热器对水槽内的液态水加热形成水蒸气，通过风扇的运转顺着加湿装置腔体将水蒸气输送至加湿装置加湿口处，加湿装置加湿口处对准打印料槽，排出的水蒸气吹向料槽周围，从而保证打印时的湿度平衡，解决了打印时材料水分蒸发问题。所述加湿装置内设有可方便拿取的抽屉式水槽结构，水槽内部液态水用完时可通过其外部的把手将其抽出，从而向水槽内加入液态水，再将水槽装入加湿装置中即可继续使用。
所述的光源发生器包括用于投射打印光源的DLP光机和用于反射光源的反光镜，DLP光机安装于下支撑板上方，反光镜与DLP光机镜头对齐且位于打印料槽正下方，反光镜和水平面呈45度夹角从而反射光机投射的光源。
本发明中，所述机架主要包括平行设置的上支撑板和下支撑板，以及将上支撑板安装于下支撑板上的多个支撑柱；比如当上支撑板和下支撑板选择矩形板时，可以设置四个支撑柱，且将四个支撑柱布置于上支撑板和下支撑板的四个角部。本发明中，机架主要用于实现对打印成型平台组件、料槽组件、光源发生器和控制器以及配套驱动机构的安装固定。
本发明中，驱动机构I选择贯穿电机，贯穿电机输出端通过一个连杆机构与料槽平台转接；通过连杆机构将驱动机构I的直线位移驱动力转化为料槽平台的周向旋转驱动力。贯穿电机可以通过两根连接柱固定在机架的上支撑板下方。
本发明中还包括用去驱动打印成型平台组件竖直移动的驱动机构II以及对打印成型平台组件进行导向机构。所述驱动机构II一般选择步进电机驱动的丝杆和滑块机构。所述打印成型平台组件与所述滑块固定。步进电机一般通过联轴器与丝杆滑块连接。步进电机通过固定在机架上是安装座实现相对固定，滑块与所述安装座之间设有所述的导向机构。实际安装时，打印成型平台安装组件在驱动机构II中的滑块上，具体讲，调平块安装在打印状态提示灯带上方，并通过一悬臂块与滑块相对固定；打印状态提示灯带安装在成型平台吸附块上方，并与调平块底部固定；平台吸附块固定在打印状态提示灯带底部；可拆卸成型平台利用其内表面安装的金属板依靠磁力吸附在平台吸附块下方。
本发明的控制器，可以选择工业电脑、或者控制芯片或者电路控制板。以实现整个三维打印装置的综合控制，包括信号的接收和控制信号的发送等，驱动机构I、驱动机构II、光源发生器等均受控于控制器。比如在控制器控制下，所述料槽平台以较低的速度进行所述剥离翻转；在较高的速度下进行所述的回复翻转。
本发明通过电路控制板控制加热棒、加热片实现对打印材料的均匀控温，打印时打印成型平台表面进行涂层处理使水凝胶材料粘连更加牢靠，通过加湿装置保持打印环境的湿度平衡。
本发明提出的投影式光固化3D打印装置，由计算机软件切片生成的切片图案传输至光源发生器的光机中，通过光机和反光镜投射光源图案，从而使光源图案透过料槽的毛玻璃投射到料槽中的光敏材料中最终光源落在成型平台上，加湿装置通过不断提供雾化水分来补充水凝胶打印材料因蒸发而失去的水分，通过电路控制板控制使驱动机构II中的步进电机运转从而转动丝杠带动滑块运动，从而将打印成型平台抬升一层的高度。再通过电路控制板控制使驱动机构I中的贯穿电机轴向下运动，贯穿电机轴端带动连杆机构运动，连杆机构带动料槽平台围绕铰接座发生俯仰运动(剥离翻转和回复翻转)，从而实现固化层的剥离，剥离后贯穿电机轴端带动连杆机构恢复原高度。重复此过程，最终使得打印件打印精度高且不易在打印过程中被破坏。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
一、本发明的投影式光固化3D打印装置的料槽平台部分采用连杆机构带动剥离，不同于其他光固化直接提升的剥离方式，旋转剥离的方式减少了剥离过程中打印件所承受的力，从而确保打印件不被破坏。
二、针对打印使用的材料，本发明的投影式光固化3D打印装置可打印固化后不同强度的材料，如UV树脂、HAMA、GelMA、PEGDA、Sil-MA、光固化PCL等，打印材料覆盖面广，适合打印生物墨水。
三、本发明料槽尺寸较小，可节省每次打印所需倒入材料的量充分利用材料，从而降低生物材料的使用量，节省打印成本。
