CN115958791A

CN115958791A - 一种底曝光光固化3d打印的浆料槽及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115958791A
Application number: CN202211611283.4A
Authority: CN
Inventors: 连芩; 关志强; 李涤尘; 王帅伟; 郑誉; 齐晨云
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-04-14

Abstract

本发明公开了一种底曝光光固化3D打印的浆料槽及其制备方法和应用，属于3D打印技术领域。本发明公开的底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，在含硅或含氟薄膜的两个表面分别涂覆功能剂，干燥后，得到改性薄膜，随后将改性薄膜设置在浆料槽本体的底部的透光底板上，得到一种底曝光光固化3D打印的浆料槽。使得低分子量的功能剂当做脱模剂作为与固化层的接触面，减小打印过程中固化层与薄膜的粘附作用；使得低分子量的功能剂当做抗静电剂改性薄膜与浆料槽的接触面，改善薄膜与浆料槽的透光板之间的吸附效应，降低打印过程中固化层所受分离力，提高底曝光光固化3D打印的工艺可靠性。

Description

一种底曝光光固化3D打印的浆料槽及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种底曝光光固化3D打印的浆料槽及其制备方法和应用。

背景技术

面曝光光固化是按投影仪所曝的UV光掩模来使光固化浆料发生液-固转变的，这种技术成形精度高、效率高且表面质量好，是先进制造技术中的主流成形方法之一。面曝光光固化根据投影仪与浆料槽的相对位置分为两种方式，投影仪在浆料槽上方的上曝光式(自由面曝光)和投影仪在浆料槽下方的底曝光式(约束面曝光)。相较于上曝光式，底曝光式只需很少的浆料就可以启动打印，成形零件高度不受浆料槽与槽内浆料深度的限制，且槽内液体的波动不会影响透明底板上所生成单层固化物的平整度，因而成形精度更高，是目前面曝光光固化的主要形式。

底曝光式光固化打印可分为曝光固化、分离和下压三个过程。首先，在受约束表面(浆料槽槽底)和工作台之间约束了一薄层(厚度为打印模型的分层厚度)的液态光固化浆料，UV光穿透透明约束表面并固化该层浆料，使新固化层粘接在工作台或者前一层固化层上。其次，工作台带动新固化层向上移动与受约束表面分离，同时新的液态浆料填充到工作台与受约束表面之间，为下一层固化做准备。最后，工作台带着新固化层下压至新固化层与受约束表面间间隔一个分层厚度的距离，开始下一层的固化，层层叠加以完成堆积成形的过程。

在底曝光光固化3D打印的整个工艺流程中，分离是一个巨大的挑战。该过程需在不破坏新固化层自身及其与已固化层的粘接强度的基础上完整的分离新固化层与受约束表面。在分离过程中，将固化层与受约束表面分离所需的力(也就是固化层所受的力)称为分离力。当新固化层固化完全后，固化层与槽底之间就变成了真空状态，而分离力的临界值就是释放真空状态时的最大载荷，此外，分离力还与固化层的打印幅面成正比。当分离力过大时，极易发生新旧固化层的粘接失效，从而导致零件打印失败，极大的限制了底曝光光固化3D打印的可打印尺寸和工艺可靠性。

文献[On-line force monitoring of platform ascending rapid prototypingsystem.Journal of Materials Processing Technology.平台上升式快速成形系统的实时力监测.材料加工技术杂志.2005,159:257-264]在浆料槽槽底铺设了一层高透明、低表面能、且高弹性的硅膜当做槽底与固化层之间的介质。虽然硅膜由于自身较低的表面能不易与光固化的材料粘结，但是同时由于硅膜自身所具有的较高的介电性能，这就使得硅膜极易与槽底发生静电吸附。而当硅膜与槽底发生了较强的吸附效应时，固化层与硅膜之间的真空状态就会很难打破，因此将固化层与硅膜(受约束表面)分离所需的力仍然很大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种底曝光光固化3D打印的浆料槽及其制备方法和应用，用于解决底曝光光固化打印过程中分离力过大的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，包括以下步骤：

