[发明专利]一种3D打印装置与方法

说明书

本发明公开了一种3D打印装置，3D打印装置包括：树脂槽、打印平台和光源系统，所述树脂槽的底面为硬质透明板，所述硬质透明板上设有透明的凝胶层，所述打印平台位于树脂槽上部，所述光源系统的光源设置在硬质透明板下部，所述凝胶层为含硅油或者氟油的凝胶层。本发明还提供了一种3D打印方法。本发明提供的3D打印装置与方法能显著降低离型时的拉拔力，同时又能兼容市面上常规所有光敏树脂。

技术领域

本发明涉及快速成型技术，具体涉及一种光固化3D打印装置与方法。

背景技术

光固化3D打印使用液态光敏树脂作为打印材料，以特定波长的光进行固化，整个过程无机械力和加热过程，具有最高的成型精度。光固化3D打印主要包括两类技术：立体光刻快速成型技术(Stereolithography,SLA)和数字光处理技术(Digital LightProcessing,DLP)。其中，DLP的工艺过程是设计出三维实体模型并进行切片处理，产生的图像通过数字投影仪投射到液态光敏树脂表面，使特定区域内的树脂固化。然后打印平台往上移动一定距离，待已固化层表面完全补充上液态树脂后，进行下一次投影，使后续固化层粘结在前一固化层上，这样层层叠加最终形成三维模型。

DLP型的打印设备目前多采用硅胶或者聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)薄膜作为树脂槽中的上表面(也就是通常说的离型膜)与液态光敏树脂直接接触。以广泛使用的FEP膜为例，光敏树脂固化过程中与FEP膜之间会产生较大的粘结力，导致打印平台上升时模型与FEP膜产生较大的拉拔力。这个拉拔力会形成两个问题。第一，打印平台如果只是抬升分层厚度(比如50微米)，模型并不能与FEP膜分离。所以通常是抬升几个厘米的高度，再下降至分层厚度所需高度，这一过程大大降低了打印效率。第二，如果固化层的面积过大，随之产生的拉拔力也就越大，很有可能在打印平台上升的过程中导致模型损坏。

为了减小拉拔力，现有技术中对打印装置也进行了不同的改进。例如，CN105946237 A公开一种用于三维光弹性模型的紫外面曝光快速成型装置，包括计算机控制系统、打印平台、DLP投影系统、供料系统、树脂液槽以及用于驱动树脂液槽的树脂液槽平向往复运动系统，在树脂液槽底部透明玻璃的上表面涂覆有PDMS薄膜。PDMS薄膜还是会与模型存在较大的拉拔力，而且增加了树脂液槽平向往复运动系统，导致装置的结构变得复杂。CN 106466918 A公开一种降低光照式拘束液面成型拉拔力的三维打印装置，包括：树脂槽、成型机构和动态光罩产生器。树脂槽具有透光性的底板，底板包括一弹性层及设置于该弹性层上的离形薄膜。由于离形薄膜的材质为铁氟龙，还是存在与模型存在较大的拉拔力。无效有效地解决打印平台上升时模型与离形薄膜产生的拉拔力。CN201811608159公开了一种光固化3D打印装置与方法，在树脂槽的底面上引入了透明的水凝胶层，光敏树脂固化后与水凝胶的粘结力非常小，使得离型时的拉拔力降低，可以有效提高打印速度和打印成功率。该方案的一个弊端是对光敏树脂有一定的选择性，亲水性比较高的光敏树脂(比如某些含有亲水性聚醚链段的聚氨酯丙烯酸酯)不能兼容这个凝胶离型层。

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3D打印装置，能显著降低离型时的拉拔力，同时又能兼容市面上各种亲水性光敏树脂。

本发明所提供的技术方案为：

一种3D打印装置，包括：树脂槽、打印平台和光源系统，所述树脂槽的底面为硬质透明板，所述硬质透明板上设有透明的凝胶层，所述打印平台位于树脂槽上部，所述光源系统的光源设置在硬质透明板下部，所述凝胶层为含硅油或者氟油的凝胶层。

本发明在树脂槽的底面上引入了透明的含有硅油或者氟油的凝胶层。硅油和氟油是所有物质中表面能最低的两类惰性物质，在市面上常见的光敏树脂中的溶解度非常低，可以作为一种很好的离型材料。把硅油或者氟油和特定的高分子网络结合在一起做成凝胶的形式，可以大大提升离型的稳定性。含有硅油或者氟油的凝胶，其内部含有大量的硅油或者氟油，其表面始终存在一层稳定的油膜，起到离型的效果。