四、针对生物水凝胶打印时，本发明的连杆机构可带动料槽实现差速的俯仰运动，在剥离进行过程中慢速运动实现打印件的完整剥离，在剥离完成后的快速运动归位实现打印时间的节省，加快了打印速度，且解决了料槽俯仰运动速度过快而导致的水凝胶打印件撕裂问题。
五、针对生物水凝胶打印时，本发明的料槽底部的剥离膜可实现氧气的流通，在剥离膜和材料之间形成一层隔绝层，从而使已光固化部分同剥离膜实现更好的剥离，克服了打印的水凝胶材料同剥离膜粘连导致打印件破损的问题。
六、针对生物水凝胶打印时，本发明的加湿装置可解决生物水凝胶打印时的水分蒸发问题，通过加湿装置不断地给打印料槽提供水雾，从而维持整体环境的湿度平衡，预防了水凝胶因水分蒸发而产生的打印变形的情况。
七、针对生物水凝胶打印时，本发明的可拆卸打印成型平台表面进行了涂层处理，利用硬质光固化材料对打印成型平台表面进行涂敷处理，处理后的打印成型平台在打印过程中使打印成型平台上涂层部分硬质光固化材料的双键与打印材料上的光固化双键相结合实现了打印件同打印成型平台之间的粘连更加的牢靠，确保打印过程中较软的水凝胶材料不会从可拆卸打印成型平台表面滑落。
八、打印成型平台上的加热棒和料槽底面的加热片可实现对打印材料的均匀控温，通过打印成型平台和料槽两处的温度调节使打印材料处于一个恒定的温度环境之中，从而保证了打印使用的生物材料的流动性和细胞适应温度，进而提高了打印件的精度和细胞活性。
九、针对打印成型平台及料槽上的打印状态提示灯带，用于提示使用者本发明的实时状态及连接情况，可根据灯带的不同颜色提示进行相应的操作，从而提高了使用者的操作效率。
总之，本发明投影式光固化3D打印装置在确保打印精度的同时实现了可打印材料覆盖面广的需求，提高了投影式光固化3D打印的成型性和生物适用性。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明投影式光固化3D打印装置的结构示意图；
图2是本发明的打印成型平台局部剖面结构示意图(a)和俯视图(b)；
图3是本发明的料槽剖面结构示意图(a)以及剥离膜被定位后的仰视图；
图4是本发明的光源发生器结构示意图；
图5是本发明的料槽平台结构示意图；
图6是本发明的连杆机构示意图；
图7是本发明的加湿装置结构示意图；
图8是本发明投影式光固化3D打印装置的电路控制板的控制电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1和图2，本发明提出的投影式光固化3D打印装置，包括机架11、打印成型平台组件3、料槽4、光源发生器6、电路控制板2、加湿装置12、用于控制打印成型平台做上下运动的驱动机构II(驱动机构II主要包括丝杠滑块模组1及步进电机10)，用于控制料槽做俯仰运动的驱动机构I(驱动机构I主要包括贯穿电机9、连杆机构8)、料槽平台7及铰接座5。
所述打印成型平台组件3安装在丝杠滑块模组1的滑块上，丝杠滑块模组1通过安装座固定在机架11上，主要包括固定在安装座内的丝杠、以及与所述丝杠配合的滑块，滑块与安装座之间一般设有竖直导向机构；在步进电机10驱动力下，滑块可以沿丝杆上下移动，进而带动打印成型平台组件3做竖直运动。安装座上同时设有限位开关23，用于实现滑块和打印成型平台组件3的归零。
所述打印成型平台组件3包括调平块303、打印状态提示灯带304、打印成型平台热敏电阻309、接近开关308、加热棒307、成型平台吸附块305、可拆卸成型平台306。其中调平块303通过悬臂块与滑块固定，调平块303由三个紧定旋钮301和一个紧定螺钉302实现对打印成型平台3的调平。三个紧定旋钮301呈等边三角形对称的分布于圆形的调平块303上。紧定旋钮301与调平块303螺纹连接，底部与成型平台吸附块305抵接；紧定螺钉302与成型平台吸附块305螺纹连接，并与调平块303通过限位台或者螺纹连接等方式实现轴向定位。
