CN114986881B - 一种方便操作的3d打印装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种方便操作的3D打印装置和方法，其3D打印装置包括：液槽、打印平台、离型膜组件、流平滚刀组件、气泡刮刀，液槽一侧加宽形成延伸区，气泡刮刀设置在延伸区域内，并固定在液槽的延伸区域的底部且靠近主体区域一侧，离型膜组件、流平滚刀组件均可横向移动。本发明的有益效果是：1、打印前和打印完成后的手动操作次数少且简单；2、因为流平滚刀属于精密易碎部件，本发明降低流平滚刀经常手动装、取而带来的损坏风险，并减少了重装流平滚刀带来的反复调平滚刀带来的时间浪费；3、因为离型膜取下时会粘有液体树脂，本发明降低液体树脂滴落导致污染的风险。
Description
技术领域
本申请属于光固化3D打印技术领域，尤其是涉及一种采方便操作的3D打印装置和方法。
背景技术
目前高精度光固化3D打印多采用光机在上、液槽在下的方案，其目的是可以采用更薄的离型膜，甚至采用自流平的方式，使图案更精准的投射到光敏树脂上，以便于得到更高的精度。但是，随着打印幅面的需求的增大和兼容液态树脂粘度的需求增大，即使采用了离型膜的方式，在实际打印过程中，依然需要很长的流平等待时间，才可以得到较理想的层厚。所以BMF开发出了新的滚刀快速流平方式，来解决打印流平时间长导致的效率低的问题。如图1，是目前3D打印结构原理简图，光路置于液槽1上方，离型膜组件3固定于液槽1，当打印平台2上升时带起液态树脂6，使离型膜组件3向上鼓起，此时在离型膜组件3的上表面设置的流平滚刀组件4可以左右滚动来消除离型膜组件3鼓起，这种方式大大降低了打印过程中的流平等待时间。该方式还设置了气泡刮刀5，其可以贴紧离型膜组件3的下表面左右滑动，目的在于消除离型膜组件3下表面的气泡，以防止其影响打印质量。目前的方式，每次打印前，需要先手动安装打印平台2，再手动安装离型膜组件3，最后手动安装流平滚刀组件4；每次打印完成后，必须要先手动取下流平滚刀组件4，再手动取下离型膜组件3，最后手动取下打印平台2，才可以得到打印好的样品。
目前采用滚刀快速流平的方式，每次打印前，必须要先手动安装打印平台2，再手动安装离型膜组件3，最后手动安装流平滚刀组件4；每次打印完成后，必须要先手动取下流平滚刀组件4，再手动取下离型膜组件，最后手动取下打印平台2，才可以得到打印好的样品。
目前这种方式的缺点：
1. 打印前和打印完成后的手动操作频繁且复杂；
2. 流平滚刀属于精密易碎部件，经常手动装、取有损坏风险；
3. 离型膜取下时会粘有液体树脂，有液体树脂低落导致污染的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中光固化3D打印设备在取打印好的样品时需要每次打印完成后，必须要先手动取下流平滚刀，再手动取下离型膜组件，最后手动取下打印平台，才可以得到打印好的样品的问题，从而提供了一种方便操作的3D打印装置和方法。
本发明的技术方案是：一种方便操作的3D打印装置，包括：
液槽，所述液槽用于容纳打印用的液态树脂，所述液槽具有主体区域和延伸区域，所述延伸区域设置在所述主体区域顶部的一侧；
打印平台，用于承载打印样品，伸入于所述液槽的主体区域；
离型膜组件，包括离型膜和离型膜驱动组件，所述离型膜驱动组件用于带动所述离型膜平移，以使所述离型膜在所述主体区域或所述延伸区域之间移动；
流平滚刀组件，包括流平滚刀主体和滚刀驱动组件，所述滚刀驱动组件用于带动所述流平滚刀主体平移，以使所述流平滚刀主体在所述主体区域或所述延伸区域之间移动；所述流平滚刀主体的最低处与所述离型膜的上表面平齐；
气泡刮刀，设置在所述延伸区域内，并固定在所述液槽的延伸区域的底部且靠近所述主体区域一侧，所述气泡刮刀的顶部对齐所述离型膜的底部。
优选地，本发明的方便操作的3D打印装置，所述气泡刮刀通过弹簧和导向轴安装在所述液槽的延伸区域的底部。
优选地，本发明的方便操作的3D打印装置，所述离型膜组件包括：
安装基板；
直线导轨，沿第一方向固定在安装基板上；所述第一方向为打印平台在液槽的主体区域和延伸区域之间移动的方向；
