CN115592947B - 一种用于超长柔性体成型的连续3d打印设备和控制方法 - Google Patents

一种用于超长柔性体成型的连续3d打印设备和控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种用于超长柔性体成型的连续3D打印设备和控制方法，包括：投影装置；打印仓，位于投影装置上方用以形成半遮蔽的打印通道，打印仓的上部具有开口；固化装置，用于照射并固化打印成型的三维模型；输送机构，位于打印仓的开口处，用于承载并输送固化后的三维模型；牵引轨道以及打印平台，打印平台可移动地设置在牵引轨道上，牵引轨道被配置成为打印平台提供一自打印仓内部到输送机构上方的牵引路径。本申请的三维模型被固化成型后，在打印仓上部出口处进入输送机构，并被三维模型以一定速度输送走，同时为打印仓内刚刚固化的部分提供牵引力，故，本申请能够快速连续地打印超长柔性件。

Description

一种用于超长柔性体成型的连续3D打印设备和控制方法
技术领域
本申请涉及光固化3D打印技术领域，尤其是涉及一种用于超长柔性体成型的连续3D打印设备和控制方法。
背景技术
传统的光固化3D打印设备，由于受到模型重力和变形等因素影响，通常打印的高度有限，因此只能够打印高度小于50cm的三维模型。典型的如中国专利CN114905737A，公开了一种光固化3D打印设备，利用离型膜形成非聚合面，使光敏树脂在离型膜表面固化并完成连续打印，打印平台只能做上下移动，且高度有限，此外，离型膜尺寸约束了打印尺寸，使其只能够打印小尺寸模型。
发明内容
本申请的目的是解决现有技术中三维模型打印尺寸受限的问题，提供一种可连续打印超长柔性件的3D打印设备及其控制方法。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：一种用于超长柔性体成型的连续3D打印设备，包括：
投影装置；
打印仓，位于所述的投影装置上方用以形成半遮蔽的打印通道，所述的打印仓的底部透明，且盛放有光敏树脂以及密度大于该光敏树脂的透光分层介质，所述的透光分层介质为液体且与所述的光敏树脂互不相容，以使得所述的光敏树脂在两种物质交界面发生聚合反应，所述的打印仓的上部具有开口；
固化装置，位于所述的打印仓内，用于照射并固化打印成型的三维模型；
输送机构，位于所述的打印仓的开口处，用于承载并输送固化后的三维模型；
牵引轨道以及打印平台，所述的打印平台可移动地设置在所述的牵引轨道上，所述的牵引轨道被配置成为所述的打印平台提供一自所述的打印仓内部到所述的输送机构上方的牵引路径。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的连续3D打印设备，还包括用于使所述的打印仓内充满非氧气体的加气装置，以加速光敏树脂的聚合反应。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的非氧气体为氮气或二氧化碳气体。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的开口处距离所述的打印仓的底部30-50cm。
在上述技术方案中，进一步优选的，在所述的输送机构的上方，所述的打印平台可选择性的与所述的牵引轨道脱离。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的连续3D打印设备，还包括用于为所述的打印仓连续供应光敏树脂的材料供应装置。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的连续3D打印设备，还包括用于冷却并使所述的打印仓内的透光分层介质保持循环流动的循环冷却装置。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的连续3D打印设备，还包括烘干装置，所述的烘干装置位于所述的输送机构的中游或下游。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述的固化装置包括多组设置在所述的打印仓内壁的紫外灯，所述的固化装置位于所述的打印通道的中游。
本申请还提供了一种所述的连续3D打印设备的控制方法，包括如下步骤：
步骤1.在所述的打印仓的底部注入透光分层介质和光敏树脂，所述的透光分层介质的密度大于该光敏树脂的密度，所述的透光分层介质为液体且与所述的光敏树脂互不相容；
步骤2.打印平台下降，开启投影装置进行投影；
步骤3.打印平台在牵引轨道上缓慢上升，开启固化装置，对打印成型的三维模型加速固化；
步骤4.打印平台随牵引轨道从所述的打印仓的上部开口处引出，使固化的三维模型落在所述的输送机构上，所述的打印平台脱离所述的牵引轨道，并由所述的输送机构牵引所述的打印平台继续移动；
步骤5.打印完毕，将所述的打印平台与三维模型分离。
本申请通过在打印仓底部注入与光敏树脂互不相容的透光分层介质，光敏树脂在两种物质交界面发生聚合反应，并且与下层透光分层介质不黏连，使打印设备可以连续打印，并且不再受到离型膜的尺寸限制；三维模型被固化成型后，在打印仓上部出口处进入输送机构，并被三维模型以一定速度输送走，同时为打印仓内刚刚固化的部分提供牵引力，故，本申请能够快速连续地打印超长柔性件。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种连续3D打印设备的结构示意图一；
