CN115122636A - 料槽及三维打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种料槽及三维打印机，通过向过氧通道输送氧气，可使氧气透过透氧膜后在透氧膜表面形成氧阻聚区域，从而可减少源液固化层与透氧膜的粘附力，以使源液固化层更容易脱离料槽的槽底。再者，将过氧通道开设在缓冲上，一方面可使透氧层与缓冲层具有足够的连接面积，以减少透氧膜因氧气的气流作用力而凸起变形；另一方面可使氧气能在过氧通道内具有足够的流动缓冲空间，避免进入过氧通道的氧气直接冲击透氧层，以保证透氧层的平整性，从而保证打印精度。此外，透氧层与缓冲层还能通过静电贴合，从而可提高透氧层与缓冲层的贴合稳定性，以避免源液固化层脱膜过程中透氧膜被局部扯起变形，从而提高料槽槽底的结构稳定性。

Description

料槽及三维打印机

技术领域

本发明涉及三维打印设备技术领域，特别涉及一种料槽及三维打印机。

背景技术

三维打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料或者光固化树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。立体光固化成型法作为三维打印技术的一个重要分支，其是利用特定波长和强度的激光照射液态光敏树脂表面，使表面特定区域的一层树脂固化。

桌面级三维打印机采用了自下而上的打印方式，即光源置于底部，光源透过料槽底部的透明薄膜材料对树脂曝光，成型后的树脂层被黏附在金属的打印平台上，然后打印平台向上运动，与下层的透明薄膜材料脱离，完成一层的成型打印。当一层固化完成后，固化的该层树脂会粘附在料槽的槽底，而打印平台需要带动该层树脂上升，以供下一层树脂打印固化；因此每一层固化树脂固化后都需要上升脱离料槽的槽底，若固化树脂与料槽槽底的粘附力过大，则脱离时容易使固定树脂受力过大，影响最终成型工件的结构稳定性。

相关技术在料槽的槽底设置透氧膜层，并通过输送氧气来在透氧膜层表面形成氧阻聚区域，但氧气会使透氧膜层局部隆起，造成透氧膜层不平整，影响光线对树脂液的照射效果，从而影响整体打印精度。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种料槽，应用于三维打印机，旨在解决如何降低三维打印机的工件脱膜难度并提高打印精度的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的料槽底部包括：

支撑层；

缓冲层，设于所述支撑层靠近所述料槽槽口的一面，所述缓冲层靠近所述料槽槽口的一面开设有过氧通道；

透氧层，所述透氧层设于所述缓冲层靠近料槽槽口的一面并盖住所述过氧通道。

可选地，所述过氧通道的数量为多个，多个所述过氧通道在所述缓冲层上呈长条状并行延伸；

或，所述过氧通道包括多个第一通道和多个第二通道，多个所述第一通道呈长条状并行延伸，多个所述第二通道呈长条状并行延伸，所述第一通道与所述第二通道相互交叉。

可选地，相邻两所述过氧通道的间距设置为100μm至2000μm；或，所述第一通道与所述第二通道交叉限定出间隔区域，所述间隔区域的面积设置为0.001平方毫米至2平方毫米。

可选地，所述过氧通道的深度与所述缓冲层的厚度的比例设置为0.02至0.2。

可选地，所述过氧通道的宽度设置为10μm至1000μm。

可选地，在垂直于所述缓冲层的方向上，所述过氧通道在所述缓冲层上的投影面积占所述缓冲层靠近所述料槽槽口一面的面积的1％至50％。

可选地，所述支撑层为玻璃层；

和/或，所述缓冲层为硅胶层或塑胶层；

和/或，所述透氧层为聚甲基戊烯塑料层。

可选地，所述支撑层的厚度设置为1mm至3mm；和/或，所述缓冲层的厚度设置为0.5mm至5mm；和/或，所述透氧层的厚度设置为50μm至300μm。

可选地，所述过氧通道贯穿所述缓冲层的侧边沿，以形成入氧端和出氧端；所述料槽的侧壁开设有入氧口和出氧口，所述入氧口与所述过氧通道的入氧端连通，所述出氧口与所述过氧通道的出氧端连通。

本发明还提出一种三维打印机，该三维打印机包括：固定板、打印平台和料槽；该料槽的底部包括：支撑层；缓冲层，设于所述支撑层靠近所述料槽槽口的一面，所述缓冲层靠近所述料槽槽口的一面开设有过氧通道；透氧层，所述透氧层设于所述缓冲层靠近料槽槽口的一面并盖住所述过氧通道；所述料槽与所述固定板连接，所述料槽用于盛放源液，所述打印平台与所述固定板连接，所述打印平台用于承载成型工件。