离型膜支架组件，安装在所述直线导轨上，并能够在离型膜驱动组件的带动下沿第一方向移动，所述离型膜支架组件具有离型膜绷膜夹具部件；离型膜安装在所述离型膜绷膜夹具部件上。
优选地，本发明的方便操作的3D打印装置，离型膜支架组件包括：
传动框，通过第一滑块连接到所述直线导轨上；
离型膜调平支柱，固定在所述传动框上；
调平框，通过离型膜调平旋钮与离型膜调平支柱连接；所述调平框上安装有所述离型膜绷膜夹具部件。
优选地，本发明的方便操作的3D打印装置，所述离型膜驱动组件包括：
第一步进电机，固定在安装基板的底部；
第一同步带，连接所述第一步进电机，并与所述传动框连接，实现带动所述传动框。
优选地，本发明的方便操作的3D打印装置，所述安装基板上还设有限位挡块，限位挡块设置在安装基板的四个角上，用于避免传动框活动超出活动界限。
优选地，本发明的方便操作的3D打印装置，安装基板上还设有位置传感器，传感器安装在所述安装基板的一侧边缘，用于感应传动框的所在位置，离型膜绷膜夹具部件横移的位置受位置传感器限制。
优选地，本发明的方便操作的3D打印装置，所述滚刀驱动组件包括：
第二步进电机，固定在安装基板的底部；
第二同步带，连接所述第二步进电机，并与滚刀支架组件连接，实现带动所述滚刀支架组件，所述滚刀支架组件可移动的安装在所述直线导轨上。
优选地，本发明的方便操作的3D打印装置，所述滚刀支架组件包括：
传动连杆，通过第二滑块连接所述直线导轨；
后滚刀调平支柱、前滚刀调平支柱，分别安装在所述传动连杆的两侧；所述后滚刀调平支柱、前滚刀调平支柱与所述传动连杆的连接处分别通过后滚刀调平旋钮、前滚刀调平旋钮进行调节；
所述后滚刀调平支柱、前滚刀调平支柱的顶部连接所述流平滚刀主体。
一种采用离型膜平推液体进行涂层的3D打印的方法，使用上述的3D打印装置，包括以下步骤：
S1，将离型膜与流平滚刀组件移动到延伸区域，将打印平台装入液槽的主体区域；
S2，控制离型膜移动到主体区域，控制打印平台升降到待打印位置，保证打印平台与离型膜下表面相距一个层厚，等待流平；
S3，保持离型膜不移动，流平滚刀组件开始向液槽的主体区域移动，移动到离型膜较近的左侧或右侧边缘后停止；
S4，保持离型膜不移动，流平滚刀组件移动到离型膜另一侧边缘；
S5，循环步骤S3~S4，直到离型膜的鼓起被消除；
S6，通过UV镜头把图案聚焦于离型膜，进行曝光固化，得到固化的图案；
S7，控制打印平台下降，使固化得到的打印样品与离型膜分离；
S8，控制离型膜和流平滚刀组件横移到液槽的延伸区域，然后控制气泡刮刀上升与离型膜下表面贴紧；
S9，控制离型膜和流平滚刀组件横移到液槽的主体区域，同时利用气泡刮刀刮出离型膜下表面的气泡，然后控制气泡刮刀下降；
S10，循环步骤S2~S9，直到样品打印完成；
S11，控制离型膜和流平滚刀组件横移到液槽的延伸区域，取下带有打印样品的打印平台。
本发明的有益效果是：
1、打印前和打印完成后的手动操作次数少且简单；
2、因为流平滚刀属于精密易碎部件，本发明降低流平滚刀经常手动装、取而带来的损坏风险，并减少了重装流平滚刀带来的反复调平滚刀带来的时间浪费；
3、因为离型膜取下时会粘有液体树脂，本发明降低液体树脂滴落导致污染的风险。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是传统的滚刀流平式3D打印原理示意图；
图2是本申请实施例的方便操作的3D打印装置结构示意图；
图3是本申请实施例的方便操作的3D打印装置运作步骤示意图；
图4是本申请实施例的方便操作的3D打印装置整体结构立体图；
图5是本申请实施例的方便操作的3D打印装置整体结构侧视图；
图6是本申请实施例的离型膜组件、流平滚刀组件结构示意图；
图7是本申请实施例的液槽部件结构示意图；
图8是本申请实施例的流平滚刀主体和气泡刮刀主体结构示意图。
图中的附图标记为：
1.液槽，2.打印平台，3.离型膜组件，4.流平滚刀组件，5.气泡刮刀，6.液态树脂，7.打印样品，8.UV镜头，122、124.第一滑块，123.第二滑块，101.安装基板，102、103.直线导轨，104.第二步进电机，105.第一步进电机，106.第二同步带，107.第一同步带，108.限位挡块，109.传动框，110、111、112.离型膜调平支柱，113.调平框，114.位置传感器，115.传动连杆，116.后滚刀调平支柱，117.前滚刀调平支柱，118.后滚刀调平旋钮，119.前滚刀调平旋钮，120、121.离型膜调平旋钮，500.离型膜绷膜夹具部件，200.液槽主体，400.气泡刮刀主体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。实施例
