CN207579108U - 一种聚合物熔体微分光固化3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，由供料单元、树脂微分阵列单元和三维成型单元组成。采用光敏树脂为原料，以熔体微分技术及光固化技术为基础。本实用新型采用可单独控制各喷头开闭的微滴堆叠面成型的工作方式，由系统控制板对三维模型处理，规划每层打印过程中每个微孔喷头打开或关闭情况，在打印过程中，合成树脂溶液在树脂腔内通过精确控制气压向下推动、施加电场力拖拽和微孔喷头的开关共同作用下，使树脂溶液流经树脂微分阵列单元并从打开的微孔喷头处以微滴状喷射并沉积在成型平台表面。位于成型板下方的矩形轮廓UV紫外光灯带沿平行于金属阵列孔板方向向内照射使树脂沉积微滴进行固化，如此循环往复即可实现大型高精度三维成型。

Description

一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备

技术领域

本发明涉及3D打印快速成型领域，具体涉及一种可多喷头同时工作的闭环控制的聚合物熔体微分光固化3D打印装置。

背景技术

3D打印技术又称增材制造技术。光固化立体成型技术是3D打印技术的其中一种，该技术依靠光敏树脂在紫外光照射下快速固化现象实现对目标元件的三维成型。对于现有光固化立体成型装置而言，其打印产品由于投影设备尺寸的限制对其制品大小尺寸有一定限制，表面精度较低，打印中脱膜及固化成型时间较长，从而无法达到高效高速高精度工业化要求。

发明内容

本发明针对目前光固化立体成型装置打印尺寸受投影尺寸的限制、打印速度较慢、精度较低的特点，提出一种以光敏树脂微分阵列喷头为打印单元，采用光敏树脂为原料，以熔体微分技术及光固化技术为基础的装置。采用微滴堆叠面成型的工作方式，本发明可实现高速、高精度的生成大尺寸的零部件。

本发明的技术方案是：一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，由供料单元、树脂微分阵列单元和三维成型单元组成，所述供料单元包括气泵、树脂原料槽和气压传感器；所述光敏树脂微分阵列单元包括金属微分阵列孔板、高压静电发生器、接地装置和熔体微分喷头控制器；所述三维成型单元包括亚克力成型平台、金属极板、UV紫外光灯和竖直运动机构。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，供料单元位于装置最上方，树脂原料槽由四个金属支架固定，树脂原料槽内装有部分液态光敏树脂，液态光敏树脂上方是充气腔。树脂原料槽除下表面外均为具有防紫外线涂层的钢化玻璃材质，其下表面即为金属微分阵列孔板。上端设有进料口和进气口，工作时密封。气泵的气管通向树脂原料槽中树脂上方空间，增大树脂槽内气压对树脂材料施加一定的下压力，促使树脂材料从下部熔体微分阵列孔板内的通孔中喷射成滴。树脂原料槽内部设置有气压传感器，将树脂原料槽内部气体压力传输给气泵进行反馈，可实现精确供料。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，树脂熔体微分阵列单元固定于装置中部，上接树脂原料槽。金属微分阵列孔板安装于树脂原料槽正下方，即孔板为树脂原料槽底部结构，并固定于机架上。金属微分阵列孔板内各微孔喷头由熔体微分喷头控制器控制。金属孔板接地，使喷头孔板为低电势；将安装在成型平台下的金属极板连接高压静电发生器，为金属极板提供高电势，两极间形成电场，对电场间的熔体起向下拖拽的作用。通过控制各微孔喷头的开合，光敏树脂在树脂原料槽内气压挤出和电场力向下拉拽的共同作用下流经受熔体微分喷头控制器控制打开的微孔喷头并喷射成滴，通过熔体微分喷头控制器有序控制金属微分阵列孔板中各喷头微孔的开关动作可实现在成型平台上指定区域喷射树脂溶液并沉积光固化，进行三维成型。熔体微分喷头控制器内部控制逻辑为首先对三维零件数字模型逐层分割成二维图面，如某层需要在成型平台上打印“3D”字样，则3D字样平面区域竖直向上投影区域覆盖到的金属阵列孔板内对应微孔喷头打开，孔板内其余微孔喷头均处于关闭状态。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，三维成型单元位于装置下部，亚克力成型平台安置于竖直方向运动机构之上，可实现上下竖直运动。金属极板表面形状大小与成型平台均一致并安装于成型平台正下方。UV紫外光灯为一条灯带，安装于金属微分阵列孔板下方并沿其外轮廓放置，组成一矩形轮廓灯带，灯带照明方向均向内。金属极板安装于成型平台正下方。成型过程中，成型平台每次下降设定距离，从金属微分阵列孔板中有序喷射光敏树脂微滴并沉积在成型平台之上，利用孔板周围的UV紫外光灯照射沉积树脂微滴使其固化。每层固化后成型平台再次下降，重复上述过程，即可实现三维立体成型。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，首先利用微型计算机将三维模型进行二维平面化处理，并依此控制阵列微分孔板各个喷头微孔的开闭情况，利用树脂原料槽内气压与高压静电拉伸共同作用，使光敏树脂通过阵列孔板的通孔形成微滴并有序沉积在成型平台之上，然后用UV紫外灯照射使微滴固化成型。成型平台下降指定高度后，重复上述工作，依此循环往复逐层堆积固化实现三维成型。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备的加工方法是：对三维零件数字模型逐层分割成二维图面，由系统控制板对数据进行处理，规划每层打印过程中每个微孔喷头打开或关闭情况，规划具体实施方式为如某层需要打印“3D”字样，则，3D字样平面区域竖直向上投影区域覆盖到金属阵列孔板内的微孔喷头打开，孔板内其余微孔喷头均处于关闭状态。在打印过程中，合成树脂溶液在树脂原料槽内通过精确控制气压向下推动、施加电场的电场力拖拽和微孔喷头的开关共同作用下，使树脂溶液流经树脂微分阵列单元并从打开的微孔喷头处以微滴状喷射而出并沉积在成型平台表面。位于成型板下方的矩形轮廓UV紫外光灯带沿平行于金属阵列孔板方向向内照射使树脂沉积微滴进行固化。在完成每层微滴沉积和光固化过程后，成型平台利用竖直方向运动装置工作下降设定距离，设备进行下一平面的打印和光固化过程，如此循环往复即可三维成型。

与传统光固化3D打印技术相比，本发明利用阵列式聚合物熔体微喷技术与高压静电技术，突破了因投影尺寸限制导致传统光固化成型体积较小的瓶颈问题，并且提出以微滴堆叠面光固化成型技术为核心成型技术，一定程度上提高了3D打印速度和精度，对未来光固化3D打印技术工业化应用有一定推动作用。

附图说明

图1是本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备原理示意图。

图中：1-竖直运动机构；2-高压静电发生器；3-金属极板；4-成型平台；5-接地装置；6-UV紫外光灯；7-金属微分阵列孔板；8-气压传感器；9-树脂原料槽；10-气泵；11-熔体微分喷头控制器。

具体实施方式

本发明提出一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，如图1所示，由供料单元、树脂微分阵列单元和三维成型单元组成。所述供料单元包括气压传感器8、树脂原料槽9、气泵10；所述光树脂微分阵列单元包括金属微分阵列孔板7、高压静电发生器2、接地装置5和熔体微分喷头控制器11；所述三维成型单元包括金属极板3、成型平台4、UV紫外光灯6、竖直运动机构1。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，供料单元位于装置最上方，树脂原料槽由四个金属支架固定，树脂原料槽除下表面外均为具有防紫外线涂层的钢化玻璃材质，其下表面即为金属微分阵列孔板7。上端设有进料口，工作时密封。气泵10的气管通向树脂原料槽中树脂上方空间，增大树脂槽9内气压对树脂材料施加一定的下压力，促使树脂材料从下部熔体微分阵列孔板7内的通孔中喷射成滴。树脂原料槽内部设置有气压传感器，将树脂原料槽内部施加给树脂材料的压力传输给气泵10进行反馈，可实现精确供料。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，树脂熔体微分阵列单元固定于装置中部，上接树脂原料槽。金属微分阵列孔板7安装于树脂原料槽正下方，即孔板为树脂原料槽底部结构，并固定于机架上。金属微分阵列孔板7内各微孔喷头由熔体微分喷头控制器11控制。金属孔板3与接地装置5连接接地，使喷头孔板为低电势；将安装在成型平台4下的金属极板3连接高压静电发生器2，为金属极板3提供高电势，两极间形成电场，对电场间的熔体起向下拖拽的作用。成型平台4为采用绝缘材料的板，绝缘材料为亚克力等塑料。通过控制各微孔喷头的开合，光敏树脂在树脂原料槽内气压挤出和电场力向下拉拽的共同作用下流经受熔体微分喷头控制器11控制打开的微孔喷头并喷射成滴，通过熔体微分喷头控制器11有序控制金属微分阵列孔板7中各喷头微孔的开关动作可实现在成型平台4上指定区域喷射树脂溶液并沉积光固化，进行三维成型。熔体微分喷头控制器11内部控制逻辑为首先对三维零件数字模型逐层分割成二维图面，如某层需要在成型平台上打印“3D”字样，则3D字样平面区域竖直向上投影区域覆盖到的金属阵列孔板7内对应微孔喷头打开，孔板内其余微孔喷头均处于关闭状态。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，三维成型单元位于装置下部，亚克力成型平台4安置于竖直方向运动机构1之上，可实现上下竖直运动。金属极板3表面形状大小与成型平台4均一致并安装于成型平台4正下方。UV紫外光灯6为一条灯带，安装于金属微分阵列孔板7下方并沿其外轮廓放置，组成一矩形轮廓灯带，灯带照明方向均向内。金属极板3安装于成型平台4正下方。成型过程中，成型平台4每次下降设定距离，从金属微分阵列孔板7中有序喷射光敏树脂微滴并沉积在成型平台4之上，利用孔板周围的UV紫外光灯6照射沉积树脂微滴使其固化。每层固化后成型平台再次下降，重复上述过程，即可实现三维立体成型。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备的加工方法是：对三维零件数字模型逐层分割成二维图面，由系统控制板对数据进行处理，熔体微分喷头控制器11规划每层打印过程中每个微孔喷头打开或关闭情况，规划具体实施方式为如某层需要打印“3D”字样，则，3D字样平面区域竖直向上投影区域覆盖到金属阵列孔板7内的微孔喷头打开，孔板内其余微孔喷头均处于关闭状态。在打印过程中，合成树脂溶液在树脂原料槽9内通过气泵10精确控制气压向下推动、施加电场的电场力拖拽和熔体微分喷头控制器11共同作用下，使树脂溶液流经树脂微分阵列单元并从打开的微孔喷头处以微滴状喷射而出并沉积在成型平台4表面。位于金属微分阵列孔板7下方的矩形轮廓UV紫外光灯6带沿平行于金属阵列孔板7方向向内照射使树脂沉积微滴进行固化。在完成每层微滴沉积和光固化过程后，成型平台4利用竖直方向运动装置1工作下降设定距离，设备进行下一平面的打印和光固化过程，如此循环往复即可完成三维成型。

本发明一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，金属阵列孔板7的下表面与微滴沉积平面相距的距离大于或等于UV紫外光灯6灯带的高度，以使UV紫外光灯6能很好地照射到微滴沉积平面上，根据制品的大小和固化效率来确定最佳距离。

Claims (3)

1.一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，其特征在于：由供料单元、光敏树脂微分阵列单元和三维成型单元组成，所述供料单元包括气泵、树脂原料槽和气压传感器；所述光敏树脂微分阵列单元包括金属微分阵列孔板、高压静电发生器、接地装置和熔体微分喷头控制器；所述三维成型单元包括成型平台、金属极板、UV紫外光灯和竖直运动机构；供料单元位于最上方，树脂原料槽由四个金属支架固定，树脂原料槽除下表面外均为具有防紫外线涂层的钢化玻璃材质，其下表面为金属微分阵列孔板；树脂原料槽上端设有进料口和进气口，气泵的气管通向树脂原料槽中树脂上方空间，树脂原料槽设置有气压传感器；树脂熔体微分阵列单元固定于中部，金属微分阵列孔板安装于树脂原料槽正下方，并固定于机架上，金属微分阵列孔板内各微孔喷头由熔体微分喷头控制器控制，金属微分阵列孔板连接接地装置，将安装在成型平台下的金属极板连接高压静电发生器；三维成型单元位于下部，成型平台安置于竖直方向运动机构之上，可实现上下竖直运动，成型平台由绝缘材料制成，金属极板表面形状大小与成型平台均一致并安装于成型平台正下方，UV紫外光灯为一条灯带，安装于金属微分阵列孔板下方并沿其外轮廓放置，组成一矩形轮廓灯带，灯带照明方向均向内。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，其特征在于：成型平台为亚克力板。

3.根据权利要求1所述的一种聚合物熔体微分光固化3D打印设备，其特征在于：金属阵列孔板的下表面与微滴沉积平面相距的距离大于或等于UV紫外光灯灯带的高度。