本发明料槽的技术方案中，在料槽底部的支撑层和透氧层之间设置缓冲层，并在缓冲层朝向透氧层的一面开设过氧通道；在打印过程中，通过向过氧通道输送氧气，可使氧气透过透氧膜后在透氧膜表面形成氧阻聚区域，从而可减少源液固化层与透氧膜的粘附力，以使源液固化层更容易脱离料槽的槽底，降低源液固化层的脱膜难度。再者，将过氧通道开设在缓冲上，一方面可使透氧层与缓冲层具有足够的连接面积，以减少透氧膜因氧气的气流作用力而凸起变形；另一方面可使氧气能在过氧通道内具有足够的流动缓冲空间，避免进入过氧通道的氧气直接冲击透氧层，以保证透氧层的平整性，从而保证打印精度。此外，透氧层与缓冲层还能通过静电贴合，从而可提高透氧层与缓冲层的贴合稳定性，以避免源液固化层脱膜过程中透氧膜被局部扯起变形，从而提高料槽槽底的结构稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，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。

为了更完整地理解本申请及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。

图1为本发明三维打印机一实施例的结构示意图；

图2为现有技术中透氧膜工作过程的变形示意图；

图3为本发明料槽槽底的剖面示意图；

图4为本发明三维打印机的工作过程示意图；

图5为本发明一实施例中过氧通道在缓冲层上的投影示意图；

图6为本发明另一实施例中过氧通道在缓冲层上的投影示意图。

标号	名称	标号	名称	标号	名称
						10	固定板	20	打印平台	30	料槽
31	支撑层	32	缓冲层	33	透氧层
						34	过氧通道	341	第一通道	342	第二通道
40	光源

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提出一种料槽30和三维打印机。

本发明的三维打印机用于实施三维打印技术，三维打印技术是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品的新兴制造技术。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，三维打印技术将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。因此，这种数字化制造模式具有工艺简单、定制成本低、生产周期短等天然优势，使其得以向更广的生产人群范围延伸。

请参考图1，图1为本发明三维打印机一实施例的结构示意图。本发明的三维打印机可以包括固定板10，料槽30、打印平台20和光源40。

固定板10为三维打印机的整体框架；料槽30与固定板10连接，料槽30用于盛放源液，如树脂液；打印平台20与固定板10可活动连接，以在料槽30内升降，打印平台20用于承载成型零件。需要寿命，料槽30的底部由透光材料制成，且打印平台20的承载面是朝下的。光源40安装于料槽30的下方，并向上朝料槽30的槽底发射固化光束，固化光束可透过料槽30槽底照射源液，以使源液被固定成型于打印平台20的承载面上。光源40可为DLP光源40(Digital Light Processing，简称DLP)或LCD光源40。

为了使本技术领域人员对本发明的三维打印机有一个更加直观的认识，将以具体的实施过程为例对本发明的三维打印机的打印原理进行讲解。

1：光源40发射固化光束照射料槽30的槽底，光束透过料槽30的槽底照射源液，使源液固化成型于靠近料槽30底部的打印平台20上；2：打印平台20上升，以使源液固化层脱离料槽30底部，并为下一层的打印固化腾出空间；3：工件成型后，打印平台20会离开料槽30，再由取料组件将最终成型的工件取下。三维打印机重复步骤1至3，从而实现成型工件的自动化生产。

需要说明，在每一层源液固化层成型后，该源液固化层既会连接于打印平台20，也会粘接于料槽30的槽底，并且该源液固化层与打印平台20的连接强度大于与料槽30槽底的粘接强度；因此，在打印平台20带动源液固化层上升时，需要先克服源液固化层与料槽30槽底的粘接力，以使源液固化层能顺利从料槽30槽底分离。若源液固化层与料槽30槽底的粘接力过大，则分离难度较大，在分离过程中源液固化层本身也会受到较大的拉扯力，影响工件的结构稳定性和使用寿命。

相关技术通过在料槽30底部设置透氧膜层，并向透氧膜层输送氧气，氧气会在透氧膜层的表面形成氧阻聚区域。源液固化层会粘附在透氧膜层上，而氧阻聚区域能减小源液固化层与透氧膜层的粘附力，从而发降低源液固定层与透氧膜层的分离难度。但由于输送的氧气具有一定的气压，氧气在渗透至透氧膜的表面的过程中会将透氧膜层顶起，造成透氧膜层局部鼓起，使得透氧膜层不平整，如图2所示，图2为现有技术中透氧膜工作过程的变形示意图。固定光线需要穿过透氧膜层才能照射在源液上，若透氧膜层不平层，会使固化光线发生折射，影响对源液的照射效果，降低了三维打印机的打印精度。