本实施例提供一种方便操作的3D打印装置，如图2所示，包括：
液槽1，所述液槽1用于容纳打印用的液态树脂6，所述液槽1具有主体区域和延伸区域，所述延伸区域设置在所述主体区域顶部的一侧；
打印平台2，用于承载打印样品7，伸入于所述液槽1的主体区域；
离型膜组件3，包括离型膜和离型膜驱动组件，所述离型膜驱动组件用于带动所述离型膜平移，以使所述离型膜在所述主体区域或所述延伸区域之间移动；
流平滚刀组件4，包括流平滚刀主体300和滚刀驱动组件，所述滚刀驱动组件用于带动所述流平滚刀主体300平移，以使所述流平滚刀主体300在所述主体区域或所述延伸区域之间移动；所述流平滚刀主体300的最低处与所述离型膜的上表面平齐；
气泡刮刀5，设置在所述延伸区域内，并固定在所述液槽1的延伸区域的底部且靠近所述主体区域一侧，所述气泡刮刀5的顶部对齐所述离型膜的底部。
本实施例的3D打印装置，打印平台2的升降受运动轴（图中略）驱动，打印平台2的升降和离型膜组件3的运动以及UV曝光等动作由安装于工控机的控制软件控制，控制软件使各部件动作可以按照图3流程图进行。对现有方式（如图1）中液槽1、离型膜组件3、流平滚刀4和气泡刮刀5以及具体打印流程进行创新，增加了液槽1左侧的宽度，给离型膜组件3增加左右横移的功能，改动了气泡刮刀5的安装结构。实现取打印样品时免拆离型膜组件和流平滚刀组件，打印完成后只需要把离型膜横移到液槽1左端，便可以轻松安装或取下打印平台2。
气泡刮刀5通过弹簧和导向轴安装在所述液槽1的延伸区域的底部。气泡刮刀5在弹簧和导向轴的作用下可以上下微量的浮动，幅度2mm以内。当离型膜左右横移时，气泡刮刀5相对于离型膜左右横移，完成刮气泡功能。所述气泡刮刀5可以是单向气泡刮刀，也可以是双向气泡刮刀。单向气泡刮刀参考专利：公开（公告）号：CN113942224A。
本实施例的3D打印装置，如图3所示，打印前打印平台2和离型膜都已经调平对焦，使用方法包括以下步骤：
1. 安装打印平台：使离型膜和流平滚刀组件4横移到液槽1左侧，安装打印平台2；
2. 运动到待打印位置：离型膜和流平滚刀组件4横移到液槽1右侧的待打印位置；
3. 打印平台上升：打印平台2上升与离型膜下表面距离一个层厚，等待流平；
4. 滚动流平第1步：离型膜相对于液槽1静止，流平滚刀组件4开始向左移动，移动到离型膜左侧后停止；
5. 滚动流平第2步：离型膜相对于液槽1静止，流平滚刀组件4开始向右移动，移动到离型膜右侧；
6. 滚动流平循环：循环步骤3到5，直到离型膜的鼓起被消除；
7. 曝光：UV面投影经过UV镜头8，把图案聚焦于离型膜，进行曝光固化，得到固化的图案，该曝光既可以是单投影曝光，也可以是多光机投影曝光，或者XY轴驱动的多投影曝光；
8. 离型：打印平台2下降，使固化得到的打印样品7与离型膜分离；
9. 刮气泡第1步：离型膜和流平滚刀组件4向左横移到液槽1左侧，触发单向气泡刮刀5上升与离型膜下表面贴紧；
10.刮气泡第2步：离型膜和流平滚刀组件4向右横移到液槽1右侧的待打印位置，在这个过程中气泡刮刀5工作，使气泡被刮出离型膜的下表面；它们运动到液槽1右侧时，触发单向气泡刮刀5下降与离型膜下表面分离；
11.逐层打印：循环步骤3到10，直到样品打印完成；
12.取下打印平台：使离型膜和流平滚刀组件4横移到液槽1左侧，取下带有打印样品7的打印平台2。
优选的，如图4、图5、图7所示，本实施例的3D打印装置，液槽1的液槽主体200内部中空，能够储存液体树脂，如图7所示，右侧是液槽1的主体区域深度较深，左侧是液槽1的延伸区域，深度较浅并在靠近主体区域一侧的边缘的底部固定了气泡刮刀主体400。
优选的，如图4、图5、图6所示，离型膜组件3包括：
安装基板101；
直线导轨102、103，沿第一方向（打印平台2在液槽1的主体区域和延伸区域之间移动的方向）固定在安装基板101上；
