CN113547747A - 一种热固化打印方法及其打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热固化打印方法及其打印装置，属于3D打印技术领域，方法部分包括：驱动机构驱动打印平台在存储有热固化流体材料的液槽中自液槽液面下移相应层高停止；刮刀组件刮平打印平台在液槽中移动后的液槽液面；热固化单元固化刮平后的液槽液面，形成相应层高的模型构造；判断是否打印完毕，若是，则结束；若否，则重复以上步骤。装置部分包括打印平台，液槽，制冷器，刮刀组件，热固化单元和驱动单元，具有打印精细度高，打印质量高的优点。

Description

一种热固化打印方法及其打印装置

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种热固化打印方法及其打印装置。

背景技术

热固化流体是指常温下不成型或者成型速度缓慢，需要加热催化加速凝固成型的单组份或者多组份混合物，常见的热固化流体有热固化硅橡胶、热固化树脂、热固化胶水、热固化液态硅胶等，此种材料由于具有优良的物理和化学性能而被广泛应用于成型模具、注塑成型工艺等制品。将热固化流体材料和3D打印技术结合可以实现此类制品的快速成型，现有的热固化3D打印技术都是挤出成型，即将胶态的热固化流体材料挤成细丝，用细丝勾勒出所需的轮廓，然后固化，依照此方法层层堆叠形成一个三维结构体，但此种打印方式难以打印出精细的模型。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对热固化挤出式打印方式难以打印出精细模型的技术问题，本发明提供了一种热固化打印方法及其打印装置，具有打印精细度高，打印质量高的优点。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种热固化打印方法，包括：S11、驱动机构驱动打印平台在存储有热固化流体材料的液槽中自液槽液面下移相应层高停止；S12、刮刀组件刮平打印平台在液槽中移动后的液槽液面；S13、热固化单元固化刮平后的液槽液面，形成相应层高的模型构造；S14、判断是否打印完毕，若是，则结束；若否，则重复S11-S14。

可选地，包括：控制液槽液面维持预设高度。

可选地，包括：控制液槽温度维持在预设温度。

可选地，若为有支撑打印，S11和S13中的一个还包括：驱动机构驱动打印头在打印平台设定位置上打印相应层高的支撑结构，固化相应层高的支撑材料。

可选地，液位传感器检测到液槽液位低于预设高度时，控制进液泵打开，将备用液槽中的热固化流体材料输送到液槽中，控制液槽液面维持预设高度。

可选地，温度传感器检测到液槽温度不在预设温度时，控制制冷器将液槽维持到预设温度。

可选地，若打印头挤出的支撑材料为温敏固化性材料，等待相应层高的支撑材料冷却固化；若打印头挤出的支撑材料为光敏固化性材料，启动固化灯固化相应层高的支撑材料。

可选地，所述热固化单元利用的是光的热效应，利用任意可以传递能量并能通过辐照传递热量的光源，优选0.7～1000微米红外波段光的光源，以激光点扫描热固化，或以平面投影热固化。

一种热固化打印装置，包括：打印平台，液槽，制冷器，刮刀组件，热固化单元和驱动机构，其中，所述驱动机构，用于驱动打印平台移动；所述制冷器位于液槽外部，所述液槽用于盛放热固化流体材料；所述刮刀组件，用于刮平打印平台在液槽中移动后的液面；所述热固化单元用于固化刮平后的液槽液面，形成相应层高的模型构造。

可选地，若为有支撑打印，还包括打印头，所述打印头位于液槽上方。

3、有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)若为无支撑打印，根据待打印模型的整体构造，将模型划分成若干层进行打印，可以得到相应层的模型构造，根据从下往上的模型打印顺序，可确定热固化单元对各层模型构造的打印顺序，以及每层模型构造对应的打印目标。根据打印顺序和打印目标，热固化单元通过光源发出的热量，依次固化一层层的热固化流体材料，分别形成每层模型构造，最终完成模型打印。每层固化模型均处于热固化流体材料之中，利用热固化流体材料对固化模型进行支撑，使其不容易出现模型坍塌，提高打印质量，以及打印成品率。

