[发明专利]3D陶瓷打印机及使用该3D陶瓷打印机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D陶瓷打印机及使用该3D陶瓷打印机的3D打印方法。更具体地，本发明涉及在透明膜上载置并硬化打印材料的3D陶瓷打印机及使用该3D陶瓷打印机的3D打印方法。

背景技术

通常，3D打印机被理解为通过如下步骤实现打印材料的3D形状的装置：像2D打印机那样平坦地对材料进行打印，并且使2D打印好的材料层叠。

3D打印机已经用于通过在未来制品实际面市之前，利用碎屑和易成型材料制得该制品的副本来提前发现该制品中的任何问题。近些年，因为3D打印机能够基于数字化图形信息短时间地制备出3D形状，所以3D打印机在各种领域中均是期望的。特别地，3D打印机已经用于制备精密部件和高强度陶瓷制品。

为了利用3D打印机制备精密部件和高强度陶瓷制品，主要使用诸如DLP和SLA等的光硬化系统(见图1)。然而，DLP和SLA的特征均为如下步骤：将具有分散在光硬化剂中的陶瓷粉末的浆料或糊料装载到打印床(printing bed)或罐(tank)；在每次装载了浆料或糊料之后使Z轴台向下或向上运行；以及通过对浆料或糊料照射光来使浆料或糊料硬化。根据以上方法，随着无机材料的充填率上升，打印浆料或糊料的流动性会降低，这表明难以均匀地制备平坦的层。所以，必须用刮板刮擦打印机表面，或者必须转动容纳浆料或糊料的器皿。

这两种情况均使用了容纳浆料或糊料的打印罐，因此无机材料的充填率的提高会伴随着如下问题的产生。

首先，难以制备具有均匀厚度和光滑表面的打印层坯体。

第二，难以精确地调节打印层坯体的各层的厚度。

第三，因由颗粒导致的光散射而难以实现光硬化，这使得照射时间较长，由此打印层坯体的各层的厚度的调节变得困难。

第四，因为光散射，根据延长的照射时间或增大的照射剂量，存在在不期望的部位中局部硬化的可能，这会致使硬化溶液变性，其结果是最终打印制品有问题。

第五，打印速度会因所有如下步骤均消耗时间而变慢：成型打印层；分离成型台；重新提供浆料和糊料；以及矫直表面。

第六，因为当使用打印浆料或糊料床时仅能够使用一种材料，所以不能成型不同材料的组合。

韩国专利公开No.10-2014-0146689描述了为各种3D打印处理设计和配置的使用紫外线发光二极管的硬化装置的发展。然而，该发展未提供用于如下3D打印的任何方法：在该3D打印中，通过将用于层叠的适当厚度的浆料或糊料均匀且连续地提供到膜上，以便逐层地提供成型各层所必须的坯体层。

韩国专利公开No.10-2014-0140782描述了3D打印机和用于3D打印的方法，其中，能够通过使用透镜来调节光的面积，并且能够通过将反射部或打印部移动到制备台来打印大面积的3D形状。然而，该发明与通过如下实现的用于3D打印的方法相去甚远：该用于3D打印的方法中，通过将用于层叠的适当厚度的浆料或糊料均匀且连续地提供到膜上，以便逐层地提供成型各层所必须的坯体。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利公开No.10-2014-0146689

(专利文献2)韩国专利公开No.10-2014-0140782

发明内容

技术问题

为了克服传统技术的问题，本发明的目的是提供3D打印机及使用该3D打印机的用于3D打印的方法，其能够均匀且连续地提供用于层叠的适当厚度的浆料或糊料，其中，为了打印材料的层叠，使用不阻碍用于光加工(photo-fabrication)的光传递且能够在成型之后容易分离的透明膜，使得每次均能够提供成型所必须的坯体。

问题的解决方案

为了实现以上目的，本发明提供一种3D打印机，其包括：膜供给部，其提供透明膜；材料供给部，其将打印材料提供到所述透明膜上；光硬化部(photo-hardening part)，其使被提供到所述透明膜上的所述打印材料按照所设计的形式硬化；以及膜收集部，其在已经通过所述光硬化部使所述打印材料硬化之后收集所述透明膜和残留的打印材料。

在本文中，所述膜供给部包括：至少一个卷取元件，其用于卷取所述透明膜；马达，其用于驱动所述卷取元件；以及高度调节元件，其用于调节所述卷取元件的高度。

另外，还可以包括至少一个刮板，以用于调节被提供到所述透明膜上的所述打印材料的厚度。

本发明的3D打印机还能够包括一对切割器，用于调节被提供到透明膜的打印材料的宽度和位置。