离型膜支架组件，安装在所述直线导轨102、103上，并能够在离型膜驱动组件的带动下沿第一方向移动，所述离型膜支架组件具有离型膜绷膜夹具部件500；离型膜安装在所述离型膜绷膜夹具部件500上。
优选的，如图5、6所示，离型膜支架组件包括：
传动框109，通过第一滑块122、124连接到所述直线导轨102、103上；
离型膜调平支柱110、111、112，固定在所述传动框109上；
调平框113，通过离型膜调平旋钮120、121与离型膜调平支柱110、111、112连接；所述调平框113上安装有所述离型膜绷膜夹具部件500。
该结构实现离型膜支架组件沿第一方向的移动，其中调平框113可以通过离型膜调平旋钮120、121调整水平度。具体的，如图6所示，传动框109和调平框113为矩形，离型膜调平支柱110、111、112安装在传动框109和调平框113的三个角上。对调平框113进行调平就是对离型膜绷膜夹具部件500进行调平，该部件可以确保离型膜与投影焦面平行。3个离型膜调平支柱上端通过拉伸弹簧（图中略）、调平旋钮和钢球（图中略）与调平框113连接，确保可以通过调平旋钮对调平框113进行调平，调平旋钮有2个。
优选的，如图6所示，所述离型膜驱动组件包括：
第一步进电机105，固定在安装基板101的底部；
第一同步带107，连接所述第一步进电机105，并与所述传动框109连接，实现带动所述传动框109。可选择的，离型膜驱动组件可以任意直线运动驱动组件，如采用步进电机、直线导轨和同步带的方式，又比如伺服电机+直线导轨+丝杠，或者其他任何可以实现直线运动的组件。
优选地，本实施例的方便操作的3D打印装置，如图6所示，所述滚刀驱动组件包括：
第二步进电机104，固定在安装基板101的底部；
第二同步带106，连接所述第二步进电机104，并与滚刀支架组件连接，实现带动所述滚刀支架组件，所述滚刀支架组件可移动的安装在所述直线导轨102、103上。进一步的，第二同步带106可以和第一同步带107平行对齐安装，并共用一个安装架。
优选地，本实施例的方便操作的3D打印装置，如图6所示，所述滚刀支架组件包括：
传动连杆115，通过第二滑块123连接所述直线导轨102、103；
后滚刀调平支柱116、前滚刀调平支柱117，分别安装在所述传动连杆115的两侧；所述后滚刀调平支柱116、前滚刀调平支柱117与所述传动连杆115的连接处分别通过后滚刀调平旋钮118、前滚刀调平旋钮119进行调节；
所述后滚刀调平支柱116、前滚刀调平支柱117的顶部连接所述流平滚刀主体300。
优选的，如图6所示，所述安装基板101上还设有限位挡块108，限位挡块108设置在安装基板101的四个角上，用于避免传动框109活动超出活动界限。安装基板101上还设有位置传感器114，传感器114安装在所述安装基板101的一侧边缘，用于感应传动框109的所在位置，离型膜绷膜夹具部件500横移的位置受位置传感器114限制。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种方便操作的3D打印装置，其特征在于，包括：
液槽（1），所述液槽（1）用于容纳打印用的液态树脂（6），所述液槽（1）具有主体区域和延伸区域，所述延伸区域设置在所述主体区域顶部的一侧；
打印平台（2），用于承载打印样品（7），伸入于所述液槽（1）的主体区域；
离型膜组件（3），包括离型膜和离型膜驱动组件，所述离型膜驱动组件用于带动所述离型膜平移，以使所述离型膜在所述主体区域或所述延伸区域之间移动；
流平滚刀组件（4），包括流平滚刀主体（300）和滚刀驱动组件，所述滚刀驱动组件用于带动所述流平滚刀主体（300）平移，以使所述流平滚刀主体（300）在所述主体区域或所述延伸区域之间移动；所述流平滚刀主体（300）的最低处与所述离型膜的上表面平齐；
气泡刮刀（5），设置在所述延伸区域内，并固定在所述液槽（1）的延伸区域的底部且靠近所述主体区域一侧，所述气泡刮刀（5）的顶部对齐所述离型膜的底部。
2.根据权利要求1所述的方便操作的3D打印装置，其特征在于，所述气泡刮刀（5）通过弹簧和导向轴安装在所述液槽（1）的延伸区域的底部。