(2)若为有支撑打印，则根据待打印模型构造和支撑结构的构造，两者之间的配合关系进行分层，将模型和支撑结构一起划分成若干层，每层中包含有模型构造或支撑结构的构造；根据模型设计结构，对每层的模型结构、支撑结构分别同步进行热固化打印，以及挤出和固化，在打印过程中，驱动机构驱动打印平台在存储有热固化流体材料的液槽中自液槽液面下移相应层高停止；经步骤S12后，在步骤S13中热固化单元根据该层对应的模型构造，固化刮平后的液槽液面，同时由打印头根据支撑结构的设计信息，在打印平台上打印支撑结构，并进行冷却固化或光照固化；经步骤S14的判断，若未完成打印，则继续进行打印，直至模型全部打印完成为止。每层固化后的支撑结构的构造，和模型构造均沉浸在热固化流体材料中，利用热固化流体材料和支撑结构对固化模型进行支撑，不容易出现已打印完成的支撑结构和模型坍塌的情况，可提高打印质量，以及打印产品率。

(3)热固化单元可通过激光点光源扫描加热瞬间固化液槽液面上需要定位固化的热固化流体材料或者采用平面投影光源加热需要定位固化的平面区域，如此层层堆叠形成三维立体模型。基于光可精细控制的特性，打印出的模型更加精细，且打印速度大大优于传统的挤出式打印。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种热固化打印方法流程示意图。

图2为本发明实施例提出的一种热固化3D打印装置的结构侧视图。

图3为本发明实施例提出的一种热固化3D打印装置的液槽部分结构俯视图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本发明要求保护的范围内。

实施例1

本实施例的一种热固化打印方法，包括：

S11、驱动机构驱动打印平台在存储有热固化流体材料的液槽中自液槽液面下移相应层高停止；

S12、刮刀组件刮平打印平台在液槽中移动后的液槽液面；

S13、热固化单元固化刮平后的液槽液面，形成相应层高的模型构造；

S14、判断是否打印完毕，若是，则结束；若否，则重复S11-S14。

其中热固化流体材料可以是热固化硅橡胶、热固化树脂、热固化胶水、热固化液态硅胶等，换言之，可根据被打印模型性能需求，选择相应种类的热固化流体材料作为打印材料。

以上是无支撑打印的方法，若为有支撑打印时，根据支撑结构与模型相对配合的位置，将支撑结构和模型作为一个整体进行分层，支撑结构或位于模型底部，或位于模型中部，用以支撑沿模型高度方向上的模型构造；因此，或在S11中驱动机构驱动打印头，在打印平台设定位置上打印相应层高的支撑结构，固化相应层高的支撑材料；或在S13中热固化单元固化完成相应层高的模型构造后，在该层模型构造上打印下一层的支撑材料，固化该层的支撑材料。

结合附图1，以热固化液态硅胶作为打印材料，本实施例提供了一种热固化打印方法，包括：

S11、驱动机构驱动打印平台在存储有液态硅胶的液槽中自液槽液面下移相应层高停止，以形成相应层高的液态硅胶，从而为热固化单元对该层液态硅胶的固化做好准确，以便热固化单元打印出相应层高对应的模型构造。

S12、刮刀组件刮平打印平台在液槽中移动后的液槽液面，以形成平整的液态硅胶层，一方面，便于热固化单元固化成型相应层高的模型构造，确保打印出的该层模型构造与预设的打印目标保持一致，不存在质量瑕疵；另一方面，刮平后的硅胶液面在固化以后，也可以与下一层的模型构造做好衔接，提高打印的精细度，确保打印出的模型构造整体的均一性和一体性，以满足模型自身的各项指标性能要求，从而打印出高质量的模型。

S13、根据预设的相应层高对应的模型构造，热固化单元利用光源照射的热量对刮平后的液槽液面进行固化，完成该层模型的打印，固化后的硅胶模型位于液态硅胶中，利用液态硅胶的支撑作用，可防止已经打印完成的模型构造部分坍塌。

S14、判断是否打印完毕，若是，则结束；若否，则重复S11-S14。判断打印是否完成的方式，可以是，通过判断已打印的层数是否与预设的总层数一致，若一致，则打印完成，若不一致，则尚未完成打印，则重复S11-S14。还可以是，判断已打印的模型高度是否与模型总高一致，若一致，则打印完成，若不一致，则尚未完成打印，则重复S11-S14。

若为无支撑打印，根据待打印模型的整体构造，将模型划分成若干层进行打印，可以得到相应层的模型构造，依据从下往上的模型打印顺序，可确定热固化单元对各层模型构造的打印顺序，每层模型构造的空间位置以及每层模型构造对应的打印目标等待打印模型的打印数据信息。根据打印数据信息，热固化单元通过光源发出的热量，依次固化一层层的液态硅胶，分别形成每层模型构造，最终完成模型打印。每层液态硅胶被固化的部分为每层固态硅胶模型，对应为相应层的模型构造。每层固态硅胶模型均处于液态硅胶之中，利用液态硅胶对固态硅胶进行支撑，使其不容易出现模型坍塌，提高打印质量，以及打印成品率。

若为有支撑打印，则根据待打印模型构造和支撑结构的构造，两者之间的配合关系整体进行分层，将模型和支撑结构一起划分成若干层，每层中包含有模型构造或支撑结构的构造，每层中可能存在的情况为：根据模型设计结构，对每层的模型结构、支撑结构分别同步进行热固化打印，以及挤出和固化，在打印过程中，驱动机构驱动打印平台在存储有液态硅胶的液槽中自液槽液面下移相应层高停止；经步骤S12后，在步骤S13中热固化单元根据该层对应的模型构造，固化刮平后的液槽液面，同时由打印头根据支撑结构的设计信息，在打印平台上打印支撑结构；经步骤S14的判断，若未完成打印，则继续进行打印，直至模型全部打印完成为止。每层固化后的支撑结构的构造，和模型构造均沉浸在液态硅胶中，利用液态硅胶和支撑结构对硅胶模型进行支撑。

若为有支撑打印，S11和S13中的一个步骤中还包括：驱动机构驱动打印头在打印平台设定位置上打印相应层高的支撑结构，固化相应层高的支撑材料。若打印头挤出的支撑材料为温敏固化性材料，等待相应层高的支撑材料冷却固化；若打印头挤出的支撑材料为光敏固化性材料，启动固化灯固化相应层高的支撑材料。

液槽中，打印平台表面距离液槽液面高度，构成一层液态硅胶层，与待打印模型相应层高一致，热固化单元通过光源照射发出的热量在该层液态硅胶上，按照该层的打印目标，固化该层液态硅胶，完成对该层模型构造的打印。作为本实施例的进一步限定，为确保液槽内的液态硅胶始终处于液态，需对液槽的温度进行控制，即，控制液槽维持在预设温度。保持低温状态的液槽，能确保液态硅胶在打印过程中的材料性质稳定，从而可使液槽内的液态硅胶，不变粘稠、不固化。作为进一步的限定，采用温度传感器检测液槽温度，若检测到液槽温度不在预设温度时，则控制制冷器将液槽维持到预设温度，以确保液槽内的液态硅胶处于流动状态。

作为本实施例可选的实施方式之一，还包括：控制液槽液面维持预设高度。液槽的深度应大于模型整体高度，以确保液槽足够容纳打印好的模型整体；使液槽液面维持预设高度，以确保打印头的打印基准恒定，方便依次打印每层模型构造。作为进一步限定，液位传感器检测到液槽液位低于预设高度时，控制进液泵打开，将备用液槽中的液态硅胶输送到液槽中，控制液槽液面维持预设高度，相应的，备用液槽的温度也确保维持在预设温度，即备用液槽中也设置温度传感器，当备用液槽温度不在预设温度时，控制制冷器调节备用液槽的温度至预设温度，从而保证备用液槽内液态硅胶处于流动状态，便于向液槽中补液，以提供打印材料，并为打印好的每层模型构造提供支撑，防止出现塌陷的情况；该层液态硅胶液面固化后，可为下一层的打印提供打印基准平台。

