CN113334774B - 一种3d打印平台的调平方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种3D打印平台的调平方法。所述调平方法通过在成型平台和离型面之间或者成型平台的上下两个或多个可以相对自由移动的部件之间填充一个材料层，所述材料层在液态或半固态下完成填充，之后从液态或半固态转变成固态，填充材料层附着在平台上朝向成型面的一端或成型平台上的可以自由移动的部件间相对位置固定，完成调平。本发明所述调平方法，填充材料层由液态或半固态转变到固体的过程可以充分贴合间隙，对材料本身平整性要求低；填充材料层固化后形成的单一结构能够有效避免由于磨损或者螺丝松脱导致的第二次调平需求；相较于复杂的机械结构成本更低；避免现有技术纯物理方式导致调平不可控或长期使用后松脱导致调平失效的问题。

Description

一种3D打印平台的调平方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印平台的调平方法。
背景技术
3D打印，是快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或高分子聚合物等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术；为保证打印出的成品效果，在进行3D打印之前需要对打印平台进行调平。
光敏3D打印方式成型平台在料槽底部，通过平台上下升降，光敏树脂在表面张力的作用下流动从而铺满打印面，光源从透明的料槽底部透射，图文部分曝光完成一层打印，光敏树脂从液态变为固态，一端粘结在成型平台的离型材料上，另一面粘结在成型平台上，由于离型材料的粘结力更低，因此，当成型平台朝着远离成型平面的方向移动的过程中，已经成型的光敏树脂从离型材料端脱离，跟随成型平台移动，直至返回打印位置进行下一次打印。在此过程中，光源依次穿过离型材料、光敏树脂照射到成型平台上，完成当前层的粘接。在首层打印时，由于成型平台和离型面本身的平整度的原因，离型面和成型平台之间有一定的间隙，在打印前需要对成型平台进行调平，以使平台和离型面之间减小间隙，首层光源可以穿过光敏树脂照射到成型平台上，由于光源的穿透性有限，当首层间隙过大，光敏树脂不能有效的粘附到成型平台上，打印的成功率便下降了，这就需要一个调整机构，来尽可能地使成型平台和离型面之间的间隙尽量减少并贴紧。
目前3D打印的调平方式主要是通过螺丝固定或锁止可以相对移动的成型平台上下两个部件，调平开始前保持两个部件可以相对自由移动，成型平台到达打印位置时，将成型平台的上下两个部分通过螺丝或者抱死机构等物理的方式锁止，使成型平台的上下两个部分无法相对移动，由此完成成型平台的调平工作(见图1A-1C)。随着时间的增长，物理方式的锁止可能会因为螺丝松动或机构磨损导致成型平台上的两个机构发生相对位移，这时调平失效，需要再次进行调平。可见，现有的物理调平方式，成本高且无法做到完全调平。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种3D打印平台的调平方法。本发明所述方法，通过在成型平台与离型面之间、或者成型平台的上下两个部件之间的间隙填充一个材料层，该材料层在液态状态下实现充分填充，然后从液体或者半固体状态通过化学反应或物理挥发方式变成固态，完成调平。本发明所述调平方法，能够实现成型平台与离型面之间、或者成型平台的上下两个部件之间的间隙的完全填充，有效避免现有技术纯物理方式导致调平不可控或长期使用后松脱导致调平失效的问题。
本发明的方案是：
一种3D打印平台的调平方法，通过在成型平台和离型面之间或者成型平台的上下两个或多个可以相对自由移动的部件之间填充一个材料层，所述材料层在液态或半固态下完成填充，之后从液态或半固态转变成固态，填充材料层附着在平台上朝向成型面的一端或成型平台上的可以自由移动的部件间相对位置固定，完成调平。
所述材料为紫外光敏感材料、热敏感材料或者其他经化学反应或物理挥发后能够从液态或半固态转变成固态的材料。
所述材料层填充在成型平台和离型面之间或者平台的上下两个或多个相对自由移动的部件之间，所述调平方法具体操作如下：
(1)将液态或半固态填充料置于3D打印机的料槽内或者上下两个或多个相对自由移动的部件之间，将所述3D打印机的成型平台移动到打印位置，所述成型平台与料槽底部离型材料之间的间隙填充所述填充料，或者上下两个或多个相对自由移动的部件之间充满填充料；
(2)在固化条件下，使位于平台和离型面之间或者上下两个或多个相对自由移动的部件之间的填充料固化；
(3)将所述成型平台回到起始位置，固化后填充料附着在成型平台底部，或者固着在两个或多个相对自由移动的部件之间；
(4)平台在打印位置时，此时平台朝向成型面的一面最外延上各点距离成型面垂直距离最小，且各自由移动的部件间相对位置变为固定，以实现调平的功能。