调平精准度决定打印最终效果，保持打印成型平台组件3的成型面(即打印成型平台组件3的下表面)和料槽4的相对平行度决定了打印结果的好坏。本发明进行调节平行时，利用打印成型平台组件3自身重力作为调平力，将打印成型平台组件3降至接近料槽4处，旋松紧定旋钮301和紧定螺钉302，可拆卸成型平台306处于自由状态，让打印成型平台组件3的下表面(即可拆卸成型平台306的底面)利用打印成型平台组件3自身重力和料槽4的上表面相贴合，再旋紧紧定旋钮301和紧定螺钉302，从而使打印成型平台组件3的成型面和料槽4的工作面保持相对平行。
打印状态提示灯带304可通过现有的各种固定方式与调平块303相互固定。所述打印状态提示灯带304可让使用者了解打印实时状态，从而及时发现打印中存在的问题，提高打印效率。在打印设备中的DLP光机64投光时打印状态提示灯带304会由电路控制板2的控制显示霓虹色，当打印设备断开连接时打印状态提示灯带304会由电路控制板2的控制显示红色，当打印设备正常连接且处于DLP光机64不投光的状态时打印状态提示灯带304会由电路控制板2的控制显示蓝色。成型平台吸附块305底部固定有磁铁，可拆卸成型平台306通过固定其上的金属板310(具有具有磁吸合能力)与成型平台吸附块305的磁铁吸合，实现可拆卸成型平台306与成型平台吸附块305的固定。当可拆卸成型平台306内部安装的金属板310磁力吸附到成型平台吸附块305上时，接近开关308会感应到可拆卸成型平台306已正常连接，从而通过电路控制板2使打印状态提示灯带304显示蓝色。可拆卸成型平台306从成型平台吸附块305上拆卸下来时或料槽4从料槽平台7上拆卸下来时，打印状态提示灯带304显示红色。
水凝胶打印时最大的问题是较软的水凝胶材料无法牢靠的粘连在打印成型平台组件3上，从而导致打印失败。为此所述可拆卸成型平台306下表面选用硬质光固化材料进行涂层处理(取600毫升对应的硬质光固化材料，并将其均匀涂抹在打印成型平台上，对其进行进行光照固化，使其粘附在打印成型平台表面上，从而形成一层涂层)，这是因为普通打印成型平台一般只能打印UV树脂之类的粘附性较好的光固化材料，对于质地较软、黏附性不强的水凝胶材料无法很好的进行粘连，对可拆卸成型平台306进行涂层处理目的是为了增强水凝胶打印件和可拆卸成型平台306下表面的粘附力，处理后的打印成型平台组件3在打印过程中使涂层部分硬质光固化材料(硬质光固化材料包括但不限于：甲氧基丙烯酸酯UV单体、聚酯丙烯酸酯、BASF乙烯基醚单体、水性UV树脂、乙烯基树脂、环氧树脂)的双键与光固化水凝胶上的双键相结合，实现了打印件同打印成型平台之间的粘连更加的牢靠的目的，从而确保打印过程中较软的水凝胶材料不会从可拆卸打印成型平台306表面滑落。
所述加热棒307实现了对打印成型平台的均匀加热，从而辅助加热打印所用水凝胶材料，使其维持在设定的温度范围，使用热敏电阻309的目的是为了实现对打印成型平台温度的测量，同时实现对加热棒307加入功率的反馈控制。
请参阅图1、图3和图4，本发明提出的投影式光固化3D打印装置，所述的料槽4安装在料槽平台7上，料槽4包括料槽扶手板402、剥离膜406、紧固圈405、紧固圈螺钉411、毛玻璃407、加热片408、打印状态提示灯带409、料槽热敏电阻410和料槽储料块401。料槽扶手板402上设有支撑料槽储料块401的凸台结构，以及用于压紧加热片408的凸台结构。紧固圈405用来绷紧剥离膜表面，并同时实现剥离膜406相对料槽储料块401的固定，加热片408贴附在毛玻璃407底面上，再由料槽扶手板402和料槽储料块401夹持压紧剥离膜406、毛玻璃407和加热片408。料槽扶手板402和料槽储料块40之间可以采用螺钉等实现进一步的固定。
所述加热片408可对毛玻璃407进行加热，其目的是为了实现对料槽储料块401中的材料的均匀加热，进而提高材料的流动性，使材料易于打印。其原因是生物墨水材料一般具有温敏性，当材料温度过低时会出现冷凝现象，从而影响打印效果，使用加热片408加热后，由于温度的施加，材料会一直保持液态，从而确保成功打印。另一方面，人体温度为37℃，加热片408的均匀加热可为细胞提供一个适宜生长的环境。热敏电阻410安装在加热片408下，从而实现对加热片408温度的测量，同时实现对加热片408加热功率的反馈控制。
