[发明专利]一种快速3D打印的方法

说明书

本发明公开了一种快速3D打印的方法，使用DLP投影仪按预设二维图案对光敏树脂前驱液进行多次局部投影、曝光固化，得到非均质二维平面。将固化得到的非均质二维平面浸泡于融化的石蜡中溶胀，取出冷却；或者光敏树脂前驱液中，取出，光照固化，获得三维立体结构。本发明中溶胀过程中的任意结构都可以固定下来，并且得到的三维结构中不含水及挥发性溶剂，实用性强。

技术领域

本发明涉及聚合物加工制造领域，尤其涉及一种快速3D打印的方法。

背景技术

具有三维立体结构的聚合物制品通常是通过模具塑形的方法加工而成。这种传统方法由于模具加工及后期脱模的限制，往往只能加工一些简单的三维结构。而且，模具的开发周期长、投入大、效率低。

3D打印(增材制造)是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的成型技术，已经被广泛用于模具、工业设计的模型制造及一些产品的直接制造。3D打印技术是一种直接成型技术，不需要使用模具。另外，其最突出的优势是能够构建一些不规则、复杂的三维结构。但是，所有3D打印技术(包括熔融沉积FDM、选择性立体光固化SLA、数字光处理DLP、选择性激光烧结SLS等)都需要将目标物体切片，层层打印，所以打印单个物体所需的时间相对较长。特别是需要较高的打印精度时，需要层厚更薄，层数更多，其打印时间也就更长。Carbon公司的CLPS技术虽然大大提高了常规DLP技术的打印速度，但其绝对速度还是较慢。

中国发明专利(CN 105818382 A)公布了一种基于数字光处理构建三维结构的方法，该方法首先通过数字化投影技术打印得到一个精确控制的非均质二维平面，然后将此二维平面浸泡在特定的溶剂中溶胀，即可得到一个预先设定的三维结构。该专利披露的技术原理是非均质的二维平面内部存在着物质的分布密度和梯度，不同区域对同种溶剂的溶胀度不同，达到溶胀平衡的时候就会形成一个稳定的三维结构。该专利大大提升了3D打印的速度，但是也存在一些局限：需要等到完全溶胀平衡才能得到一个稳定的结构，溶胀过程中的一些可能有用的中间形态无法固定下来；使用的溶剂为水或者挥发性的有机溶剂，限制其在特定场合的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种快速3D打印的方法，溶胀时无需等到完全溶胀平衡，能够保留有用的中间形态，且所用的溶剂含水或者挥发性有机溶剂，使其得到的三维结构具有更大的使用范围和实用价值。

本发明所提供的技术方案为：

一种快速3D打印的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将包含单体和光引发剂的光敏树脂前驱液置于平面模腔内；

步骤(2)：使用DLP投影仪按预设二维图案对光敏树脂前驱液进行多次局部投影、曝光固化，得到非均质二维平面；

步骤(3)：将固化得到的非均质二维平面浸泡于融化的石蜡中溶胀，取出，冷却，即可获得三维立体结构；

或者，将非均质二维平面浸泡于光敏树脂前驱液中溶胀，取出，光照固化，即可获得三维立体结构。

本发明的创新点是使用融化的石蜡或光敏树脂前驱液作为二维平面溶胀的溶剂，从而产生与专利201610239890.0完全不同的机理和效果。

本发明通过数字化投影技术得到一个精确控制的非均质二维平面，由于在二维平面的不同区域的溶胀速率不同，至溶胀平衡时该二维平面可转化为预先设定的三维结构，而且溶胀过程中的任意一个中间形态都可以被固定下来。当使用融化的石蜡作溶剂时，在溶胀过程的任意阶段只要将样品取出，在室温下石蜡冷却、凝固，就能将三维结构固定下来；当使用光敏树脂前驱液作溶剂时，在任意时刻将样品取出后，将其置于特定吸收波长的光源下充分固化也能将三维结构固定下来。