图2为本申请实施例提供的一种连续3D打印设备的结构示意图二；
其中：10、打印仓；11、打印通道；12、打印平台；13、固化装置；14、牵引轨道；15、开口；20、三维模型；30、投影装置；41、第一传送带；42、第二传送带；50、烘干装置；60、材料供应装置；61、光敏树脂；70、循环冷却装置；71、透光分层介质。
具体实施方式
为详细说明申请的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，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。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对发明的各种示例性实施例或实施方式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离发明构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。
以下，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。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
参见图1、2所示，本申请实施例提供一种用于超长柔性体成型的连续3D打印设备，可用于细长物体，比如网片、床垫等。
该3D打印设备包括：
投影装置30，投影装置具体可采用光机或显示屏投影装置等结构，可根据打印需要将三维模型的切片图像连续地投射到打印区域，使光敏树脂感光固化。
打印仓10，位于投影装置30的上方，打印仓10具有透明底板、环绕底板设置的多片侧板以及顶板。打印仓的内壁形成一个半遮蔽的狭长型打印通道11，打印仓的上部的侧部具有开口15，使得该打印通道通过该开口15与打印仓的外部相连。在打印仓10的底部盛放光敏树脂和透光分层介质。常用的3D打印光敏树脂密度一般为1.05-1.2g/cm3，而透光分层介质需要选用密度大于常用的3D打印光敏树脂的液体，例如含氟液体等，优选地，所述的氟化液体为包括但不限于3M™公司生产的Novec™（商品名）7100、7200、7300、71DA、7000、7700、71PA、71D90、73DE、FC-40、Vertrel™（商品名）特种氟化液，以及苏威公司(Solvay)生产的Fomblin（商品名）Y15、Y25、Y04、Y06、Y45等型号的全氟聚醚润滑油等。由于光敏树脂与透光分层介质的密度不同，透光分层介质与所述的光敏树脂互不相容，所以能够形成稳定的分层交界面，光敏树脂感光后会发生交联聚合反应，而透光分层介质并不会固化，成型的材料不会与透光分层介质发生黏连，可以连续向上提升，因此打印速度相对于传统3D打印设备更快。
固化装置13，用于对成型后的三维模型加速固化，避免向上牵拉过程中由于光敏树脂材料固化不足而导致的断裂等问题。固化装置13位于打印仓10上方部分，固化装置13可采用光固化或热风烘干固化等方式，本实施例中固化装置13由多个紫外灯组成，对刚刚成型的三维模型20进行补充照射。
输送机构，位于打印仓10的开口15处，用于承载并输送固化后的三维模型20。本实施例中，输送机构包括第一传送带41和第二传送带42，第一传送带41有部分深入到打印仓的开口之下。当打印平台12带着成型后的三维模型从打印仓10的开口15引出后，三维模型20就落在第一传送带41上，由第一传送带41带着三维模型20向下游运动。本实施例中，输送机构采用皮带传动，其他实施例中，还可以采用链条传动或传动辊等形式实现相同功能。
牵引轨道14、打印平台12以及驱动打印平台12沿牵引轨道移动的驱动机构。其中，牵引轨道14包括竖直段和水平段,两段之间有弯折90度的过渡段，打印平台12可以在牵引轨道14上移动，牵引轨道14被配置成为打印平台12提供一自打印仓10内部到输送机构上方的牵引路径。三维模型在打印平台12的带动下首先沿牵引轨道14的竖直段经过打印通道11，然后渡过过渡段后，通过开口15继续沿牵引轨道14的水平段移动，此时固化后的三维模型被引导至第一传送带41上。
在输送机构的上方，打印平台12可选择性的与牵引轨道14脱离。由于打印件是柔软可弯折的，因此经第一传送带41移动一段距离后，就不再需要打印平台和驱动机构的牵引了，打印平台12可以与牵引轨道14脱离，待三维模型打印完毕后，将打印平台12与三维模型分离，并回收打印平台。
三维模型在第一传送带和第二传送带上输送时，依靠摩擦力自然拉伸以及提供向前的动力。理论上，本申请的连续3D打印设备可实现无限长度的连续制造，输送机构的下游可安排操作人员对三维模型进行裁剪、后处理等工作，如果打印的是网片等产品，还可以在输送机构下游放置收卷装置或包装工序等。
在本申请的一个实施例中，连续3D打印设备还包括烘干装置50，该烘干装置50位于输送机构的中游或下游，第二传送带42穿过烘干装置50。
在本申请的一个实施例中，需要打印的面积较大，为实现更高效率的打印，可在打印仓的下方部署多个投影装置。