S1：在含硅或含氟薄膜的两个表面分别涂覆功能剂，干燥后，得到改性薄膜；

S2：将改性薄膜设置在浆料槽本体的底部的透光底板上，得到一种底曝光光固化3D打印的浆料槽。

进一步地，S1中，所述功能剂为聚丙二醇或聚乙二醇；所述含硅或含氟薄膜为聚四氟乙烯薄膜、聚全四氟乙丙烯薄膜或聚二甲基硅氧烷薄膜。

进一步地，S1中，所述功能剂的涂覆厚度为10～20μm。

进一步地，S1中，所述聚二甲基硅氧烷薄膜在使用前采用酒精对其表面进行清洗，并进行干燥处理。

进一步地，S1中，所述干燥为在室温环境下晾置12～24h。

进一步地，S2中，将改性薄膜采用硅橡胶粘接在浆料槽本体的底部；所述硅橡胶粘接的区域为浆料槽本体底部的边缘处。

进一步地，所述改性薄膜的形状为厚度为0.1～0.7mm；直径为180～200mm的圆形；所述透光底板的材料为无色透明的石英玻璃或亚克力，所述透光底板的厚度为5～10mm。

本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽。

本发明还公开了上述底曝光光固化3D打印的浆料槽的应用，采用所述底曝光光固化3D打印的浆料槽进行底曝光光固化3D打印时，包括以下步骤：

在底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部和工作台之间约束一层光敏材料，UV光穿透底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部，并固化该层光敏材料，得到新固化层，并使得新固化层粘接在工作台或者前一层固化层上；随后工作台带动新固化层向上移动与底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部分离，同时，新的光敏材料填充到工作台与底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部之间，为下一层固化做准备；重复上述步骤，直至在工作台与底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部之间得到实体零件。

进一步地，所述光敏材料一层的厚度为3D打印模型的分层厚度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，对聚二甲基硅氧烷薄膜采用低分子量的功能剂进行改性，随后放置在浆料槽本体的底部，使得低分子量的功能剂当做脱模剂作为与固化层的接触面，使该表面光滑、洁净且易于脱离，从而减小打印过程中固化层与薄膜的粘附作用；同时使得低分子量的功能剂当做抗静电剂改性薄膜与浆料槽的接触面，并且改善薄膜与浆料槽的透光板之间的吸附效应，从而在分离初期就从薄膜底部引入空气来破坏固化层与薄膜之间的真空状态，降低打印过程中固化层所受分离力，提高底曝光光固化3D打印的可打印尺寸及工艺可靠性；本发明公开的制备方法操作简单、容易实现、制造成本低，可实现产业化生产。

本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的底曝光光固化3D打印的浆料槽，由于其使得低分子量的功能剂作为与固化层的接触面，大大降低了底曝光光固化打印时的分离力，具有广阔的应用前景。

本发明还公开了上述底曝光光固化3D打印的浆料槽得应用，在进行底曝光光固化3D打印时，能够降低打印过程中固化层所受分离力，得到的成品质量好，制备工艺可靠，提高了生产效率和成品率。

附图说明

图1为本发明底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法的工艺流程图；

图2为采用本发明底曝光光固化3D打印的浆料槽进行打印时的示意图；

图3为固化层分离过程的示意图。

其中：1-浆料槽本体；2-光敏材料；3-工作台；4-实体零件；5-改性薄膜；6-硅橡胶。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明公开了一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，包括以下步骤：

对含硅或含氟薄膜的表面先用酒精清洗，后用无纺布做擦拭干燥处理；随后将聚丙二醇或聚乙二醇用毛刷均匀的涂覆于经过清洗、干燥后的薄膜正反表面；随后在室温环境下晾置至少12～24h，待薄膜表面干燥后完成改性薄膜制作，得到改性薄膜5；

将改性薄膜5采用硅橡胶6粘接在浆料槽本体1底部的透光底板上，得到一种底曝光光固化3D打印的浆料槽。

其中，所述薄膜为含硅或含氟类材料，包括硅橡胶(例如：硅酮)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚全四氟乙丙烯(FEP)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等类型的薄膜，所述薄膜的厚度为0.1～0.7mm；所述的浆料槽本体1的透光底板为透光性能良好的材料，包括透明无色的石英玻璃、亚克力等，所述透光底板的厚度为5～10mm；所述的聚丙二醇或聚乙二醇为型号为PPG400、PEG400的低分子量聚合物。