所述料槽扶手板402两侧的提拉扶手便于料槽4拆卸换料，料槽扶手板402底面设有磁铁槽403和定位凹槽404，该磁铁槽403和定位凹槽404用来将料槽4定位安装在料槽平台7上，从而提高打印时设备结构的稳定性。
所述的剥离膜406的紧绷程度决定了打印材料是否便于剥离，紧绷状态的剥离膜406相对来说更便于打印件的剥离，本发明中剥离膜406紧绷在料槽储料块401底部。料槽储料块401底部设有与紧固圈405相配合的槽，将剥离膜406铺在紧固圈405与料槽储料块401之间，再将紧固圈405压进相配合的槽中，最后使用紧固圈螺钉411进行紧定，从而达到让剥离膜406紧绷在料槽4底部的目的。
所述的料槽4底部剥离膜406亦可采用复合透氧膜，复合透氧膜可与覆盖在其上的打印材料之间产生一层氧气隔绝层，氧气隔绝层内为氧气，打印材料无法进入，从而更好实现剥离。同时，氧气的存在也更有利于细胞内的生长。
为保证支撑强度，所述复合透氧膜为双层结构：上层为致密透氧层，与打印墨水接触；下层为多孔透氧层。
所述致密透氧层为液体无法渗透但可高选择性透过氧气的薄膜，该薄膜材质为：聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、杜邦公司TeflonTM AF1600、TeflonTM AF2400中的一种。
所述致密透氧层其300-500nm波段透光率不低于50％。
所述致密透氧层厚度为25-300μm。
所述多孔透氧层为具有随机或定向孔状结构的薄膜，该薄膜材质为：聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚酰胺(PA)中的一种。
所述多孔透氧层其孔密度为106-1010/cm2。
所述多孔透氧层其孔径为0.5-10μm。
所述多孔透氧层其300-500nm波段透光率不低于50％。
所述多孔透氧层厚度为10-100μm。
所述致密透氧层可通过直接贴合、涂布、辊压方式与多孔透氧层结合。
所述复合透氧膜其300-500nm波段透光率不低于50％，氧气透过率不低于10bar。
所述料槽平台7包括上板74、下板73、弹簧缓冲柱72、磁铁75和凸块71，料槽平台7的作用是用来定位料槽4，料槽4也是由料槽平台7连接带动进行俯仰运动，料槽平台7是打印件成功剥离的关键要素，围绕着铰接座5进行旋转运动(图4中，料槽平台7左侧向下翻转)使打印件从一侧(图4中为左侧)开始受力，而非整个光照幅面受力，从而减少了打印件所承受的力。其中弹簧缓冲柱72通过弹簧的支撑作用以及顶部螺栓的限位作用将上板74和下板73固定连接，从而对安装料槽4定位时产生的力起到缓冲的作用，确保料槽4定位准确，料槽平台7上表面的磁铁75和凸块71与料槽4底面的磁铁槽43和定位凹槽404相配合，从而实现料槽的吸附定位，下板73右端上表面连接铰接座5，利用铰接座5实现了料槽平台7带动料槽4围绕铰接座5的中心做俯仰运动，下板73左端下表面连接连杆机构8，连杆机构8为料槽平台7的俯仰运动提供动力，且下板73左端下表面两旁安装有定位柱76，定位柱76底端与设置在机架顶面的限位槽配合，实现对俯仰运动中下板73的限位和导向，从而避免料槽平台7进行俯仰运动时产生晃动。
请参阅图1和图5，本发明提出的投影式光固化3D打印装置，所述的连杆机构8包括T形块81和U形块82以及驱动机构贯穿电机9，贯穿电机9可以带动连杆机构8进行差速运动，该差速运动是保证打印件正常剥离的关键要素，在其向下剥离过程中，使用较低速度，从而确保打印件的完整剥离；在其向上复位过程中，使用较高速度，减少不必要时间的浪费，从而在确保打印件不发生破坏的同时做到打印速度最大化。其中T形块81一端连接料槽平台7的下板73，另一端连接U形块82，U形块82底部连接贯穿电机输出端末端91，T形块81和U形块82使用销连接进行连接，再用螺钉固定销两端，实现T形块81底端相对U形块82的转接连接，贯穿电机连接柱92将贯穿电机9固定在机架11的上支撑板下方，从而实现贯穿电机9运动时带动连杆机构8运动，实现连杆机构8带动料槽平台7完成俯仰运动。