3.根据权利要求1所述的方便操作的3D打印装置，其特征在于，所述离型膜组件（3）包括：
安装基板（101）；
直线导轨（102、103），沿第一方向固定在安装基板（101）上；所述第一方向为打印平台（2）在液槽（1）的主体区域和延伸区域之间移动的方向；
离型膜支架组件，安装在所述直线导轨（102、103）上，并能够在离型膜驱动组件的带动下沿第一方向移动，所述离型膜支架组件具有离型膜绷膜夹具部件（500）；离型膜安装在所述离型膜绷膜夹具部件（500）上。
4.根据权利要求3所述的方便操作的3D打印装置，其特征在于，离型膜支架组件包括：
传动框（109），通过第一滑块（122、124）连接到所述直线导轨（102、103）上；
离型膜调平支柱（110、111、112），固定在所述传动框（109）上；
调平框（113），通过离型膜调平旋钮（120、121）与离型膜调平支柱（110、111、112）连接；所述调平框（113）上安装有所述离型膜绷膜夹具部件（500）。
5.根据权利要求4所述的方便操作的3D打印装置，其特征在于，所述离型膜驱动组件包括：
第一步进电机（105），固定在安装基板（101）的底部；
第一同步带（107），连接所述第一步进电机（105），并与所述传动框（109）连接，实现带动所述传动框（109）。
6.根据权利要求3所述的方便操作的3D打印装置，其特征在于，所述安装基板（101）上还设有限位挡块（108），限位挡块（108）设置在安装基板（101）的四个角上，用于避免传动框（109）活动超出活动界限。
7.根据权利要求4所述的方便操作的3D打印装置，其特征在于，安装基板（101）上还设有位置传感器（114），位置传感器（114）安装在所述安装基板（101）的一侧边缘，用于感应传动框（109）的所在位置，离型膜绷膜夹具部件（500）横移的位置受位置传感器（114）限制。
8.根据权利要求5所述的方便操作的3D打印装置，其特征在于，所述滚刀驱动组件包括：
第二步进电机（104），固定在安装基板（101）的底部；
第二同步带（106），连接所述第二步进电机（104），并与滚刀支架组件连接，实现带动所述滚刀支架组件，所述滚刀支架组件可移动的安装在所述直线导轨（102、103）上。
9.根据权利要求8所述的方便操作的3D打印装置，其特征在于，所述滚刀支架组件包括：
传动连杆（115），通过第二滑块（123）连接所述直线导轨（102、103）；
后滚刀调平支柱（116）、前滚刀调平支柱（117），分别安装在所述传动连杆（115）的两侧；所述后滚刀调平支柱（116）、前滚刀调平支柱（117）与所述传动连杆（115）的连接处分别通过后滚刀调平旋钮（118）、前滚刀调平旋钮（119）进行调节；
所述后滚刀调平支柱（116）、前滚刀调平支柱（117）的顶部连接所述流平滚刀主体（300）。
10.一种采用离型膜平推液体进行涂层的3D打印的方法，其特征在于，使用如权利要求1-9任一项所述的3D打印装置，包括以下步骤：
S1，将离型膜与流平滚刀组件移动到延伸区域，将打印平台（2）装入液槽（1）的主体区域；
S2，控制离型膜移动到主体区域，控制打印平台（2）升降到待打印位置，保证打印平台（2）与离型膜下表面相距一个层厚，等待流平；
S3，保持离型膜不移动，流平滚刀组件开始向液槽（1）的主体区域移动，移动到离型膜左侧或右侧边缘后停止；
S4，保持离型膜不移动，流平滚刀组件移动到离型膜另一侧边缘；
S5，循环步骤S3~S4，直到离型膜的鼓起被消除；
S6，通过UV镜头（8）把图案聚焦于离型膜，进行曝光固化，得到固化的图案；
S7，控制打印平台（2）下降，使固化得到的打印样品（7）与离型膜分离；
S8，控制离型膜和流平滚刀组件横移到液槽（1）的延伸区域，然后控制气泡刮刀（5）上升与离型膜下表面贴紧；
S9，控制离型膜和流平滚刀组件横移到液槽（1）的主体区域，同时利用气泡刮刀（5）刮出离型膜下表面的气泡，然后控制气泡刮刀（5）下降；
S10，循环步骤S2~S9，直到样品打印完成；
S11，控制离型膜和流平滚刀组件横移到液槽（1）的延伸区域，取下带有打印样品（7）的打印平台（2）。
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