CN112265263A - 低离型力3d打印装置及其打印方法 - Google Patents

低离型力3d打印装置及其打印方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低离型力3D打印装置，涉及3D打印技术领域，该打印装置的成型光源、离型膜组件、成型平台以及光敏树脂料槽从上到下依次设置，成型平台位于光敏树脂料槽内部，且能够朝着光敏树脂料槽底部的方向移动，离型膜组件与置于光敏树脂料槽中的光敏树脂能够发生相对位移；当离型膜组件与置于光敏树脂槽中的光敏树脂具有预设距离时，离型膜组件与光敏树脂料槽正对的一侧设置氧气层。以及提供了一种利用低离型力3D打印装置的打印方法。本发明克服了现有技术中只是简单的通过抬升成型平台，而离型膜处于静止状态，即采用硬剥离方式，导致3D模型损坏，从而降低打印成功率的缺陷。

Description

低离型力3D打印装置及其打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种低离型力3D打印装置及其打印方法。
背景技术
目前市场上主流光敏树脂类型3D打印机中，不管DLP、SLA还是LCD类型，越来越多的使用离型膜作为离型的方式，这种方式耐久性好，成本较低，但是由于材料的原因，离型效果好的，比如PTFE材质，透明度差，会导致光的漫反射，导致打印锐度下降，其它材质，比如FEP材质的，离型效果一般，经常导致离型不彻底，打印残缺或者失败的问题。
因此，为提高离型效果，降低离型力已经成为行业内普遍需要解决的问题，在3D打印过程中，成型平台和成型光源之间有一层离型膜，光敏树脂在离型膜和成型平台之间，当紫外光照射到光敏树脂上后，光敏树脂由液体变成固体，在成形平台和离型膜之间形成一个固定层厚的固体树脂，此时平台上升固化后的树脂黏在成型平台上的一端保持粘结性，黏在离型膜上的另一端由于相对平台较低粘结力而剥离，剥离后平台返回，距离离型膜一个固定层厚停止，继续下一层打印，这个固化后的固体树脂即为3D模型的其中一层切片，通过逐步累积这些切片逐渐组成一个立体模型。
打印过程中离型需要一定的拔膜力，这个力量大小决定了模型的成型的成功率，现有技术中只是简单的通过抬升离型距离，使离型膜和平台之间产生距离，从而硬剥离，这种剥离的过程很容易导致模型损坏，从而降低打印成功率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种低离型力3D打印装置，以解决现有技术中只是简单的通过抬升成型平台，而离型膜处于静止状态，从而使离型膜和成型平台之间产生离型距离，即硬剥离，这种剥离的过程很容易导致3D模型损坏，从而降低打印成功率的技术问题。
本发明的目的之二在于提供一种利用上述低离型力3D打印装置的3D打印方法。
为了实现上述目的之一，本发明一实施例提供了1一种低离型力3D打印装置，包括成型平台、离型膜组件、成型光源以及光敏树脂料槽，其中：
所述成型光源、所述离型膜组件、所述成型平台以及所述光敏树脂料槽从上到下依次设置，所述成型平台位于所述光敏树脂料槽内部，且能够朝着所述光敏树脂料槽底部的方向移动，所述离型膜组件与置于所述光敏树脂料槽中的光敏树脂能够发生相对位移；
当所述离型膜组件与置于所述光敏树脂槽中的光敏树脂具有预设距离时，所述离型膜组件与所述光敏树脂料槽正对的一侧设置氧气层。
优选地，还包括配重块，所述配重块可活动的放置于所述光敏树脂料槽中，用于改变所述光敏树脂料槽的液位。
优选地，还包括刮板，所述刮板可活动的安装于所述离型膜组件的底面上，用于将所述离型膜组件表面光敏树脂刮净，使所述离型膜组件完全暴露在空气中。
优选地，所述离型膜组件包括离型膜框架和离型膜，所述离型膜安装于所述离型膜框架的下方，所述离型膜框架带动所述离型膜上下移动，所述氧气层位于所述离型膜上，且与所述离型膜框架相对设置；
所述离型膜与所述离型膜框架固定连接或者可拆卸连接。
优选地，所述氧气层贴附于所述离型膜上。
优选地，所述离型膜设置为带有离型能力的聚合物膜。
优选地，所述带有离型能力的聚合物膜设置为硅油膜。
优选地，所述成型光源由紫外光光源和液晶掩膜组成。
优选地，所述成型光源为数字化光处理的方式或者激光振镜的方式。
为了实现上述目的之二，本发明一实施例提供了一种低离型力3D打印方法，包括以下步骤：
成型平台逐渐朝着远离成型光源的方向移动，沉入光敏树脂料槽内部；
在每一层打印之前，离型膜组件抬高后缓慢下落，直到接触光敏树脂材料，并和所述成型平台之间形成一个层厚的距离，开启所述成型光源，光敏树脂由液体变为固体，完成一层曝光；
然后所述成型平台和所述离型膜组件产生相对位移，当所述离型膜组件与所述光敏树脂槽内的光敏树脂液面具有设定距离时，将所述离型膜组件表面所述光敏树脂刮净，再次下降，所述成型平台此时会到打印位置，开启下一个循环的打印。
优选地，使用刮板将所述离型膜组件表面所述光敏树脂刮净，使所述离型膜组件完全暴露在空气中。
本发明提供的低离型力3D打印装置，具有以下技术效果：
该种低离型力3D打印装置，主要针对具有离型膜组件的光敏3D打印方式，通过将离型膜组件表面暴露在空气中附着形成氧气层，使离型膜组件重新和光敏树脂接触后具有一层氧气隔绝，由此可以将每层的离型力控制在一个非常低的程度，克服了现有技术中只是简单的通过抬升成型平台，而离型膜处于静止状态，即采用硬剥离方式，导致3D模型损坏，从而降低打印成功率的缺陷。
本发明提供的低离型力3D打印方法，具有以下技术效果：
(1)该种低离型力3D打印装置，主要针对具有离型膜组件的光敏3D打印方式，通过将离型膜组件表面暴露在空气中附着形成氧气层，使离型膜组件重新和光敏树脂接触后具有一层氧气隔绝，在氧气存在的情况下，自由基光固化反应难以发生，由此可以将每层的离型力控制在一个非常低的程度，克服了现有技术中只是简单的通过抬升成型平台，而离型膜处于静止状态，即采用硬剥离方式，导致3D模型损坏，从而降低打印成功率的缺陷。。
(2)由于增加了氧气层，在无粘结力和层精度稳定的情况下，离型膜组件连续上下移动，而成型平台连续向下移动，极大地提高了打印速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例的低离型力3D打印装置的结构示意图；
图2是本发明另一实施例的低离型力3D打印装置的结构示意图。
其中，图1-图2：
1、成型平台；2、离型膜组件；21、离型膜框架；22、离型膜；23、氧气层；24、刮板；3、成型光源；4、光敏树脂料槽；5、配重块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
正如背景技术所述，打印过程中离型需要一定的拔膜力，这个力量大小决定了模型的成型的成功率，现有技术中只是简单的通过抬升离型距离，使离型膜和平台之间产生距离，从而硬剥离，这种剥离的过程很容易导致模型损坏，从而降低打印成功率。
基于此，本发明提供了一种低离型力3D打印装置或者方法，主要针对具有离型膜组件的光敏3D打印方式，通过将离型膜组件表面暴露在空气中附着一定数量的氧气分子，在离型膜组件重新和光敏树脂接触后具有一层氧气隔绝，由于氧气和自由基产生反应，生成不活泼的过氧自由基，光交联反应性降低，从而降低光敏树脂和离型膜组件的粘结力，通过每层打印之前的一个完全抬起暴露在空气中的补氧过程来实现，由此可以将每层的离型力控制在一个非常低的程度。
带有离型方式的3D打印设备的瓶颈主要来自于拔膜力，本发明利用氧气存在可以减少光化学反应程度的原理，打印前引入氧气消除了光化学反应过程中树脂粘结在离型膜上产生的拔膜力，极大地提高了打印成功率，完美地解决了目前打印的痛点。
具体的，本发明提供的实施例提供的一种低离型力3D打印装置，如图1和图2所示，包括成型平台1、离型膜组件2、成型光源3以及光敏树脂料槽4，成型光源3、离型膜组件2、成型平台1以及光敏树脂料槽4从上到下依次设置，成型平台1位于光敏树脂料槽4内部，且能够朝着光敏树脂料槽4底部的方向移动，离型膜组件2能够朝着成型平台1和离开成型平台1的方向移动，且当离开成型平台1时，与光敏树脂料槽4正对的一侧设置氧气层23。
原理为：成型光源3顺序通过离型膜组件2、氧气层23将模型的切片图案照射到光敏树脂上，光敏树脂发生光化学反应一端粘结在成型平台1上，另一端由于富集氧气，碳碳双键反应程度下降，形成一层非反应区域，这时成型平台1朝着成型光源3相反的方向持续移动，每移动一定距离，成型光源3的图案逐层变化，光源照射到光敏树脂上后，光敏树脂发生光化学反应，并随着成型平台1快速远离成型光源3，在远离的过程中形成的空隙在表面张力，大气压的作用下快速填充，以便完成下一层的反应。
由于整个过程中非反应区域的存在使成型平台1的移动不产生拔膜阻力，随着成型平台1的移动，整个打印过程顺畅，成型成功率有较大的提高。
需要说明的是，离型膜组件2不仅仅可以直上直下的移动，也可以单侧固定，对侧移动做剥离运动。
另外，也可以通过改变光敏树脂槽4中的光敏树脂槽4中液面高度的方式，来改变离型膜组件2与光敏树脂槽4中的光敏树脂之间距离，例如，光敏树脂槽4中放置可活动的配重块5，如图2所示，通过配重块5来改变光敏树脂槽4中光敏树脂的液位，总之使离型膜组件2离开光敏树脂液面，产生附着氧气的功能，均在本发明的保护范围之内，本发明对具体方式不做限定。
在本发明一实施例中，还包括刮板24，如图1和图2所示，刮板24可活动的安装于离型膜组件的底面上，用于将离型膜组件表面光敏树脂刮净，使离型膜组件完全暴露在空气中。
所述刮板24有两个作用：第一个作用是刮净光敏树脂，使光敏树脂完全暴露在空气中，达到补氧效果；第二个作用是当离型膜和固化的模型剥离时，缓慢的移动刮板24，移动过处，模型会逐渐分离，可以起到一个类似于剥胶带一样效果，慢慢将模型从离型膜上剥离，避免整块剥离时产生的巨大拔模力量损坏模型。
在本发明一实施例中，离型膜组件2包括离型膜框架21和离型膜22，如图1和图2所示，离型膜22安装于离型膜框架21的下方，离型膜框架21带动离型膜22上下移动，氧气层23位于离型膜22上，且与离型膜框架21相对设置，离型膜22与离型膜框架21固定连接或者可拆卸连接。
需要说明的是，本发明对于离型膜22和离型膜框架21之间的连接方式不做限定，只要能够实现将离型膜22安装于离型膜框架21上，都在本发明的保护范围之内，本发明对此不做限定。
进一步的，氧气层23贴附于离型膜22上。
需要说明的是，氧气层23贴附于离型膜22上具体是指一定数量的氧气分子附着在离型膜22上，形成一层非反应区域。
进一步的，离型膜22设置为带有离型效果的带有离型能力的聚合物膜、还可以是带有不粘效果的氟化膜、硅胶层、硅油膜等，比如聚四氟乙烯(PTFE),全氟乙烯(FEP),硅胶(PDMS)等等。
需要说明的是，离型膜22不局限于带有离型能力的聚合物膜，还可以是其它任何透明或半透明的隔离物，均在本发明的保护范围之内，本发明对此不做限定。
在本发明一实施例中，成型光源3可以是紫外光光源加液晶掩膜组成的光源系统，可以是数字化光处理(DLP)的方式，也可以是激光振镜(SLA)的方式提供光源曝光，本发明对于成型光源3的具体形式不做限定，均在本发明的保护范围之内。
本发明优选采用紫外光光源加液晶掩膜组成的光源系统演示，优点是成本低，大面积成型时无镜头畸变，是目前低成本光敏方案的最优选择。
具体的，本发明提供的实施例提供的一种低离型力3D打印方法，包括以下步骤，如图1所示：
(1)成型平台1逐渐朝着远离成型光源3的方向移动，沉入光敏树脂料槽4内部；
(2)在每一层打印之前，离型膜组件2抬高后缓慢下落，直到接触光敏树脂材料，并和成型平台1之间形成一个层厚的距离，开启成型光源3，光敏树脂由液体变为固体，完成一层曝光；