为解决上述问题，本申请提出一种料槽30，应用于三维打印机。请参阅图3，图3为本发明料槽30槽底的剖面示意图。所述料槽30的底部包括：支撑层31；缓冲层32，设于所述支撑层31靠近所述料槽30槽口的一面，所述缓冲层32靠近所述料槽30槽口的一面开设有过氧通道34；透氧层33，所述透氧层33设于所述缓冲层32靠近料槽30槽口的一面并盖住所述过氧通道34。

在本实施例中，具体的，支撑层31作为料槽30的支撑结构，用以对料槽30内的源液起到主要支撑作用；也就是说，支撑层31与料槽30的槽壁起主要连接作用。可以理解，支撑层31应选用既具有足够支撑强度又可透光的材料，如玻璃层或透明塑料层，且支撑层31的透光率至少为95％，以提高光源40光线的有效利用率。缓冲层32具有一定的柔性或弹性，在源液固化层上升对透氧层33造成拉扯的过程中，是由缓冲层32直接对透氧层33施加反作用力，缓冲层32可通过弹性变形来对透氧层33的受力过程起到缓冲作用，从而减少透氧层33受到的瞬时作用力，以避免透氧层33损坏或变形。可以理解，缓冲层32也应选用透光材料制成，且缓冲层32的透光率至少为95％。透氧层33既能透光也能透氧，氧气可从透氧层33朝向缓冲层32的一侧渗透至朝向打印平台20的一侧，从而可在透氧层33表面形成氧阻聚区域，以减小源液固化层与透氧膜层的粘附力。

过氧通道34用以供氧气流动；三维打印机还可包括与过氧通道34连通的氧气驱动装置，用以向过氧通道34输送氧气，以使透氧层33背离打印平台20的一侧能持续有氧气经过，从而氧气可持续朝透氧层33面向打印平台20的一侧渗透。过氧通道34为进入透氧层33与缓冲层32之间的氧气提供了扩散空间，避免氧气直接冲击透氧层33，以防止透氧层33受氧气的冲击而鼓起，保证透氧层33的平整性，从而可保证三维打印机的打印精度。

氧气驱动装置所输送的氧气流速可控制在0.1-3L/min，如此，既可保证氧气在透氧层33的渗透量，又可避免氧气流速过大而将透氧层33顶起变形，从而保证三维打印机的打印精度。

具体的，缓冲层32可设置为硅胶层或塑胶层，具体可为聚二甲基硅氧烷(PDMS)或环烯烃共聚物(COC)，以兼具弹性和透光性能。透氧层33可设置为聚甲基戊烯塑料层(PMP)，PMP材料具有多个有利的特性，包括非常低的表面张力(小于50mN/m)实现较低的分离力、对光化辐射高程度的透明度、低折射率、高气体(特别是氧)渗透率、以及优异的对用于液体感光聚合物中的各种潜在目标物质的耐受性。需要说明，由PDMS材料或COC材料制成的缓冲层32与由PMP材料制成的透氧层33之间可以实现静电贴合，从而可提高透氧层33与缓冲层32的贴合稳定性，以有效抵抗氧气的充气和源液固化层的拉扯，从而提高料槽30槽底的结构稳定性。

在制备加工料槽30的槽底时，可在玻璃支撑层31的表面浇筑硅橡胶材料，具体为按照10：1标准比例混合SYLGARD 184PDMS硅橡胶，以形成缓冲层32。缓冲层32浇筑完成后，再在顶面压上凸性模板，固化后脱模，以形成凹形的过氧通道34。然后再在缓冲层32表面覆盖透氧层33，将透氧层33的边缘与料槽30的槽壁结构密封连接，即完成对料槽30的制备加工。

本发明料槽30的技术方案中，在料槽30底部的支撑层31和透氧层33之间设置缓冲层32，并在缓冲层32朝向透氧层33的一面开设过氧通道34；在打印过程中，通过向过氧通道34输送氧气，可使氧气透过透氧膜后在透氧膜表面形成氧阻聚区域，从而可减少源液固化层与透氧膜的粘附力，以使源液固化层更容易脱离料槽30的槽底，降低源液固化层的脱膜难度。再者，将过氧通道34开设在缓冲上，一方面可使透氧层33与缓冲层32具有足够的连接面积，以减少透氧膜因氧气的气流作用力而凸起变形；另一方面可使氧气能在过氧通道34内具有足够的流动缓冲空间，避免进入过氧通道34的氧气直接冲击透氧层33，以保证透氧层33的平整性，从而保证打印精度。此外，透氧层33与缓冲层32还能通过静电贴合，从而可提高透氧层33与缓冲层32的贴合稳定性，以避免源液固化层脱膜过程中透氧膜被局部扯起变形，从而提高料槽30槽底的结构稳定性。

