CN116080063A - 一种快速3d打印设备 - Google Patents

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史斐
林文雄
李锦辉
刘华刚
张江钿
翁文
沈在平
陈恩泽
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

本发明提供一种快速3D打印设备，其树脂盘采用刚性底板，并且不需要传统的有机物薄膜和斜拉脱模装置，而依靠振动器带动树脂盘在水平方向的高频小幅振动，来实现固化模型与树脂盘底板的脱离，大大减少了设备成本和打印时间，提高了生产效率。

Description

一种快速3D打印设备
技术领域
本发明专利属于3D打印领域，具体涉及提供一种大尺寸快速3D打印设备。
背景技术
现有连续液面生成(CLIP)3D打印技术的快速成型机包括机柜本体、树脂盘、动力机构、控制系统和光源。这种打印方式存在以下主要问题：光敏树脂盘的底部是一层透明的有机物薄膜，当成型树脂固化层拉起时，固化层与薄膜之间持续的粘附力足以对薄膜和固化层树脂本身造成毁坏，有损薄膜的厚度和固化模型的机械强度。并且大面积打印的时候，粘附力会明显地将薄膜拉起变形，打印出的固化模型也会跟着变形。若采用斜拉的方式使得固化层与薄膜之间实现脱离，虽然可以将薄膜和固化模型之间的损伤降低到最低，但是这种方法大大增加了成本和打印时间。因此如何提供一种树脂样品固化无变形、可适应大尺寸打印并且打印效率高的3D打印设备是急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种快速3D打印设备，树脂盘采用刚性透明底板，并且不需要传统的有机物薄膜和斜拉脱膜装置，而依靠树脂盘在水平方向的高频小幅振动，来实现固化模型与树脂槽底板的脱离。
根据本发明的一个实施方式，本发明的3D打印设备包括框架本体、树脂盘、振动器、打印底板、投影光机、动力机构和控制系统。
根据本发明的一个实施方式，所述树脂盘的底板采用透明刚性板材。
根据本发明的一个实施方式，所述动力机构包括Z轴电机，Z运动轴、振动器、XY导轨。
根据本发明的一个实施方式，所述控制系统包括振动控制器、Z轴电机控制器和光机控制系统。
根据本发明的一个实施方式，所述投影光机与光机控制系统连接。
根据本发明的一个实施方式，所述振动控制器控制振动器振动，所述Z轴电机控制器与Z轴电机、Z运动轴电性连接。
根据本发明的一个实施方式，所述投影光机固定于框架主体的内部下方，树脂盘通过XY轴导轨和滑块，置于框架主体的中部，所述打印底板通过Z轴的运动滑块安装在Z运动轴的末端。
根据本发明的一个实施方式，所述XY轴导轨的X轴导轨在水平上平行固定于框架主体上方，所述XY轴导轨的Y轴导轨垂直固定于所述X轴导轨上，即X轴Y轴相互垂直，且都在水平面上。
根据本发明的一个实施方式，具体的，所述投影光机设于框架本体下部的底板上，透过树脂盘底板对盘内的树脂进行照射。
根据本发明的一个实施方式，具体的，Z运动轴可滑动的固定于框架主体上部的Z轴固定板上，Z轴固定板上具有水平方向上沿Z轴运动滑块对称布置的限位块，限定了Z运动轴末端的打印底板只能在竖直方向上运动。所述振动器固定在树脂盘上，所述树脂盘由于固定在XY导轨的滑块上，只能在水平方向上振动。
本发明的快速打印3D设备工作流程如下：
1、树脂盘内盛放一定量的光敏树脂，调节打印底板的位置，使得打印底板和树脂盘平行，根据打印精度的要求来确定间距，例如1-100μm。间隙之间充满光敏树脂。
2、通过振动控制器启动振动器，振动器带动树脂盘在水平面上高频振动，由于树脂盘受到竖直方向的约束，所以振动时候，打印底板和树脂盘之间的间距不会产生变化。并且打印底板和投影光机参照整个框架相对静止。
3、当树脂盘高频振动的时候，树脂盘内部中间区域的光敏树脂会由于惯性，保持原先的静止状态，这样，光敏树脂和树脂盘一直保持相对运动，而与打印底板会保持相对静止。
4、启动光机控制系统，投影光机透过树脂盘透明底板对内部的光敏树脂进行照射，被光照射区域的光敏树脂快速固化，由于光敏树脂和树脂盘一直保持相对运动，所以，固化的树脂样品不会粘结在树脂盘上，而由于光敏树脂与打印底板保持相对静止，所以固化的树脂样品会牢牢粘结在打印底板上。
5、同时，Z轴电机对打印底板进行提拉，打印底板带着固化的模型上升，不断重复2-5步骤，直至整个样品打印完成。
本发明专利与现有技术相比具有以下优点：
1)树脂盘采用刚性透明的底板，不变形，可以实现大尺寸样品的打印；
2)打印过程中，固化模型和树脂盘之间没有粘结，不会有粘结力，保证了打印模型成功率的同时也提高了树脂盘的寿命；
3)在打印过程中同时实现样品与树脂盘的脱离，取消了斜拉脱膜装置，大大减少了设备成本和打印时间，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明的3D打印设备装置示意图。
图2为本发明的3D打印设备工作流程示意图。
图3为对比例1的3D打印设备装置示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1