优选地，步骤(1)中，在所述液槽内朝向成型平台一面贴一层一定厚度的定位材料，所述定位材料的幅面不小于成型平台的外延，定位材料为具有不粘特性的材料；
所述定位材料的厚度为0.1mm。
在实际应用中，可以省去定位材料，如果没有定位材料层，那么成型平台底部的填充料最外面到料槽底部间隙已经通过化学反应或物理挥发方式将液体固化达到最小值，再贴有一定厚度的金属或者塑料或者玻璃等材质(厚度为0.1mm)作为调平后成型平台的底面，此时多贴的这层材料厚度超过已有间隙，对于料槽底部具有一定的挤压效果。
所述填充料为紫外光敏感材料、热敏感材料或者其它进行化学反应或物理挥发干燥方式后能够从液态到固态的材料。作为可以选择的实施方式，所述填充料可以为带有丙烯酸酯类基团、可以参与自由基型光化学反应的材料如聚氨酯丙烯酸酯，环氧丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，或带有烯丙基基团的材料如丙烯酰吗啉等具有光化学反应活性的物质配合光引发剂，如酰基氧化膦类，硫杂蒽酮类，樟脑醌类等，以及其它助剂配合组成的填充料配方，该填充料施工状态为液体到半固体状态。此填充料为了达到足够的光学穿透性，通常保持较高的透明性或者固化深度，使整个光化学反应能够反应完全，并保证不高的收缩率，较低的收缩率是本方案需要关注的部分。
由于自由基光化学反应形成的固态填充料收缩率较小(通过配方调整，可以控制在5％以内，通过物理调平方式原始间隙可能在0.01-1mm的较大范围，据此实施例调平间隙可以做到0.01mm甚至更低)，体积收缩可以忽略不计，不做收缩控制的填充料配方，根据材料特性，体积收缩在1-30％不等，过高的体积收缩会影响到调平的精确性。
步骤(2)中，所述填充料的固化条件为紫外光固化、热固化、湿气固化、异氰酸酯双组分固化、自然挥发干燥固化中的任意一种。
当采用光固化条件进行固化时，投射光为与所述成型平台面积大小一致或者略小于成型平台的实心图案，投射光源为100-488nm的紫外波段加可见光波段，优选地，最低辐射能量为大于8mJ/cm2，以增加调平时效。
本发明的有益效果为：
(1)本发明所述的3D打印平台的调平方法，通过在成型平台和离型面之间或者成型平台的上下两个或多个可以相对自由移动的部件之间填充一个材料层，所述材料层在液态或半固态下完成填充，之后从液态或半固态转变成固态，填充材料层附着在平台上朝向成型面的一端或成型平台上的可以自由移动的部件间相对位置固定，完成调平。本发明所述调平方法，形成的填充材料层由液态或半固态转变到固体的过程，可以充分贴合成型平台和离型面之间的间隙(或者成型平台的上下两个或多个部件之间的间隙)对材料本身的平整性要求低；填充材料层固化后形成的单一结构能够有效避免由于磨损或者螺丝松脱导致的第二次调平需求，出厂一次永远不用再次调平；相较于复杂的机械结构成本更低；调平过程不会出现螺丝锁止受力不均匀导致的调平失败。
(2)本发明所述的3D打印平台的调平方法，通过测试调平后填充材料层的厚度，所有位置的厚度均一，均可以达到最低0.01mm，从而有效验证本发明的调平方法有效且具有实际可行性，重复性极高，是理想的调平方法。而现有技术中的物理调平方式，调平后测试树脂厚度，在不同位置厚度均一性差，通常较薄的地方可以低至0.01mm，最厚的区域树脂厚度可以达到甚至1mm，可见物理调平方式一致性和绝对厚度均不理想。
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是实施例1A-1C为现有方法进行调平后的平台结构示意图；
图2是实施例1所述调平方法进行调平后的平台结构示意图；
图3A是实施例2中通过机械硬连接的方式固定上下两个部件实现调平后的平台结构示意图；
图3B是实施例2中通过填充材料本身自带的粘结性粘结上下两个移动部件实现调平后的平台结构示意图。
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。
实施例1
本实施例提供一种3D打印平台的调平方法，包括如下步骤：
(1)将液态或半固态填充料置于上升式3D打印机的料槽内，在料槽朝向成型平台一面贴一层一定厚度0.1mm的定位材料，材料幅面不小于成型平台的外延；将所述3D打印机的成型平台移动到打印位置，使成型平台靠近成型光源面与贴有定位材料的料槽底部具有一定距离，此距离内充满用于调平的填充料，此填充料具有光化学活性；
所述填充料配方如下：聚氨酯丙烯酸酯20-60％，丙烯酰吗啉30-55％，二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷1-10％，其它助剂(稳定剂，消泡剂，抗氧剂等)0-5％，通过物理搅拌均匀，形成一种可以流动的透明液体；
