CN115972567A - 一种基于双引发粘结剂的dlp打印方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，具体涉及一种基于光‑热引发聚合物的DLP3D打印方法，为解决目前DLP3D打印固化不完全，二次固化导致固化成形时间过长，且DLP打印过程中脱模困难的问题。制作光热双引发打印聚合物；打印装置的底板上呈矩形安装有加热棒；将打印装置安装在DLP3D打印机上，打印件安装在底板与打印料槽之间，定位打印机；获得打印模型的切片集，读取每层切片中打印图案位置，记录对应的加热棒编号；确定每张切片的最佳恒定温度；将光热双引发打印聚合物倒入打印料槽中，根据某层的打印图案、加热棒编号、恒定温度打印，等待光固化设定时间，完成单层打印；直至所有切片打印完成。
Description
技术领域
本发明涉及一种DLP3D打印方法，具体涉及一种基于光-热引发聚合物的DLP3D打印方法，属于3D打印领域。
背景方法
Digital Light Procession(DLP)3D打印技术至今仍是打印高表面质量聚合物零件的首选方法。DLP成形方法基于低粘度的液体光聚合树脂，通过控制光源进行树脂的选择性固化实现逐层打印。DLP和FusedDeposition Modeling(FDM)打印方式因为其较为简单的成形原理，而成为日常生活中人们应用最多的两种3D打印。与DLP不同的是，FDM是基于加热棒加热喷头至一定温度(一般为200摄氏度)，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息作平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的沉积出人们需要的形状。与FDM相比，DLP成型精度较高，而且不受打印件结构复杂程度的影响，可以最大程度的满足几何设计需求。
传统的光固化树脂通常以(甲基)丙烯酸酯为基础，通过光敏光引发剂产生自由基开始聚合。不完全固化的打印零件的力学性能会随着时间改变。也因此这些打印零件需要打印后进行二次固化处理(对打印件进行二次紫外光照射)，才能达到其最终的力学性能。二次固化处理往往只能作用于打印零件的表面区域。也因此研究者们通常采用打印过程中增加固化时间的方式提高打印零件内部的固化程度。这无疑延长了DLP的成形时间。而且对于单层打印来说，近光源面的充分固化产生的粘结力会大于远光源面(底板)的结合力，导致脱模现象的产生。虽然通过添加热引发剂可以有效的提升打印零件的固化程度，甲基丙烯酸酯的整体固化受到固化温度的强烈影响，较高的固化温度会导致整体固化聚合物内较高的转化率，通过后期加热固化的方式可以有效的提升打印零件的固化程度，但这种方式不可避免地延长DLP成形周期，而且无法有效地解决脱模现象。
目前DLP打印方式相较于其他3D打印原理的打印方式(例如，SLS、SLM、FDM等)无较大的能量输入(主要指热量)，温度对于DLP成形效果的影响研究也相对较少。其主要原因在于DLP打印通常成形区域较小，加热温度场通常难以较为准确的控制，会导致除打印区域外的树脂在温度的影响下发生固化进而导致打印失败。
发明内容
本发明为了解决目前DLP3D打印固化不完全，二次固化导致固化成形时间过长，且DLP打印过程中脱模困难的问题，进而提出了一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法。
它包括以下步骤：
S1、制作光热双引发打印聚合物；
S2、DLP 3D打印机的打印装置从下至上依次包括DLP光源、紫外光、DLP打印料槽、底板和加热棒，底板上呈矩形分布有多个圆孔，每个圆孔中安装有一个加热棒；
将打印装置安装在DLP 3D打印机上，将打印件安装在底板与DLP打印料槽之间，对DLP 3D打印机进行定位；
对打印模型进行切片处理，获得切片集，读取每一层切片中打印图案的位置，并记录每个打印图案对应的加热棒编号；
S3、将每张切片打印图案对应的加热棒加热至不同的恒定温度T，每个恒定温度T稳定时，均利用热成像仪对所有加热棒，以及不同加热温度下每张切片的温度分布进行记录，得到每张切片的最佳恒定温度T；
S4、将S1中的光热双引发打印聚合物倒入DLP打印料槽中，根据第m层的打印图案和对应的加热棒编号，将加热棒加热到对应的恒定温度T，DLP底板运动到打印位置，等待光固化设定时间，完成单层打印，在打印过程中对下一层打印图案范围内的加热棒进行预热；直至完成所有切片的打印。
进一步地，S1中制作光热双引发打印聚合物，具体过程为：
S11、取n g的甲基丙烯酸酯，向其中加入热引发剂、光引发剂和光吸收剂，在60°C温度下进行磁力搅拌，搅拌时间为2小时；
S12、对聚合物的粘度进行常规测试，根据粘度测试结果加入高粘度或低粘度的同类甲基丙烯酸酯单体对聚合物的粘度进行调节，使聚合物的粘度满足DLP打印粘度。
