CN207954643U - 一种光固化3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光固化3D打印装置，包括运动平台机身、X/Y/Z直线运动组件、光源引出光导纤维、套筒、转接板、光学夹持器安装支架、光学面包板、气管转换器、针筒、针头、光功率标定装置、可选择的θ旋转运动组件。本实用新型还公开了一种光固化3D打印装置的打印工艺，本实用新型提供的一种墨水直书写3D打印装置可以用于一些具有特殊功能的液体或者胶液体的材料打印，通过该装置可以有效处理某些特殊材料以弥补普通3D打印机的打印速度慢、应用材料范围有限、结构复杂笨重、不利于桌面化操作等不足。

Description

一种光固化3D打印装置

技术领域

本实用新型属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种光固化3D打印装置。

背景技术

3D打印是近几年快速发展起来的一种新兴的快速三维一体制造技术，也可称“快速成形技术”、“增材制造技术”，也是第三次工业革命中的一种。其成型制造原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片，然后由3D打印机把打印材料按切片图形逐层叠加，最终堆积成完整的物体。常见的3D打印技术有：熔融层积成型(Fused DepositionModeling,FDM)、立体光刻(Stereo Lithography Appearance,SLA)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)、三维打印黏结成型(Three Dimensional Printingand Gluing,3DP)、数字光处理技术(Digital Light Processing, DLP)、直书写技术(Direct Writing Modeling,DWM)等。而随着3D打印技术的发展，人们需要一些功能性树脂材料作为打印原料，可应用于可穿戴设备、减震、阻尼、柔性电子元器件制造，这就需要相应的设备来支撑这种光固化材料3D成型。传统的3D打印技术，一般是融熔堆积成型或者立体光刻。但是前者应用材料一般为塑料、树脂，后者打印速度太慢，且机器庞大昂贵不利于实验室开展研发工作。亟需一种满足精度，高效、快速的成形方法和相应的设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光固化3D打印装置及其打印工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种光固化3D打印装置，包括运动平台机身、Y运动组件、X和Z运动组件、光源引出光导纤维、套筒、转接板、光学夹持器安装支架、光学面包板、气管转换器、针筒、针头，所述运动平台机身的上方设置有Y运动组件，所述X和Z运动组件安装在运动平台机身两侧的U型架体上，所述X和Z运动组件的一侧设置有光学面包板，所述光学面包板的一侧设置有针筒，所述针筒的顶端设置有气管转换器，所述针筒中间通过第一针筒夹持器固定在X和Z运动组件上，所述针筒的底端通过第二针筒夹持器固定在X和Z运动组件上，所述针筒和第二针筒夹持器通过后固定板固定连接，所述针筒的底端孔位置连接有针头，所述针筒的一侧设置有光学夹持器安装支架，所述光学夹持器安装支架的一端设置有转接板，所述转接板的底端设置有套筒，所述套筒的一端设置有光源引出光导纤维。

优选的，所述针筒、后固定板、第二针筒夹持器均通过螺钉固定在光学面包板上。

优选的，所述Y运动组件包括Y向驱动电机以及Y向滑动导轨，Y向驱动电机和Y向滑动导轨通过联轴器连接。

优选的，所述X和Z运动组件包括X向驱动电机、Z向驱动电机、X向滑动导轨以及Z向滑动导轨，X向驱动电机和X向滑动导轨、Z向驱动电机和Z 向滑动导轨均通过联轴器连接。

优选的，所述X和Z运动组件和光学面包板通过螺钉固定连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种直墨水3D打印装置可以用于一些具有特殊功能的液体或者胶液体的材料打印，通过该装置可以有效处理某些特殊材料以弥补普通3D打印机的打印速度慢、应用材料范围有限、结构复杂笨重、不利于桌面化操作等不足。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型针筒部分的结构示意图；