树脂盘的底板采用20*20cm的刚性大且光透过率高的JGS2石英片,首先在树脂盘内盛放光敏树脂，启动Z轴电机控制器调节打印底板的位置，并调节使得打印底板和树脂盘底板平行，并且间距100μm，间隙之间充满光敏树脂，利用振动控制器启动振动器，振动器带动树脂盘在水平面上以200Hz的频率进行振动，此时通过光机控制系统启动投影光机，透过树脂盘的透明底板对盘内光敏树脂进行照射，被光照射区域的光敏树脂快速固化，固化10秒钟后关闭光机，由于固化后的树脂样品牢牢粘结在打印底板上，此时启动Z轴电机对打印底板进行提拉，打印底板带着固化的模型上升100μm，便完成了一层的打印，重复以上步骤，直至多层的整个样品打印完成，打印时间为每层11秒钟,打印模型样品表面无拉痕。
实施例2
树脂盘的底板采用50*50cm的刚性大且光透过率高的JGS2石英片,首先在树脂盘内盛放光敏树脂，启动Z轴电机控制器调节打印底板的位置，并调节使得打印底板和树脂盘底板平行，并且间距1μm，间隙之间充满光敏树脂，利用振动控制器启动振动器，振动器带动树脂盘在水平面上以30Hz的频率进行振动，此时通过光机控制系统启动投影光机，透过树脂盘的透明底板对盘内光敏树脂进行照射，被光照射区域的光敏树脂快速固化，固化5秒钟后关闭光机，由于固化后的树脂样品牢牢粘结在打印底板上，此时启动Z轴电机对打印底板进行提拉，打印底板带着固化的模型上升1μm，便完成了一层的打印，重复以上步骤，直至多层的整个样品打印完成，打印时间为每层6秒钟,打印模型样品表面无拉痕。
对比例1
树脂盘的底板采用20*20cm的PMMA刚性大且光透过率高的JGS2石英片,首先在树脂盘底部涂敷一层脱膜剂，树脂盘内盛放光敏树脂，调节打印底板的位置，使得打印底板和树脂盘底板平行，并且间距100μm，间隙之间充满光敏树脂，启动投影光机，透过树脂盘的透明底板对盘内光敏树脂进行照射，被光照射区域的光敏树脂快速固化，固化10秒钟后关闭光机，此时启动斜拉装置对树脂槽进行向下斜拉一定角度，使得样品与树脂槽底部完全脱离，之后树脂槽恢复到原始位置。打印底板带着固化的模型上升100μm，便完成了一层的打印，重复以上步骤，直至多层的整个样品打印完成，打印时间为每层30秒，打印模型样品表面无明显拉痕。
对比例2
树脂盘的底板采用50*50cm的普通刚性透明底板,首先在树脂盘底部涂敷一层脱膜剂，树脂盘内盛放光敏树脂，调节打印底板的位置，使得打印底板和树脂盘底板平行，并且间距1μm，间隙之间充满光敏树脂，启动投影光机，透过树脂盘的透明底板对盘内光敏树脂进行照射，被光照射区域的光敏树脂快速固化，固化10秒钟后关闭光机，此时启动斜拉装置对树脂槽进行向下斜拉一定角度，使得样品与树脂槽底部完全脱离，之后树脂槽恢复到原始位置。打印底板带着固化的模型上升1μm，便完成了一层的打印，重复以上步骤，直至多层的整个样品打印完成，打印时间为每层25秒，打印模型样品表面仍有少量拉痕。
通过上述实施例以及对比例的对比不难看出，本发明打印过程中，固化模型和树脂盘之间没有粘结，不会有粘结力，保证了打印模型成功率的同时也提高了树脂盘的寿命，同时取消了斜拉脱膜装置，大大减少了设备成本和打印时间，提高了生产效率，还可以实现大尺寸样品的打印。
以上对本发明示例性的实施方式进行了说明。但是，本申请的保护范围不拘囿于上述实施方式。本领域技术人员在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种快速3D打印设备，其特征在于，所述快速3D打印设备包括框架本体、树脂盘、打印底板、投影光机、动力机构和控制系统；
所述动力机构包括Z轴电机、Z运动轴、振动器、XY轴导轨；
所述控制系统包括振动控制器、Z轴电机控制器和光机控制系统；
所述振动控制器控制振动器水平振动，所述Z轴电机控制器与Z轴电机、Z运动轴电性连接；
所述投影光机与所述光机控制系统连接；
所述投影光机固定于框架主体的内部下方，树脂盘通过连接XY轴导轨和XY轴导轨上的滑块，置于框架主体上方的中部；
所述打印底板通过Z轴的运动滑块安装在Z运动轴的末端，所述Z运动轴可滑动的固定于框架主体外部上方的Z轴固定板上，所述投影光机能够透过树脂盘底板对树脂盘内的树脂进行照射；
所述振动器固定在树脂盘上。
2.根据权利要求1所述的一种快速3D打印设备，其特征在于，所述投影光机设于框架本体内部下方的底板上，所述XY轴导轨的X轴导轨在水平上平行固定于框架主体上方，所述XY轴导轨的Y轴导轨垂直固定于所述X轴导轨上。
3.根据权利要求1-2之一所述的一种快速3D打印设备，其特征在于，所述Z轴固定板上具有水平方向上沿Z轴运动滑块对称布置的限位块。
4.根据权利要求1所述的一种快速3D打印设备，其特征在于，所述振动器的振动频率在30-200Hz。
5.根据权利要求1所述的一种快速3D打印设备，其特征在于，所述树脂盘底板采用刚性大且光透过率高的JGS2石英片。
6.根据权利要求1所述的一种快速3D打印设备，其特征在于，所述打印底板和树脂盘平行，并且间距1-100μm。
7.根据权利要求1所述的一种快速3D打印设备，其特征在于，所述快速3D打印设备的打印时间为每层6-11秒。
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