进一步地，S11中n的取值为[50-500g]；热引发剂和光引发剂的含量均为1-1000ppm。
进一步地，S11中热引发剂为过氧化苯甲酰叔丁酯，光引发剂为光引发剂苯二磷氧化膦，光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
进一步地，S13中聚合物的粘度范围为50-500mPa.s。
进一步地，S2中切片的厚度为30-200微米。
进一步地，S2中加热棒编号为(u，v)，u为第u列加热棒，v为第v行加热棒。
进一步地，S3中恒定温度T的取值范围为25℃-200℃。
进一步地，S4中光固化设定时间为5-60s。
进一步地，S4还包括，每增加一层切片，上一层切片的恒定温度T都小于当前层切片的恒定温度T。
有益效果：
本发明利用(甲基)丙烯酸酯、热引发剂、光引发剂和光吸收剂制作光热双引发打印聚合物。在DLP 3D打印机的打印装置上安装加热棒，将加热棒呈矩形阵列安装在底板上。根据切片信息识别每一层切片中打印图案的位置，并记录每个打印切片(图案)对应的加热棒编号。选定每张切片的最佳恒定温度T，将光热双引发打印聚合物倒入DLP打印料槽中，根据第m层的打印图案和对应的加热棒编号，将加热棒加热到对应的恒定温度T，DLP底板运动到打印位置，等待光固化设定时间，完成单层打印，在打印过程中对下一层打印图案范围内的加热棒进行预热；直至完成所有切片的打印。每增加一层切片，上一层切片的恒定温度T都小于当前层切片的恒定温度T。
本发明基于光热双引发打印聚合物，利用控制加热矩阵实现DLP打印过程中充分固化，提高了打印图案区域内聚合物的固化程度(特别是远光源区域的固化程度)，减少了固化时间，解决了打印过程中打印件脱模的问题。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是DLP 3D打印机打印装置的结构示意图；
图3是底板和加热棒的结构示意图；
图4是加入打印件后的DLP 3D打印机打印装置的结构示意图；
图5是实施例1中的打印模型结构示意图；
图6是第5层打印切片结构示意图，对应的加热棒编号为(2，2)，(4，4)；
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，它包括以下步骤：
S1、制作光热双引发打印聚合物，具体过程为：
取n g的(甲基)丙烯酸酯，向其中加入热引发剂、光引发剂和光吸收剂，在60℃温度下进行磁力搅拌，搅拌时间为2小时，对聚合物的粘度进行常规测试，根据粘度测试结果加入高粘度或低粘度的同类(甲基)丙烯酸酯单体对聚合物的粘度进行调节，使之满足DLP打印粘度需求。
n的一般取值为[50-500g]，根据打印件的大小选定；热引发剂为过氧化苯甲酰叔丁酯；光引发剂为光引发剂苯二(2,4,6-三甲基苯甲酰)磷氧化膦；光吸收剂为UV-531(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)、UV-1995等；热引发剂和光引发剂的含量均为1-1000ppm；聚合物的粘度范围为50-500mPa.s。
S2、DLP 3D打印机的打印装置从下至上依次包括DLP光源、紫外光、DLP打印料槽、底板和加热棒，底板上呈矩形分布有多个圆孔，每个圆孔中安装有一个加热棒，将打印装置安装在DLP 3D打印机上，将打印件安装在底板与DLP打印料槽之间，对DLP 3D打印机进行定位，并对打印模型进行切片处理，获得切片集，读取每一层切片中打印图案的位置，并记录每个打印图案对应的加热棒编号。
切片的厚度为30-200微米；加热棒编号为(u，v)，u为第u列加热棒，v为第v行加热棒。底板和加热棒可以看作加热矩阵。
S3、将每张切片打印图案对应的加热棒加热至不同的恒定温度T，每个恒定温度T稳定时，均利用热成像仪对所有加热棒，以及不同加热温度下每张切片的温度分布进行记录，得到每张切片的最佳恒定温度T。
恒定温度T的取值范围为25℃-200℃。此步骤属于准备阶段，需要改变T的大小(例如间隔10、20、30摄氏度选择T)确定不同温度T下的温度场分布，减少加热对于非打印区域的影响，确定每张切片的最佳恒定温度T，为S4、5中加热棒的T的选择奠定基础。
S4、将S1中的光热双引发打印聚合物倒入DLP打印料槽中，根据第m层的打印图案和对应的加热棒编号，将加热棒加热到对应的恒定温度T，DLP底板运动到打印位置，等待光固化设定时间，完成单层打印，在打印过程中对下一层打印图案范围内的加热棒进行预热。
m取值为1，2，3…k，其中k为切片的总数；光固化设定时间为5-60s左右；
S5、随着打印层数的增加，为了保证新打印层的热引发固化效果，逐渐增加加热棒的设定温度，重复S3-S4完成整个打印件的打印。
因为随着打印层数的增加，加热棒距离底层的打印区域越来越远，如图4，为了保证打印层的固化效果，随着打印层数的增加逐渐对加热棒增加设定温度，但最终的温度主要是根据S3中温度场的分布来确定的。