图中：1、运动平台机身；2、X/Y/Z运动组件；3、可选择的θ旋转运动组件；4、光源引出光导纤维；5、套筒；6、转接板；7、光学夹持器安装支架；8、光学面包板；9、气管转换器；10、针筒；11、第一针筒夹持器；12、后固定板；13、第二针筒夹持器；14、针头；15、光功率标定装置；16、螺钉。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2，本实用新型提供以下技术方案：一种光固化3D打印装置，包括运动平台机身1、Y运动组件、X和Z运动组件、光源引出光导纤维4、套筒5、转接板6、光学夹持器安装支架7、光学面包板8、气管转换器9、针筒10、针头14，运动平台机身1的上方设置有Y运动组件，X和Z运动组件安装在运动平台机身1两侧的U型架体上，X和Z运动组件的一侧设置有光学面包板8，光学面包板8的一侧设置有针筒10，针筒10的顶端设置有气管转换器9，所述气气管转换器9用于连接针筒10和气压控制装置，所述气压控制装置能够将得到的高压强空气经过一些阀门和控制元件可控降压供,给针筒10，针筒10中间通过第一针筒夹持器11固定在X和Z运动组件上，针筒 10的底端通过第二针筒夹持器13固定在X和Z运动组件上，针筒10和第二针筒夹持器13通过后固定板12固定连接，针筒10的底端孔位置连接有针头 14，针筒10的一侧设置有光学夹持器安装支架7，光学夹持器安装支架7的一端设置有转接板6，转接板6的底端设置有套筒5，套筒5的一端设置有光源引出光导纤维4。

本实施例中，所述光功率标定组件15置于X/Y/Z运动组件2的Y方向运动平台上、所述可选择θ旋转运动组件3置于针头正下方。

本实施例中，针筒10、后固定板12、第二针筒夹持器13均通过螺钉16 固定在光学面包板8上，为了方便固定。

本实施例中，Y运动组件包括Y向驱动电机以及Y向滑动导轨，Y向驱动电机和Y向滑动导轨通过联轴器连接，为了方便Y向滑动。

本实施例中，X和Z运动组件包括X向驱动电机、Z向驱动电机、X向滑动导轨以及Z向滑动导轨，X向驱动电机和X向滑动导轨、Z向驱动电机和Z 向滑动导轨均通过联轴器连接，为了方便X和Z向滑动。

本实施例中，X和Z运动组件和光学面包板8通过螺钉16固定连接，为了方便固定。

本实施例中，在光学面包板8的下方安装有光功率标定装置15，光功率标定装置15测量UV光的光功率并进行标定记录。

本实施例中，可选择的θ旋转运动组件，其转速在0rpm-150rpm范围内，基于该旋转组件，可以更快制备螺旋线结构。

一种光固化3D打印装置的打印工艺，包括以下步骤：

(1)通过控制系统生成打印路径，设定好3D打印设备的打印速度为 3mm/s-4mm/s，设定好挤出气压为400Kpa—600Kpa；

(2)将针头14调整到距离平面一定高度0.9倍枕头内径；

(3)调整好固定光源光纤头与枕头下端距离7mm，入射角度光纤柱轴线与XY平面角度为45度，光功率密度为12w/cm²，光源引出光导纤维4将光源传递并集中成为小光斑在针头14下方射出，并随针筒10移动；

(4)Y运动组件通过Y向驱动电机在Y向滑动导轨上进行滑动，同时针头14进行打印；

(5)X和Z运动组件中，X向驱动电机驱动组件在X向滑动导轨上滑动， Z向驱动电机驱动组件在Z向滑动导轨上滑动，通过针头14进行打印。

本实施例打印工艺中，针筒10、后固定板12、第二针筒夹持器13均通过螺钉16固定在光学面包板8上；Y运动组件包括Y向驱动电机以及Y向滑动导轨，Y向驱动电机和Y向滑动导轨通过联轴器连接；X和Z运动组件包括 X向驱动电机、Z向驱动电机、X向滑动导轨以及Z向滑动导轨，X向驱动电机和X向滑动导轨、Z向驱动电机和Z向滑动导轨均通过联轴器连接；X和Z 运动组件和光学面包板8通过螺钉16固定连接。