(3)然后成型平台1和离型膜组件2产生相对位移，当所述离型膜组件2与所述光敏树脂槽4内的光敏树脂液面具有设定距离时，将离型膜组件2表面光敏树脂刮净，再次下降，成型平台1此时会到打印位置，开启下一个循环的打印。
需要说明的是，成型平台1和离型膜组件2产生相对位移，具体可以朝相反方向移动，也可以侧向剥离，还可以光敏树脂槽内的光敏树脂槽的液面下降，总之目的就是使离型膜组件2完全离开光敏树脂槽内的光敏树脂。
在本发明一实施例中，使用刮板24将离型膜组件2表面光敏树脂刮净，使离型膜组件2完全暴露在空气中。
需要说明的是，本发明不局限于采用刮板24将离型膜组件2表面光敏树脂刮净，还可以采用其它的形式将离型膜组件2表面光敏树脂刮净，只要能够达到除去光敏树脂的效果，均在本发明的保护范围之内。
本发明在打印前通过刮板24和离型膜组件2上升的方式，使离型膜22上附着氧气，以此降低反应离型力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种低离型力3D打印装置，其特征在于，包括成型平台、离型膜组件、成型光源以及光敏树脂料槽，其中：
所述成型光源、所述离型膜组件、所述成型平台以及所述光敏树脂料槽从上到下依次设置，所述成型平台位于所述光敏树脂料槽内部，且能够朝着所述光敏树脂料槽底部的方向移动，所述离型膜组件与置于所述光敏树脂料槽中的光敏树脂能够发生相对位移；
当所述离型膜组件与置于所述光敏树脂槽中的光敏树脂具有预设距离时，所述离型膜组件与所述光敏树脂料槽正对的一侧设置氧气层。
2.根据权利要求1所述的低离型力3D打印装置，其特征在于，还包括配重块，所述配重块可活动的放置于所述光敏树脂料槽中，用于改变所述光敏树脂料槽的液位。
3.根据权利要求1所述的低离型力3D打印装置，其特征在于，还包括刮板，所述刮板可活动的安装于所述离型膜组件的底面上，用于将所述离型膜组件表面光敏树脂刮净，使所述离型膜组件完全暴露在空气中。
4.根据权利要求1所述的低离型力3D打印装置，其特征在于，所述离型膜组件包括离型膜框架和离型膜，所述离型膜安装于所述离型膜框架的下方，所述离型膜框架带动所述离型膜上下移动，所述氧气层位于所述离型膜上，且与所述离型膜框架相对设置；
所述离型膜与所述离型膜框架固定连接或者可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的低离型力3D打印装置，其特征在于，所述氧气层贴附于所述离型膜上。
6.根据权利要求4所述的低离型力3D打印装置，其特征在于，所述离型膜设置为带有离型能力的聚合物膜。
7.根据权利要求6所述的低离型力3D打印装置，其特征在于，所述带有离型能力的聚合物膜设置为硅油膜。
8.根据权利要求1-7任一所述的低离型力3D打印装置，其特征在于，所述成型光源由紫外光光源和液晶掩膜组成。
9.一种低离型力3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
成型平台逐渐朝着远离成型光源的方向移动，沉入光敏树脂料槽内部；
在每一层打印之前，离型膜组件抬高后缓慢下落，直到接触光敏树脂材料，并和所述成型平台之间形成一个层厚的距离，开启所述成型光源，光敏树脂由液体变为固体，完成一层曝光；
然后所述成型平台和所述离型膜组件产生相对位移，当所述离型膜组件与所述光敏树脂槽内的光敏树脂液面具有设定距离时，将所述离型膜组件表面所述光敏树脂刮净，再次下降，所述成型平台此时会到打印位置，开启下一个循环的打印。
10.根据权利要求9所述的低离型力3D打印方法，其特征在于，使用刮板将所述离型膜组件表面所述光敏树脂刮净，使所述离型膜组件完全暴露在空气中。
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