(2)控制成型光源投射与成型平台大小一致或者略小于成型平台的实心图案，光源为100-488nm紫外波段加可见光波段，在辐射能量为60mJ/cm2照射下，光引发剂引发光化学反应，使位于成型平台到料槽底部定位材料之间的所述填充料材料固化，填充料由液体或者半固体状态转换成为具有一定强度、肖氏硬度为75HD的固体材料，调平曝光成型时间为20-30秒，此曝光成型时间和填充料的硬度关系为正比关系，但是到达最高值时硬度即不再增加；此时固化后的填充料靠近成型光源的一面与料槽底部的间隙最小，完成填充料的固化步骤；
(3)将所述成型平台升起，固化后填充料的一面与所述成型平台粘结，另一面与料槽底部定位材料粘结，定位材料具有不粘特性，可以与填充料剥离；
(4)将填充料与料槽底部离型材料剥离后，将带有固化后填充料的成型平台清理干净，在固化后填充料朝向所述成型光源的一面贴上一层具有一定厚度的金属或塑料或玻璃材料作为调平后成型平台的底面；移除料槽底部所贴的定位材料，此时在打印位置，所述成型平台的底面与料槽底部间隙最小，完成所述3D打印平台的调平(如图2所示)。
对本实施例调平后的平台进行功能验证，具体为：
通过透过成型料槽底部的离型材料向处于初始打印位置(调平完成后)的成型平台垂直照射405nm紫外光，照射面积为等于平台外延，辐射能量为60mj/cm2，此时料槽底部离型材料和成型平台之间充满液体的3D光敏打印树脂，辐射完成后，此时成型平台上所有辐射后的位置都有一层固体的光敏树脂，测试附着在成型平台上的单层固化后光敏3D打印树脂的厚度以及均匀度，可以有效验证调平的有效性，树脂厚度均匀且厚度越低，则正面调平的有效性越高。经检测，本实施例所述调平方法，通过测试调平后黏附在成型平台上的树脂厚度，附着于成型平台所有位置的厚度均一，均可以达到最低0.01mm，从而有效验证本方案的调平方式有效且具有实际可行性，重复性极高，是理想的调平方式。
实施例2
本实施例提供一种3D打印平台的调平方法，通过将成型平台的两个可以自由相对移动的部件中间填充可以通过化学反应将填充料由高粘度液体到高流变至半固态转换成为硬质固态形态，通过机械硬连接的方式或者填充材料本身自带的粘结性粘结上下两个移动部件也可以实现调平(见图3A和图3B所示)。
具体实现过程如下：成型平台保持上下两个部件可以自由相对移动，上下两个部件之间填充有填充料，此填充料可以通过各种化学反应(紫外光固化，热固化，湿气固化，异氰酸酯双组分固化)或者物理挥发干燥等方式达到固体状态，到达打印位置后，通过照光或者相应的固化机理达到固态填充的效果，然后使用螺丝机械固定或者填充材料自带的粘结性固定上下两个部件，此时调平工作完成，成型平台朝着远离成型面的方向移动，达到初始位置，此时清理多余的未固化或者多余部分，完成调平。
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 (4)

1.一种3D打印平台的调平方法，其特征在于，通过在成型平台和离型面之间或者成型平台的上下两个或多个可以相对自由移动的部件之间填充一个材料层，所述材料层在液态或半固态下完成填充，之后从液态或半固态转变成固态，填充材料层以后的成型平台和离型面之间，或成型平台上的可以自由移动的部件间相对位置固定，完成调平；
所述材料为紫外光敏感材料、热敏感材料或者其它经化学反应或物理挥发后能够从液态或半固态转变成固态的材料；
所述调平方法的具体操作如下：
（1）将液态或半固态填充料置于3D打印机的料槽内或者上下两个或多个相对自由移动的部件之间，将所述3D打印机的成型平台移动到打印位置，所述成型平台与料槽底部离型材料之间的间隙填充所述填充料，或者上下两个或多个相对自由移动的部件之间充满填充料；
（2）在固化条件下，使位于成型平台和离型面之间或者上下两个或多个相对自由移动的部件之间的填充料固化；
（3）将所述成型平台回到起始位置，固化后填充料附着在成型平台底部，或者固着在两个或多个相对自由移动的部件之间；
（4）成型平台在打印位置时，此时成型平台朝向离型面的一面最外延上各点距离离型面垂直距离最小，且各自由移动的部件间相对位置变为固定，以实现调平的功能。
2.根据权利要求1所述的3D打印平台的调平方法，其特征在于，步骤（2）中，所述填充料的固化条件为光固化、自由基热固化、湿气固化、异氰酸酯双组分固化、自然挥发干燥固化中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的3D打印平台的调平方法，其特征在于，当采用光固化条件进行固化时，投射光为与所述成型平台面积大小一致或者略小于成型平台的实心图案。
4.根据权利要求3所述的3D打印平台的调平方法，其特征在于，投射光源为100-488nm的紫外波段加可见光波段。
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