实施例
如图1至图6所示，取100g的(甲基)丙烯酸酯，向其中加入10mg过氧化苯甲酰叔丁酯、600mg乙氧基化(2)双酚a-二甲基丙烯酸酯(SR348L)和27mg UV-1995，在60℃温度下对打印聚合物进行磁搅拌，搅拌时间为2小时，对聚合物的粘度进行测试，测得粘度为300mPa.s，满足DLP打印粘度需求。对DLP 3D打印机进行定位，对打印模型进行切片处理，获得层厚为50微米的切片，读取每一层中打印图案的位置，并记录打印图案范围内加热棒的编号。对加热矩阵局部的加热棒进行加热到恒定温度60摄氏度，等到温度稳定利用热成像仪对不同加热棒和不同的加热温度下加热温度场的分布进行记录。将S1中配置的聚合物倒入DLP打印料槽中，读取第1层的打印图案和S2中加热棒的编号，对相应编号的加热棒进行加热，加热到温度60摄氏度，DLP底板运动到打印位置，等待光固化设定时间15S，完成单层打印，在打印过程中对下一层打印图案范围内的加热棒进行预热。随着打印层数的增加，逐渐增加加热矩阵加热棒的设定温度直到100摄氏度，重复S3-S4完成整个打印件的打印。
Claims (10)
1.一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、制作光热双引发打印聚合物；
S2、DLP 3D打印机的打印装置从下至上依次包括DLP光源、紫外光、DLP打印料槽、底板和加热棒，底板上呈矩形分布有多个圆孔，每个圆孔中安装有一个加热棒；
将打印装置安装在DLP 3D打印机上，将打印件安装在底板与DLP打印料槽之间，对DLP3D打印机进行定位；
对打印模型进行切片处理，获得切片集，读取每一层切片中打印图案的位置，并记录每个打印图案对应的加热棒编号；
S3、将每张切片打印图案对应的加热棒加热至不同的恒定温度T，每个恒定温度T稳定时，均利用热成像仪对所有加热棒，以及不同加热温度下每张切片的温度分布进行记录，得到每张切片的最佳恒定温度T；
S4、将S1中的光热双引发打印聚合物倒入DLP打印料槽中，根据第m层的打印图案和对应的加热棒编号，将加热棒加热到对应的恒定温度T，DLP底板运动到打印位置，等待光固化设定时间，完成单层打印，在打印过程中对下一层打印图案范围内的加热棒进行预热；直至完成所有切片的打印。
2.根据权利要求1中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S1中制作光热双引发打印聚合物，具体过程为：
S11、取n g的甲基丙烯酸酯，向其中加入热引发剂、光引发剂和光吸收剂，在60℃温度下进行磁力搅拌，搅拌时间为2小时；
S12、对聚合物的粘度进行常规测试，根据粘度测试结果加入高粘度或低粘度的同类甲基丙烯酸酯单体对聚合物的粘度进行调节，使聚合物的粘度满足DLP打印粘度。
3.根据权利要求2中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S11中n的取值为[50-500g]；热引发剂和光引发剂的含量均为1-1000ppm。
4.根据权利要求3中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S11中热引发剂为过氧化苯甲酰叔丁酯，光引发剂为光引发剂苯二磷氧化膦，光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
5.根据权利要求4中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S13中聚合物的粘度范围为50-500mPa.s。
6.根据权利要求5中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S2中切片的厚度为30-200微米。
7.根据权利要求6中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S2中加热棒编号为(u，v)，u为第u列加热棒，v为第v行加热棒。
8.根据权利要求7中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S3中恒定温度T的取值范围为25℃-200℃。
9.根据权利要求8中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S4中光固化设定时间为5-60s。
10.根据权利要求9中所述的一种基于双引发粘结剂的DLP打印方法，其特征在于：S4还包括，每增加一层切片，上一层切片的恒定温度T都小于当前层切片的恒定温度T。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |