CN204773601U - 涂覆式光固化3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种涂覆式光固化3D打印机，包括光源装置、计算机控制装置、树脂涂覆槽、树脂盒、成型平台，其中光源装置设置在树脂涂覆槽下方对树脂涂覆槽进行照射，树脂盒和成型平台设置在树脂涂覆槽上方，计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平运动以及控制成型平台升降。本实用新型采用树脂盒以及活动密封条，能够在单次固化之前进行树脂的涂覆，对绝大多数的树脂进行密封保存，而避免失效以及对环境的污染。每一层树脂固化前通过树脂涂覆槽移动，将树脂盒内的树脂均匀涂覆在树脂涂覆槽内，完成模型的成型。

Description

涂覆式光固化3D打印机

【技术领域】

本实用新型涉及一种利用涂覆方式光固化进行三维实物模型制作的增材制作设备，尤其涉及涂覆式光固化及其打印方法。

【背景技术】

目前3D打印技术被誉为“第三次工业革命”，被广泛的应用于工业、医疗、教学、航空航天等领域。3D打印技术的主流技术包括立体光固化技术(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光熔化技术(SLM)、数字光处理技术(DLP)、三维打印黏结成型(3DP)等。

立体光固化技术(StereoLithographyAppearance，简称SLA)，是最早出现的快速原型制造工艺，SLA技术所用光源为激光，具有波长单一、光斑尺寸小和功率密度大的特点，通过精确控制扫描头，可以实现零件高速度、高精度成型。但现有的SLA系统设计复杂，激光从上向下照射，在成型过程中，为了保证树脂液体加工表面的平整度，需要复杂的装置来调节液面平整度，使得整体系统体积过大并且造价昂贵；为此，人们开发了小型的桌面型SLA，激光从底部向上照射，近年来出现了数字光处理DLP的投影技术，也是从底部向上投影。在成型过程中，往往需要一个树脂槽，事先将树脂倒入树脂槽中，光照射树脂使树脂层层固化成型。然而树脂长时间搁置在树脂槽中，受到外界光线的影响，树脂槽中的树脂容易固化失效，导致树脂浪费，增加使用成本。另一方面，树脂槽中存放的树脂通常有一定的气味，也容易造成环境污染问题。

【发明内容】

对以上情况提出了一种以光固化技术(SLA)或者DLP技术为基础的涂覆式光固化3D打印机。该涂覆式光固化打印机能够克服树脂污染、避免外部光线导致树脂固化失效，并且节约树脂用量，避免对外界产生污染。

涂覆式光固化3D打印机，其中包括光源装置、计算机控制装置、树脂涂覆槽、树脂盒、成型平台，其中光源装置设置在树脂涂覆槽下方对树脂涂覆槽进行照射，树脂盒和成型平台设置在树脂涂覆槽上方，计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平运动以及控制成型平台升降。

该树脂盒包括容纳树脂的盒体以及活动密封条，该盒体的下方设有一个树脂密封口，该密封口上设有活动密封条，该活动密封条在树脂密封口处控制树脂密封口开/闭状态。

该成型平台包括升降驱动机构以及成型基板，升降驱动机构驱动成型基板的在树脂涂覆槽上方的升降运动。

该树脂涂覆槽的底面由透明材质制成，而成型基板是由不锈钢或者铝制成。

该树脂涂覆槽的底面由透明硅胶制成。

在树脂涂覆槽下方设有水平驱动机构。

该光源装置为紫外线发生器和扫描振镜，或者紫外线发生器和DLP投影仪。

一种涂覆式光固化3D打印机的打印方法，其特征在于，采用涂覆式光固化3D打印机，该打印机包括光源装置、计算机控制装置、树脂涂覆槽、树脂盒、成型平台，其中光源装置设置在树脂涂覆槽下方对树脂涂覆槽进行照射，树脂盒和成型平台设置在树脂涂覆槽上方，计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平运动以及控制成型平台升降；该树脂盒包括容纳树脂的盒体以及活动密封条，该盒体的下方设有一个树脂密封口，该密封口上设有活动密封条，该活动密封条在树脂密封口处控制树脂密封口开/闭状态；

切片处理：用计算机对模型进行切片处理，获得3D模型的平面数据；

涂覆树脂：计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平移动，移动活动密封条，打开树脂盒的树脂口，将树脂涂覆在涂覆槽底面上；

成型平台接触树脂：成型平台下降与树脂涂覆层接触；

固化树脂：计算机控制光源装置对树脂涂覆层进行照射，光源装置从树脂涂覆槽底部往上方的光敏树脂照射；

单层脱离：固化的光敏树脂粘在成型平台上，成型平台上升，固化的树脂粘在成型平台上，与树脂涂覆槽脱离；

复位：计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平移动，以备下一次涂覆，第二次固化的树脂会粘在第一层固化树脂上；

重复单层固化成型，直至完成模型。

本实用新型采用树脂盒以及活动密封条，能够在单次固化之前进行树脂的涂覆，对绝大多数的树脂进行密封保存，而避免失效以及对环境的污染。每一层树脂固化前通过树脂涂覆槽移动，将树脂盒内的树脂均匀涂覆在树脂涂覆槽内，完成模型的成型。

【附图说明】

图1是本实用新型一实施例涂覆式光固化3D打印机的结构示意图；

其中：10、光源装置；20、计算机控制装置；30、树脂涂覆槽；40、树脂盒；41、盒体；42、活动密封条；50、成型平台；51、升降驱动机构；52、成型基板。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型附图和具体实施方式对本实用新型涂覆式光固化3D打印机进行进一步的详细说明。

请参考附图1：

其中示出了涂覆式光固化3D打印机，其中包括光源装置10、计算机控制装置20、树脂涂覆槽30、树脂盒40、成型平台50，其中光源装置10设置在树脂涂覆槽30下方对树脂涂覆槽30进行照射，树脂盒40和成型平台50设置在树脂涂覆槽30上方，计算机控制装置20控制树脂涂覆槽水平运动以及控制成型平台50升降。

该树脂盒40包括容纳树脂的盒体41以及活动密封条42，该盒体41的下方设有一个树脂密封口，该密封口上设有活动密封条42，该活动密封条42在树脂密封口处控制树脂密封口开/闭状态。在打印之前将光敏树脂全部灌装到盒体41内，此时密封口通过活动密封条42密封着。当需要打印时，移动开活动密封条42，树脂就会从树脂密封口中流淌出来，流到树脂涂覆槽30内，就可以进行涂覆树脂的过程了。

而该树脂涂覆槽30的底面由透明材质制成，一般可以采用透明硅胶；是为了让紫外线穿过树脂涂覆槽30底面照射到树脂上，让光敏树脂固化成型。在树脂涂覆槽30下方设有水平驱动机构，驱动树脂涂覆槽相对树脂盒水平移动，通过树脂盒与树脂涂覆槽的相对运动，将树脂在树脂涂覆槽底面涂覆上一层。通过这样方式涂覆出来的树脂，基本上比需要成型的平面稍大一些，而几乎没有多余的树脂浪费，而且由于光敏树脂都是存放在密封的树脂盒中，避免了外界光线对树脂的影响而导致固化失效，所以即使长时间存放在树脂盒里面也不会担心失效浪费材料，更加没有环境污染的问题。

该成型平台50包括升降驱动机构51和成型基板52，升降驱动机构驱动成型基板的在树脂涂覆槽上方的升降运动。成型平台主要用来附着模型带动模型一层层完成。

该光源装置为紫外线发生器和扫描振镜，或者紫外线发生器和DLP投影仪。计算机控制装置控制扫描振镜或者DLP投影仪使紫外线光束从树脂涂覆槽底部向上照射到树脂，透过透明的树脂涂覆槽底部直接对树脂进行照射，然后照射到的光敏树脂固化成型，而没有照射到的光敏树脂仍为液态。

一种涂覆式光固化3D打印机的打印方法，其特征在于，采用涂覆式光固化3D打印机，该打印机包括光源装置、计算机控制装置、树脂涂覆槽、树脂盒、成型平台，其中光源装置设置在树脂涂覆槽下方对树脂涂覆槽进行照射，树脂盒和成型平台设置在树脂涂覆槽上方，计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平运动以及控制成型平台升降；该树脂盒包括容纳树脂的盒体以及活动密封条，该盒体的下方设有一个树脂密封口，该密封口上设有活动密封条，该活动密封条在树脂密封口处控制树脂密封口开/闭状态；

切片处理：用计算机对模型进行切片处理，获得3D模型的平面数据；

涂覆树脂：计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平移动，移动活动密封条，打开树脂盒的树脂口，将树脂涂覆在涂覆槽底面上；

成型平台接触树脂：成型平台下降与树脂涂覆层接触；

固化树脂：计算机控制光源装置对树脂涂覆层进行照射，光源装置从树脂涂覆槽底部往上方的光敏树脂照射，照射到的光敏树脂固化成型，而没有照射到的光敏树脂仍为液态

单层脱离：固化的光敏树脂粘在成型平台上，成型平台上升，固化的树脂粘在成型平台上，与树脂涂覆槽脱离；

复位：计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平移动，以备下一次涂覆，计算机控制装置重复上一次过程，进行第二层切片的固化过程，第二次固化的树脂会粘在第一层固化树脂上；

重复单层固化成型，直至完成模型。完成的实体模型后，向上提升成型平台，可将固化的3D模型整体从成型基板上取下来，得到最终的成型模型。

树脂盒与树脂槽之间的高度间隙可调控；打开树脂盒底部的密封条，树脂盒中的树脂通过树脂盒密封口流到树脂槽中。树脂槽水平运动速度与树脂盒间高度间隙，决定了涂覆在树脂槽平面上的厚度。

树脂涂覆槽底面由硅胶制成，可以保证紫外光完全透过硅胶照射在光敏树脂上，光敏树脂受光照射固化，固化后的光敏树脂与硅胶不粘，而是粘在成型基板上，成型基板可以是不锈钢金属或者铝板等。

采用波长为355～405nm的紫外激光对液态光敏树脂材料进行固化；

采用扫描振镜控制x/y或DLP投影实现紫外光束在树脂表面的固化；

成型零件幅面为成形基板面积大小，成形高度为升降驱动机构的行程；

树脂涂覆槽可以取下来清洗后，循环使用。树脂盒可以取下来灌装树脂，供下次使用。

具体来说，打印过程可以细化为：装配调试装置，保证成形平台的移动顺畅，采用电动机作为成型平台的升降驱动机构，驱动成型基板在竖直方向上升降运动。

在活动密封条密封的情况下，往树脂盒里面灌装一定量的光敏树脂，并暂时保持活动密封条密封。然后将树脂盒安装到打印机上。

调试树脂涂覆槽下方的水平驱动机构，保证能稳定水平地驱动树脂槽沿着水平方向移动。紫外激光扫描振镜或者DLP投影仪安装放置在树脂涂覆槽下方，完成打印前准备工作。

启动计算机控制装置，利用三维软件对SLT三维模型进行分层处理，分层厚度设置为0.1mm，可以根据实际需要设置分层厚度。

计算机控制装置控制扫描振镜沿着x/y方向扫描，紫外激光或通过DLP投影出切片分层图形。打印开始后，首先移开移动密封条，树脂沿着密封口流出，同时，树脂涂覆槽水平往复运动，树脂被涂覆在树脂涂覆槽底面上。涂覆完成后，移动活动密封条，关闭树脂盒密封口。然后电机带动成型基板下降到离树脂槽0.1mm高度处，打开激光或DLP投影，使紫外光照射树脂固化。

固化完成后，电机升高，同时移开活动密封条，树脂从树脂盒中流出，树脂涂覆槽水平往复运动后，完成第二层树脂的涂覆。

重复上述第一步的动作，完成第二层的固化，第二固化层牢固地粘结在第一固化层上，这样不断重复以上步骤，直至三维实体模型打印完成。

提升成型平台，将成型基板上的模型从基板上取下，在能量更高的紫外光下进行二次固化。若对工件的表面要求严格，可再经打光、电镀、喷漆或着色处理。

本实用新型采用树脂盒以及活动密封条，能够在单次固化之前进行树脂的涂覆，对绝大多数的树脂进行密封保存，而避免失效以及对环境的污染。每一层树脂固化前通过树脂涂覆槽移动，将树脂盒内的树脂均匀涂覆在树脂涂覆槽内，完成模型的成型。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种涂覆式光固化3D打印机，其特征在于，其中包括光源装置、计算机控制装置、树脂涂覆槽、树脂盒、成型平台，其中光源装置设置在树脂涂覆槽下方对树脂涂覆槽进行照射，树脂盒和成型平台设置在树脂涂覆槽上方，计算机控制装置控制树脂涂覆槽水平运动以及控制成型平台升降。

2.根据权利要求1所述涂覆式光固化3D打印机，其特征在于，该树脂盒包括容纳树脂的盒体以及活动密封条，该盒体的下方设有一个树脂密封口，该密封口上设有活动密封条，该活动密封条在树脂密封口处控制树脂密封口开/闭状态。

3.根据权利要求1所述涂覆式光固化3D打印机，其特征在于，该成型平台包括升降驱动机构以及成型基板，升降驱动机构驱动成型基板在树脂涂覆槽的上方进行升降运动。

4.根据权利要求3所述涂覆式光固化3D打印机，其特征在于，该树脂涂覆槽的底面由透明材质制成，而成型基板是由不锈钢或者铝制成。

5.根据权利要求4所述涂覆式光固化3D打印机，其特征在于，该树脂涂覆槽的底面由透明硅胶制成。

6.根据权利要求5所述涂覆式光固化3D打印机，其特征在于，在树脂涂覆槽下方设有水平驱动机构。

7.根据权利要求1所述涂覆式光固化3D打印机，其特征在于，该光源装置为紫外线发生器和扫描振镜，或者紫外线发生器和DLP投影仪。