热固化单元照射在刮平后的液槽液面上，利用光照射发出的热量，对液槽液面进行固化；作为本实施例可选的实施方式之一，所述热固化单元利用0.7～1000微米红外波段光的光源，以激光点扫描或者以平面投影热固化刮平后的液槽液面中需要定位固化的液态硅胶，如此层层堆叠形成三维立体模型。此种基于光可精细控制的特性，打印出的模型更加精细，且打印速度大大优于传统的挤出式打印。

实施例2

结合图2和3，本实施例提出了一种热固化打印装置，用于执行实施例1中任一技术方案所述的一种热固化打印方法，包括：打印平台005，液槽010，制冷器014，刮刀组件，热固化单元006和驱动机构，其中，驱动机构，用于驱动打印平台005移动；制冷器014位于液槽010外部，液槽010用于盛放液态硅胶；刮刀组件，用于刮平打印平台005在液槽中移动后的液面；所述热固化单元006用于固化刮平后的液槽液面，形成相应层高的模型021构造。

若为有支撑打印，还包括挤出式的打印头019，位于液槽010上方，挤出的材料可以是温敏固化性材料或是光敏固化性材料，用于支撑结构的打印。液槽010外部设置制冷器014用于保持液槽010中的液态硅胶的流动性，液态硅胶为任意温敏型可流动的硅胶。驱动单元驱动打印平台005下移相应层高，液槽010内流动的液态硅胶上移，填充打印平台005下移后液槽010内空出的空间，在刮刀组件刮平液槽010液面后，以便热固化单元006对该层液态硅胶进行热固化，打印相应层的模型构造。

作为本实施例的进一步改进，还包括备用液槽011，进液泵012和液位传感器013，所述液位传感器013位于液槽010中，所述备用液槽011和液槽010连通的管道上设有进液泵012。当液位传感器013检测到液槽010中的液位低于预设高度时，控制进液泵012打开，从备用槽011中输送液态硅胶至液槽010中。

作为本实施例的进一步改进，所述热固化单元006可以是发生0.7～1000微米红外波段光的光源，如可以是0.7微米，或1000微米等红外波段的数值。该波段的光源具有良好光热效应，可快速固化液态硅胶。

作为本实施例的进一步改进，所述刮刀组件包括依次连接的刮刀驱动轴009、刮刀转接支架008和刮刀007；所述的刮刀驱动轴009固定于液槽010上。所述的刮刀转接支架008用于连接刮刀007和刮刀驱动轴009。所述的刮刀驱动轴009固定于液槽010上，并能通过刮刀转接支架008的连接带动刮刀007在液槽010内液态硅胶020的液平面上移动，可以是丝杠和导轨驱动，或是同步带和导轨驱动，或是直线电机驱动。

作为本实施例的进一步改进，还包括制冷器014、保温层015和温度传感器，温度传感器位于液槽010内，所述制冷器014位于液槽010和备用液槽011的底部，所述保温层015包裹于制冷器014、液槽010和备用液槽011的外侧。保温层015用于确保液槽010和备用液槽011的温度维持恒定，从而确保液态硅胶处于流动状态，不变粘稠、不固化。液槽010上部开口，制冷器014包覆住液槽010除开口外的位置，以最大程度对液槽010的温度进行控制，当温度传感器检测到液槽010温度不在预设温度时，制冷器014加大制冷强度，以使液槽010维持在恒定的温度值，优选为-20℃。保持低温状态能确保液态硅胶020在打印过程中性质稳定，即在打印过程中液态硅胶020不变粘稠、不固化。