机架11主要包括平行设置的上支撑板和下支撑板，以及将上支撑板安装于下支撑板上的四个支撑柱上，四个支撑柱布置于上支撑板和下支撑板的四个角部。上支撑板用于实现丝杠滑块模组1和步进电机10的安装固定、铰接座5的安装固定、加湿装置12的安装固定、贯穿电机9的安装固定，上支撑板上同时设有对料槽平台7实现限位导向的限位槽；下支撑板主要用于实现光源发生器6的安装固定。
请参阅图1和图6，本发明提出的投影式光固化3D打印装置，所述的光源发生器6包括DLP光机64、反光镜63、反光镜卡板61和等腰直角三角形楔形块62，其中反光镜63安装在等腰直角三角形楔形块62上，利用反光镜卡板61固定反光镜63，固定后的反光镜63同水平面呈45度夹角，打印图案从DLP光机64中投射出，经反光镜63进行反射，从而投射到料槽4中的打印材料上；安装时，需要保证料槽正对反光镜63的反射光束。
请参阅图1、图7，本发明提出的投影式光固化3D打印装置，所述的加湿装置12包括风扇1201、水槽1202、加热器1203、加湿装置外壳1204，打印水凝胶材料时水分蒸发是导致打印结构形变的重要原因，设置加湿装置12的目的是为了解决数字光处理打印水凝胶材料时出现的材料水分蒸发的问题。加湿装置12通过内置的加热器1203对水槽1202内的液态水加热形成水蒸气，通过风扇1201的运转顺着加湿装置12腔体将水蒸气输送至加湿装置12腔口处，加湿装置管口处对准打印料槽，排出的水蒸气吹向料槽周围，从而保证打印时的湿度平衡，解决了打印时材料水分蒸发问题。其中水槽1202内部液态水用完时可通过其外部的把手将其抽出，从而向水槽1202内加入液态水，再将水槽1202装入加湿装置中即可继续使用。
请参阅图1、图2、图3和图8，本发明提出的投影式光固化3D打印装置，电路控制板2主要用于对整个装置的电器元件进行控制，保证打印过程中自动化和高精度操作。所述的电路控制图中的电路控制板2包括主控芯片211、找零模块210、测温模块208、测温模块209、加热模块204、加热模块205、UV模块203、Z模块201、Y模块202、VIN模块212和测距模块206。当电源开关启动后，12V供电板212向DLP光机64和电路控制板2供电，电路控制板2中的VIN模块212用来接收电源，UV模块203将打印图片传输到DLP光机64中，从而实现投射光源的目的。Z模块201用来控制步进电机10，从而实现打印成型平台3上下运动的目的。同理，Y模块202用来控制贯穿电机9，从而实现料槽4俯仰运动的目的。找零模块210连接限位开关213，从而实现打印完成后Z轴打印成型平台3位置的归零。其中测温模块208连接料槽热敏电阻410，其目的是为了测量加热片408的实时温度，测温模块209连接打印成型平台热敏电阻309，其目的是为了测量可拆卸成型平台306的实时温度。加热模块204连接加热棒307，其目的是为了对可拆卸成型平台306进行加热，加热模块205连接加热片408，其目的是为了对毛玻璃407进行加热。测距模块206连接接近开关308，当接近开关308距可拆卸成型平台306小于0.8毫米时会传输信号给测距模块206，测距模块206将信号传输给LED模块207使打印状态提示灯带304变为蓝色，且测距模块206将信号传输给LED模块214使打印状态提示灯带409变为蓝色。