实施例1

光固化聚酰亚胺墨水作为3D打印材料，聚合物分子量为5000-500000，本实施例采用50000，针对该墨水，使用规格为27G、25G、23G、22G、21G的针头14均可均匀挤出，本实施例采用25G的针头14，气压控制在 400KPa-600KPa，本实施例采用500KPa，针头14距打印表面的法向距离大约为0.8-0.9倍的针头14内直径，本实施例采用0.9倍针头14内直径，随动光固化光纤头距离针头14底部即工作距离7cm，光斑形成直径约为2cm-3cm，本实施例调整的直径为2cm，UV光功率密度为12mW/cm²，光纤头套筒5可调整角度为90°到20°(轴线与XY平面所成角度)，本实施例采用45°，此时的光固化效果良好，即不会堵塞针头且保持墨水具有一定的流动性，打印结构具有一定自支撑性，可打印倾斜角度90°-60°的立柱结构(轴线与XY平面所成角度)。

实施例2

利用所述，加上与联轴器连接的轴对称几何体作为载体，可以在例如小圆柱或者椎体上打印螺旋结构。在印过程中，底部的载体连接步进电机低速旋转，并置于针头下方，针头下方挤出墨水，并辅助原位UV光固化，使墨水成型后具有一定的支撑力。利用可选择的θ旋转运动组件，配合之前的打印工艺可以打印成螺旋结构。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种光固化3D打印装置，包括运动平台机身(1)、X/Y/Z直线运动组件(2)、θ旋转运动组件(3)、光源引出光导纤维(4)、套筒(5)、转接板(6)、光学夹持器安装支架(7)、光学面包板(8)、气管转换器(9)、针筒(10)、针头(14)、光功率标定组件(15)，其特征在于：所述运动平台机身(1)的上方设置有所述X/Y/Z直线运动组件(2)，其中X和Z直线运动组件安装在运动平台机身(1)两侧的U型架体上，X和Z直线运动组件的一侧设置有光学面包板(8)，所述光学面包板(8)的一侧设置有针筒(10)，所述针筒(10)的顶端设置有气管转换器(9)，所述针筒(10)中间通过第一针筒夹持器(11)固定在X和Z直线运动组件上，所述针筒(10)的底端通过第二针筒夹持器(13)固定在X和Z直线运动组件上，所述针筒(10)和第二针筒夹持器(13)通过后固定板(12)固定连接，所述针筒(10)的底端孔位置连接有针头(14)，所述针筒(10)的一侧设置有光学夹持器安装支架(7)，所述光学夹持器安装支架(7)的一端设置有转接板(6)，所述转接板(6)的底端设置有套筒(5)，所述套筒(5)的一端设置有光源引出光导纤维(4)、所述光功率标定组件(15)置于X/Y/Z直线运动组件(2)的Y方向运动平台上、所述θ旋转运动组件(3)置于针头正下方。

2.根据权利要求1所述的一种光固化3D打印装置，其特征在于：所述针筒(10)、后固定板(12)、第二针筒夹持器(13)均通过螺钉螺栓套件(16)固定在光学面包板(8)上。

3.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于：Y直线运动组件包括Y向驱动电机以及Y向滑动导轨，Y向驱动电机和Y向滑动导轨通过联轴器连接。

4.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于：所述X和Z直线运动组件包括X向驱动电机、Z向驱动电机、X向滑动导轨以及Z向滑动导轨，X向驱动电机和X向滑动导轨、Z向驱动电机和Z向滑动导轨均通过联轴器连接。

5.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于：所述X和Z直线运动组件和光学面包板(8)通过螺钉螺栓套件(16)固定连接。

6.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于：所述θ旋转运动组件，其转速在0rpm-150rpm范围内，基于该θ旋转运动组件，可以更快制备螺旋线结构。