在本申请的一个实施例中，连续3D打印设备，还包括用于使打印仓内充满非氧气体的加气装置，以降低打印仓内的氧气浓度，或起到隔绝氧气的作用。该非氧气体是指除氧气以外的无毒无害气体，以正压方式吹入打印仓内，比如N2、CO2等。在本申请的一个实施例中，非氧气体为二氧化碳气体，二氧化碳分子量大于氧气，从而可以保持在打印仓下方，降低氧气浓度。非氧气体用于为打印成型的三维模型提供一个低氧的环境，这是因为氧气对于光固化过程的自由基反应有阻聚作用，打印环境隔绝氧气后可以加速光敏树脂的聚合反应。
在本申请的一个实施例中，所述的开口处距离所述的打印仓的底部30-50cm。
在本申请的一个实施例中，连续3D打印设备还包括用于为打印仓10连续供应光敏树脂61的材料供应装置60，材料供应装置60具体为材料补充泵。
在本申请的一个实施例中，连续3D打印设备还包括用于冷却并使打印仓10内的透光分层介质71保持循环流动的循环冷却装置70，本申请中该循环冷却装置70具体为循环冷却泵，通过循环冷却泵可以保持透光分层介质保持流动，并及时带走光敏树脂固化过程中的热量。
在本申请的一个实施例中，所述的透光分层介质的密度大于等于所述的光敏树脂的1.5倍。
本申请还提供了一种所述的连续3D打印设备的控制方法，包括如下步骤：
步骤1.在所述的打印仓的底部注入透光分层介质和光敏树脂，所述的透光分层介质的密度大于该光敏树脂的密度，形成透光分层介质在下，光敏树脂在上的液体池；
步骤2.对打印仓内通入二氧化碳气体5-10分钟，使打印仓内充满二氧化碳气体并维持正压，打印平台下降，开启投影装置进行投影；
步骤3.打印平台在牵引轨道上缓慢上升，开启固化装置，对打印成型的三维模型加速固化，材料补充泵持续向打印仓内补充光敏树脂，启动循环冷却装置对打印仓内的透光分层介质进行循环冷却；
步骤4.打印平台随牵引轨道从所述的打印仓的上部开口处引出，使固化的三维模型落在输送机构上，打印平台逐渐脱离所述的牵引轨道并转移到输送机构上，由输送机构牵引打印平台继续移动，输送机构带动三维模型进入烘干装置进一步固化；
步骤5.连续打印直至打印完毕，将所述的打印平台与三维模型分离，向牵引轨道内送入新的打印平台，进行下一轮打印。
以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，本申请要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于超长柔性体成型的连续3D打印设备，其特征在于，包括：
投影装置；
打印仓，位于所述的投影装置上方用以形成半遮蔽的打印通道，所述的打印仓的底部透明，且盛放有光敏树脂以及密度大于该光敏树脂的透光分层介质，所述的透光分层介质为液体且与所述的光敏树脂互不相容，以使得所述的光敏树脂在两种物质交界面发生聚合反应，所述的打印仓的上部具有开口；
固化装置，位于所述的打印仓内，用于加速固化打印成型的三维模型；
输送机构，位于所述的打印仓的开口处，用于承载并输送固化后的三维模型；
牵引轨道以及打印平台，所述的打印平台可移动地设置在所述的牵引轨道上，所述的牵引轨道被配置成为所述的打印平台提供一自所述的打印仓内部到所述的输送机构上方的牵引路径。
2.根据权利要求1所述的连续3D打印设备，其特征在于，还包括用于使所述的打印仓内充满非氧气体的加气装置。
3.根据权利要求2所述的连续3D打印设备，其特征在于，所述的非氧气体为氮气或二氧化碳气体。
4.根据权利要求2所述的连续3D打印设备，其特征在于，所述的开口处距离所述的打印仓的底部30-50cm。
5.根据权利要求1所述的连续3D打印设备，其特征在于，在所述的输送机构的上方，所述的打印平台可选择性的与所述的牵引轨道脱离。
6.根据权利要求1所述的连续3D打印设备，其特征在于，还包括用于为所述的打印仓连续供应光敏树脂的材料供应装置。
7.根据权利要求1所述的连续3D打印设备，其特征在于，还包括用于冷却并使所述的打印仓内的透光分层介质保持循环流动的循环冷却装置。
8.根据权利要求1所述的连续3D打印设备，其特征在于，还包括烘干装置，所述的烘干装置位于所述的输送机构的中游或下游。
9.根据权利要求1所述的连续3D打印设备，其特征在于，所述的固化装置包括多组设置在所述的打印仓内壁的紫外灯，所述的固化装置位于所述的打印通道的中游。
10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的连续3D打印设备的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.在所述的打印仓的底部注入透光分层介质和光敏树脂，所述的透光分层介质的密度大于该光敏树脂的密度，所述的透光分层介质为液体且与所述的光敏树脂互不相容，以使得所述的光敏树脂在两种物质交界面发生聚合反应；
步骤2.打印平台下降，开启投影装置进行投影；
步骤3.打印平台在牵引轨道上缓慢上升，开启固化装置，对打印成型的三维模型加速固化；
步骤4.打印平台随牵引轨道从所述的打印仓的上部开口处引出，使固化的三维模型落在所述的输送机构上，所述的打印平台脱离所述的牵引轨道，并由所述的输送机构牵引所述的打印平台继续移动；
步骤5.打印完毕，将所述的打印平台与三维模型分离。
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