实际运行时，由计算机软件切片生成的切片图案传输至光源发生器的光机中，通过光机和反光镜投射光源图案，从而使光源图案透过料槽的毛玻璃投射到料槽中的光敏材料中最终光源落在成型平台上，加湿装置通过不断提供雾化水分来补充水凝胶打印材料因蒸发而失去的水分，通过电路控制板控制使驱动机构II中的步进电机运转从而转动丝杠带动滑块运动，从而将打印成型平台抬升一层的高度。再通过电路控制板控制使驱动机构I中的贯穿电机轴向下运动，贯穿电机轴端带动连杆机构运动，连杆机构带动料槽平台围绕铰接座发生俯仰运动(剥离翻转和回复翻转)，从而实现固化层的剥离，剥离后贯穿电机轴端带动连杆机构恢复原高度。重复此过程，最终使得打印件打印精度高且不易在打印过程中被破坏。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种投影式光固化3D打印装置，包括机架，固定在机架内的打印成型平台组件、料槽组件、光源发生器和控制器，其特征在于，所述料槽组件包括：
料槽；
用于固定支撑所述料槽的料槽平台；
能够驱动所述料槽平台进行剥离翻转和回复翻转的驱动机构I；
所述料槽平台一侧与所述机架铰接，另一侧与所述驱动机构I的输出端轴接；
在驱动机构I驱动下，所述料槽平台以较低的速度进行所述剥离翻转；在较高的速度下进行所述的回复翻转。
2.根据权利要求1所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，所述料槽平台与所述机架之间设有对所述料槽平台的翻转过程进行导向限位的导向限位机构。
3.根据权利要求1所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，所述料槽平台包括：
平行或者接近平行设置的上板和下板；
设置在上板和下板之间的弹性缓冲件；
所述驱动机构I与下板一侧轴接，下板另一侧通过铰接座与所述机架铰接。
4.根据权利要求1所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，打印成型平台组件包括：
成型平台吸附块；
吸附于成型平台吸附块上的可拆卸成型平台，该可拆卸成型平台与所述料槽配合实现光固化逐层打印；
对所述可拆卸成型平台进行调平并实现固定的调平块。
5.根据权利要求4所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，所述调平块上设有：
一个或多个能与所述成型平台吸附块进行螺纹连接的紧定螺钉；
一个或多个底部与所述成型平台吸附块相抵，且与调平块螺纹连接的紧定旋钮。
6.根据权利要求4所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，所述可拆卸成型平台的成型面部分利用光敏树脂进行处理；所述成型平台吸附块内设有：对可拆卸成型平台进行加热的加热棒、检测可拆卸成型平台是否到位的接近开关以及用于检测可拆卸成型平台温度的温度传感器。
7.根据权利要求1所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，所述料槽包括：
料槽扶手板；
与料槽扶手板相对固定的料槽储料块；
固定在料槽储料块底部的剥离膜、剥离膜紧固圈、透明支撑件以及加热片；
所述剥离膜为复合透氧膜，利用剥离膜紧固圈固定在料槽储料块底部。
8.根据权利要求7所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，所述复合透氧膜双层结构：上层为致密透氧层，与打印墨水接触；下层为多孔透氧层；所述复合透氧膜其300-500nm波段透光率不低于50％，氧气透过率不低于10bar。
9.根据权利要求8所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，所述打印成型平台组件或/和料槽组件上设有一个或多个打印状态提示灯带；所述料槽与料槽平台之间利用磁吸合方式固定。
10.根据权利要求1所述的投影式光固化3D打印装置，其特征在于，还包括对所述料槽进行加湿的加湿装置。
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