图2所示，采用本发明的底曝光光固化3D打印的浆料槽进行底曝光光固化3D打印时，选取0.5mm厚的PDMS(聚二甲基硅氧烷)薄膜，浆料槽本体1选取尺寸为φ180mm、高为30mm的圆形高透光容器，将PDMS薄膜裁剪成尺寸为φ180mm形状，然后对其表面先用酒精清洗，后用无纺布做擦拭干燥处理；

将PPG400(聚乙二醇)用毛刷均匀的涂覆于经清洗干燥后的PDMS薄膜正反表面，随后在室温环境下晾置12h，待薄膜表面干燥后完成改性薄膜制作，得到改性薄膜5；

将改性薄膜5用硅橡胶6粘在浆料槽本体1内的刚性透光底板上以完成特殊浆料槽的制作。如图2所示，将改性薄膜5用硅橡胶粘在浆料槽本体1底部的透光底板上，硅橡胶的粘接区域集中在浆料槽的边缘6位置，光敏材料2在UV光作用下发生固化，并粘结在工作台3上，最终成形实体零件4。

整个分离过程如图3所示，由于薄膜经过脱模剂PPG400的改性，在面向实体零件4的一侧，薄膜光滑且易分离；同时，薄膜经过抗静电剂PPG400的去静电处理，不易与浆料槽1发生吸附，因此在分离初期就可以在薄膜底部引入空气来破坏固化层与薄膜之间的真空状态，极大的降低打印过程中固化层所受分离力。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在含硅或含氟薄膜的两个表面分别涂覆功能剂，干燥后，得到改性薄膜(5)；

S2：将改性薄膜(5)设置在浆料槽本体(1)的底部的透光底板上，得到一种底曝光光固化3D打印的浆料槽。

2.根据权利要求1所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，其特征在于，S1中，所述功能剂为聚丙二醇或聚乙二醇；所述含硅或含氟薄膜为聚四氟乙烯薄膜、聚全四氟乙丙烯薄膜或聚二甲基硅氧烷薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，其特征在于，S1中，所述功能剂的涂覆厚度为10～20μm。

4.根据权利要求1所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，其特征在于，S1中，所述聚二甲基硅氧烷薄膜在使用前采用酒精对其表面进行清洗，并进行干燥处理。

5.根据权利要求1所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，其特征在于，S1中，所述干燥为在室温环境下晾置12～24h。

6.根据权利要求1所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，其特征在于，S2中，将改性薄膜(5)采用硅橡胶(6)粘接在浆料槽本体(1)的底部；所述硅橡胶(6)粘接的区域为浆料槽本体(1)底部的边缘处。

7.根据权利要求1所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法，其特征在于，所述改性薄膜(5)的形状为厚度为0.1～0.7mm；直径为180～200mm的圆形；所述透光底板的材料为无色透明的石英玻璃或亚克力，所述透光底板的厚度为5～10mm。

8.一种底曝光光固化3D打印的浆料槽，其特征在于，采用权利要求1～7中任意一项所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的制备方法制备得到。

9.权利要求8所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的应用，其特征在于，采用所述底曝光光固化3D打印的浆料槽进行底曝光光固化3D打印时，包括以下步骤：

在底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部和工作台(3)之间约束一层光敏材料(2)，UV光穿透底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部，并固化该层光敏材料(2)，得到新固化层，并使得新固化层粘接在工作台(3)或者前一层固化层上；随后工作台(3)带动新固化层向上移动与底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部分离，同时，新的光敏材料(2)填充到工作台(3)与底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部之间，为下一层固化做准备；重复上述步骤，直至在工作台(3)与底曝光光固化3D打印的浆料槽的底部之间得到实体零件(4)。

10.根据权利要求9所述的一种底曝光光固化3D打印的浆料槽的应用，其特征在于，所述光敏材料(2)一层的厚度为3D打印模型的分层厚度。