作为本实施例的进一步改进，所述驱动机构包括基架001，所述第一移动轴017和第一运动轴002均设于基架001上，所述第二移动轴018设于第一移动轴017上，第二移动轴018随着第一移动轴017运动而运动。所述打印头019设于第二移动轴018上，位于液槽010上方，打印头019随着第二移动轴018的运动而移动。

作为本实施例的进一步改进，驱动机构包括运动轴002和平台支架004，所述运动轴002通过平台支架004和打印平台005连接；所述运动轴002设于基架001上。

打印头019和打印平台005所用的驱动机构可共用，也可分别配置，可实现打印头019和打印平台005在三维空间中的移动即可。驱动机构可以是丝杠和导轨驱动，或是同步带和导轨驱动，或是直线电机驱动。

作为本实施例的进一步改进，所述热固化单元006设于打印平台005上方，位于基架001上，所述液槽010位于基架001底部。作为本实施例的进一步改进，还包括控制器，用以控制驱动机构，液槽010的温度，液槽010液面的高度，热固化单元006，固化灯016，打印头019，制冷器014，刮刀组件；从而组成一种可控的打印装置，便于将待打印模型的打印数据导入至控制器，可适配多样化的模型打印需求。若为有支撑打印时，还包括导入与待打印模型适配的支撑结构的打印数据至控制器中，以便完成对应支撑结构的打印；其中，所述待打印模型或支撑结构的打印数据包括但不限于，相对应的各层构造的打印顺序，以及每层构造的信息等；从而便于本实施例的热固化打印装置执行实施例1中任一项技术方案所述的热固化打印方法。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热固化打印方法，其特征在于，包括：

S11、驱动机构驱动打印平台在存储有热固化流体材料的液槽中自液槽液面下移相应层高停止；

S12、刮刀组件刮平打印平台在液槽中移动后的液槽液面；

S13、热固化单元固化刮平后的液槽液面，形成相应层高的模型构造；

S14、判断是否打印完毕，若是，则结束；若否，则重复S11-S14。

2.根据权利要求1所述的一种热固化打印方法，其特征在于，包括：控制液槽液面维持预设高度。

3.根据权利要求1所述的一种热固化打印方法，其特征在于，包括：控制液槽温度维持在预设温度。

4.根据权利要求1所述的一种热固化打印方法，其特征在于，若为有支撑打印，S11和S13中的一个还包括：驱动机构驱动打印头在打印平台设定位置上打印相应层高的支撑结构，固化相应层高的支撑材料。

5.根据权利要求2所述的一种热固化打印方法，其特征在于，液位传感器检测到液槽液位低于预设高度时，控制进液泵打开，将备用液槽中的热固化流体材料输送到液槽中，控制液槽液面维持预设高度。

6.根据权利要求3所述的一种热固化打印方法，其特征在于，温度传感器检测到液槽温度不在预设温度时，控制制冷器将液槽维持到预设温度。

7.根据权利要求4所述的一种热固化打印方法，其特征在于，若打印头挤出的支撑材料为温敏固化性材料，等待相应层高的支撑材料冷却固化；若打印头挤出的支撑材料为光敏固化性材料，启动固化灯固化相应层高的支撑材料。

8.根据权利要求1-

7任一项所述的一种热固化打印方法，其特征在于，所述热固化单元为利用任意可以传递能量且通过辐照传递热量的光源，或优选0.7～1000微米红外波段光的光源，以激光点扫描或以平面投影对刮平后的液槽液面的热固化流体材料进行固化。

9.一种热固化打印装置，其特征在于，包括：打印平台，液槽，制冷器，刮刀组件，热固化单元和驱动机构，其中，

驱动机构，用于驱动打印平台移动；

制冷器位于液槽外部，液槽用于盛放热固化流体材料；

刮刀组件，用于刮平打印平台在液槽中移动后的液面；

热固化单元用于固化刮平后的液槽液面，形成相应层高的模型构造。

10.根据权利要求9所述的一种打印装置，其特征在于，若为有支撑打印，还包括打印头，所述打印头位于液槽上方。

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