过氧通道34可沿缓冲层32的长度方向和宽度方向中的至少一者延伸，也可自缓冲层32的中心朝四周呈螺旋状分布，在此不做限制。示例性的，如图5和图6所示，所述过氧通道34的数量为多个，多个所述过氧通道34在所述缓冲层32上呈长条状并行延伸；或，所述过氧通道34包括多个第一通道341和多个第二通道342，多个所述第一通道341呈长条状并行延伸，多个所述第二通道342呈长条状并行延伸，所述第一通道341与所述第二通道342相互交叉。

多个过氧通道34可沿缓冲层32的长度方向延伸，也可沿缓冲层32的宽度方向延伸，还可沿缓冲层32的对角方向延伸，在此不足限制，只需满足多个过氧通道34并行延伸即可。

多个第一通道341的延伸长度可相同也可不同，多个第二通道342的延伸长度可相同也可不同；也就是说，多个第一通道341与多个第二通道342可以部分交叉，也可以全部交叉，在此不做限制。需要说明，过氧通道34还可包括多个第三通道，多个第三通道呈长条状并行延伸，并同时与第一通道341和第二通道342相互交叉。以此类推，过氧通道34还可包括更多与上述通道相互交叉的子通道。

通过将过氧通道34设置为多个且并行延伸或相互交叉，可使过氧通道34能与透氧层33的多个位置相对，从而使透氧层33的多个位置都能有氧气渗透，以增大透氧层33表面氧阻聚区域的有效面积，从而降低源液固化层与透氧膜多个位置的粘附强度，以进一步降低源液固化层与透氧膜的分离难度。

第一通道341和第二通道342的槽壁在交叉处可呈倒圆角设置，以减少对氧气的流动阻力，从而提高氧气在过氧通道34的流速，以加速氧气的扩散，使氧气能更快更充分地渗透至透氧层33的各个位置，以提高脱膜效果。

示例性的，相邻两所述过氧通道34的间距d设置为100μm至2000μm，如100μm、500μm、1000μm、1500μm或2000μm；或，所述第一通道341与所述第二通道342交叉限定出间隔区域，所述间隔区域的面积设置为0.001平方毫米至2平方毫米，如0.001平方毫米、0.005平方毫米、0.01平方毫米、0.05平方毫米、0.1平方毫米、0.5平方毫米、1平方毫米、1.5平方毫米、2平方毫米。过氧通道34之间的间隔区域即缓冲层32与透氧膜的有效连接区域，若相邻两过氧通道34的间距d小于100μm则缓冲层32与透氧膜的有效连接面积过少，导致透氧膜容易鼓起变形；若相邻两过氧通道34的间距d大于2000μm则过氧通道34的分布密度过小，导致透氧膜表面氧阻聚区域的分布不均匀，影响源液固化层与透氧膜的分离效果；因此，将相邻两所述过氧通道34的间距d设置为100μm至2000μm，既能保证透氧膜的平整性，又能提高源液固化层与透氧膜的分离效果。同样的，将间隔区域的面积设置为0.001平方毫米至2平方毫米，既能保证透氧膜的平整性，又能提高源液固化层与透氧膜的分离效果。

任意两个相邻过氧通道34的间距与另外两个相邻过氧通道34的间距可相同，以使多个过氧通道34在缓冲层32上均匀分布；同样的，多个间隔区域的面积也可相同，以使多个过氧通道34在缓冲层32上均匀分布。由此，可使氧气能更均匀地渗透至透氧层33表面的各个位置，以提高氧阻聚区域的分布均匀性，避免源液固化层与透氧膜的分离中透氧膜的局部受力过大，以进一步保证透氧膜的平整性。

示例性的，在垂直于所述缓冲层32的方向上，所述过氧通道34在所述缓冲层32上的投影面积占所述缓冲层32靠近所述料槽30槽口一面的面积的1％至50％，具体可以为10％至30％，例如可以是10％、15％、20％、25％、30％。如此，既能保证过氧通道34的过氧量，又能保证缓冲层32与透氧层33的连接面积。

