[发明专利]一种快速光固化3D打印装置

说明书

本发明提出一种快速光固化3D打印装置，包括成型平台、树脂槽、液体光敏树脂、透光底板、人机交互装置、3D打印控制系统、光源装置、扩束装置、偏光装置、聚光装置、检测装置、机架等。其原理是利用光路在液体光敏树脂内部聚焦形成焦点，在焦点轨迹形成的焦点层处将液体树脂固化成一个薄层。所述装置结构简单，不需要使用半渗透元件即可实现连续光固化成型。

技术领域

本发明涉及3D 打印技术领域，尤其涉及一种快速光固化3D打印装置。

背景技术

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

SLA是“Stereo lithography Apparatus”的缩写,即立体光固化成型装置。用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。

SLA三维打印技术可以分为顶层扫描成型和底层扫描成型。顶层扫描成型中，激光由上而下扫描液态树脂材料表面，新成型的树脂层位于已成型部分的顶部，通过顶部不断堆积新的固化层，从而实现三维固体的成型。每次激光扫描完成形成一层新的固态薄层之后，载有已经成型部分的成型台会下降一个层厚，使得已成型部分低于树脂液面一个层厚，因为光敏树脂材料的高粘性，在每层固化之后，液面很难在短时间内迅速流平，这将会影响实体的精度。因此采用刮板刮切后，所需数量的树脂便会被十分均匀地凃敷在上一叠层上，这样经过激光固化后可以得到较好的精度，使产品表面更加光滑和平整。这一过程会中断激光扫描过程，并占用相对较长时间而导致SLA三维打印的速度严重降低。此外顶层扫描成型中，已成型部分始终浸泡在液态树脂中，当需要成型较高的物体，则需要一个超过该物体高度尺寸的树脂槽用于成型，而且需要将大量树脂填充入树脂槽，打印完成后再回收剩余树脂，导致成本高而且操作复杂。

底层扫描成型技术中，树脂槽的底部使用透光底板，激光右下而上穿过树脂槽底部透光板，在透光板之上的树脂形成固定的薄层固态图案。然后让托盘上升一个层厚，激光再次扫描底部形成新的固化层，这样逐层堆积最终形成三维固体。该方法的优点是已成型的固体层不需要全部浸泡在树脂槽中，只需要底部的部分固体层浸泡在一个较浅的树脂槽中，因此树脂槽中需要的树脂也少很多。但是另一方面，由于新的固体层在树脂槽底部的树脂表面形成，新的固体层在和原有固体层结合的同时会会与透光底板粘合在一起，为了使新的固体层和透光底板分离，需要对载有已成型部分的升降台托盘上升一个设定的高度，使得成型部分和透光底板完全分离，并让树脂溶液充满树脂槽底部，然后再让托盘下降使得新成型固体层和透光底板之间保持一个层厚的距离，再继续下一层的扫描成型。升降台的上升和下降会中断扫描光固化的过程，并在每层的成型中占用相对较长的时间，使得整过打印速度大幅下降。

CN105122136A 提出了一种连续光固化的方法，使用一种半渗透元件，使得在树脂槽底部进入聚合抑制剂，聚合抑制剂可阻止底部区域树脂的固化，形成聚合抑制区。而光引发的聚合反应智能在聚合抑制区以外的区域发生，聚合抑制区的光敏树脂始终保持为液态，当载有成型固体的托盘上升一个层厚的高度时，周边树脂在环境压力驱动下迅速流入到新成型固体层和透光底板的间隙中，因此可以迅速进行下一层的固化。该方法的半渗透元件受到分子渗透性、光学透射性能、机械强度等各种限制，难以找到各项指标均十分优异的材料作为半渗透元件。

CN105922587A也提出了一种连续光固化装置方法，该方法需要至少两种以上光源，光源的波长不同，功率可调。树脂槽中的树脂包含光引发剂和聚合抑制剂 。在光源系统中增加抑制发光单元，通过选择性激发光敏树脂中的光抑制剂，在透光底板与液态光敏树脂的界面处抑制聚合的发生，形成聚合抑制区，从而实现连续光固化。该方法需要对多种光源控制，系统复杂。