具体的，所述过氧通道34的宽度设置为10μm至1000μm，过氧通道34的长度则可以设置为100μm至2000μm；以合理控制过氧通道34在缓冲层32上的总投影面积。

示例性的，所述过氧通道34的深度h与所述缓冲层32的厚度H2的比例h/H2设置为0.02至0.2。若该比例小于0.02，则过氧通道34的容积较小，难以使足够的氧气在过氧通道34内平缓流动；若该比例大于0.2，则对缓冲层32的厚度占用过多，难以保证缓冲层32的结构稳定性；因此，将过氧通道34的深度h与所述缓冲层32的厚度H2的比例h/H2设置为0.02至0.2，既可保证有足够的氧气在过氧通道34内平缓流动，又能保证缓冲层32的结构稳定性。

具体的，所述支撑层31的厚度H1设置为1mm至3mm；和/或，所述缓冲层32的厚度H2设置为0.5mm至5mm；和/或，所述透氧层33的厚度H3设置为50μm至300μm。将支撑层31的厚度H1设置为1mm至3mm，既可保证支撑层31的结构强度，又可保证支撑层31的透光效果。将缓冲层32的厚度H2设置为0.5mm至5mm，既可保证过氧通道34的有效深度，又可保证缓冲层32的透光效果。将透氧层33的厚度H3设置为50μm至300μm，既可保证氧气渗透效果，又可保证透氧层33的结构稳定性。

示例性的，所述过氧通道34贯穿所述缓冲层32的侧边沿，以形成入氧端和出氧端；所述料槽30的侧壁开设有入氧口和出氧口，所述入氧口与所述过氧通道34的入氧端连通，所述出氧口与所述过氧通道34的出氧端连通。入氧端和出氧端可以位于缓冲层32的同一侧边，也可以位于缓冲层32的不同侧边，例如可以位于缓冲层32的相对两侧边。料槽30槽壁的入氧口用以与氧气驱动装置连通，从而氧气可从料槽30外进入过氧通道34，再从出氧口流出。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

以上对本申请实施例所提供的背光模组进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种料槽，应用于三维打印机，其特征在于，所述料槽的底部包括：

支撑层；

缓冲层，设于所述支撑层靠近所述料槽槽口的一面，所述缓冲层靠近所述料槽槽口的一面开设有过氧通道；

透氧层，所述透氧层设于所述缓冲层靠近料槽槽口的一面并盖住所述过氧通道。

2.如权利要求1所述的料槽，其特征在于，所述过氧通道的数量为多个，多个所述过氧通道在所述缓冲层上呈长条状并行延伸；

或，所述过氧通道包括多个第一通道和多个第二通道，多个所述第一通道呈长条状并行延伸，多个所述第二通道呈长条状并行延伸，所述第一通道与所述第二通道相互交叉。

3.如权利要求2所述的料槽，其特征在于，相邻两所述过氧通道的间距设置为100μm至2000μm；或，所述第一通道与所述第二通道交叉限定出间隔区域，所述间隔区域的面积设置为0.001平方毫米至2平方毫米。

4.如权利要求1所述的料槽，其特征在于，所述过氧通道的深度与所述缓冲层的厚度的比例设置为0.02至0.2。

5.如权利要求1项所述的料槽，其特征在于，所述过氧通道的宽度设置为10μm至1000μm。

6.如权利要求1至5任一项所述的料槽，其特征在于，在垂直于所述缓冲层的方向上，所述过氧通道在所述缓冲层上的投影面积占所述缓冲层靠近所述料槽槽口一面的面积的1％至50％。

7.如权利要求1至5任一项所述的料槽，其特征在于，所述支撑层为玻璃层；

和/或，所述缓冲层为硅胶层或塑胶层；

和/或，所述透氧层为聚甲基戊烯塑料层。

8.如权利要求1所述的料槽，其特征在于，所述支撑层的厚度设置为1mm至3mm；和/或，所述缓冲层的厚度设置为0.5mm至5mm；和/或，所述透氧层的厚度设置为50μm至300μm。

9.如权利要求1至5任一项所述的料槽，其特征在于，所述过氧通道贯穿所述缓冲层的侧边沿，以形成入氧端和出氧端；所述料槽的侧壁开设有入氧口和出氧口，所述入氧口与所述过氧通道的入氧端连通，所述出氧口与所述过氧通道的出氧端连通。

10.一种三维打印机，其特征在于，所述三维打印机包括：固定板、打印平台和如权利要求1至9任一项所述的料槽，所述料槽与所述固定板连接，所述料槽用于盛放源液，所述打印平台与所述固定板连接，所述打印平台用于承载成型工件。

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