[发明专利]光敏树脂提拉成型设备及方法

说明书

本发明提供一种光敏树脂提拉成型设备及其使用方法和提拉成型的控制方法，成型设备包括成型平台、树脂槽单元、控制系统及至少一个投影系统；所述树脂槽单元包括树脂槽、透光膜、透光液体介质及透光底板；所述树脂槽用于盛放光敏树脂，其侧壁由金属、无机非金属或高分子材料构成；所述透光膜为聚合物高分子膜，位于所述树脂槽底部，用于隔离光敏树脂与所述液体媒介；所述透光液体介质为可流动性的液体，位于所述透光膜和透光底板之间。所述透光底板为刚性平板结构，位于所述透光液体介质的下方，为所述液体媒介提供刚性支撑。本发明可以实现光敏树脂连续高速提拉成型，且速度和精度不受打印幅面限制。

技术领域

本发明属于三维打印快速成型领域，尤其涉及一种光敏树脂提拉成型设备、成型设备的使用方法、及使用所述设备进行光敏树脂提拉成型的控制方法。

背景技术

三维打印技术是一门增材制造技术，其技术原理是把三维物体通过切片分层技术切成一片片连续的具有一定厚度的二维平面薄片，再通过各种堆叠打印方式复原重现出来。经过不断的迭代发展，已经衍生出适应各种材质及应用需求的打印技术，比如金属粉末烧结SLM技术，塑料粉末烧结SLS技术，液态光敏树脂SLA技术，塑胶线材FDM技术等。相比传统开模制造技术，三维打印不需要模具工艺过程，可以直接生产原型产品，甚至直接生产成品件，大大缩短了产品研发周期，可以加工结构复杂的零部件，满足日益增长的个性化定制需求。

在三维打印领域，材料及打印速度一直是大家关注的焦点。已有的堆叠打印技术普遍存在着打印速度很慢，成型时间漫长的明显劣势，在成本优势及效率上无法与传统加工方式竞争。

光敏树脂立体成型领域，早期的SLA技术是以激光扫描光敏树脂的方式堆叠三维物体，其历程是一层层的以点线面方式扫描三维物体切片图案逐层构建三维物体，耗时加工周期长。最近这几年开始以DLP、LCD等面成型方式构建三维物体，其技术特征是一次曝光一个切片面图案，再逐层堆叠出三维物体，在构建切片面上提高了效率节省了点线面扫描的时间。不过这两种方式还是停留在层层堆叠的方式上，由于需要刮刀运动或者上下往复运动来保证每一层材料补充，层与层之间的打印衔接时间仍然不可忽略，不能实现真正意义上的连续打印。

在面曝光成型方式基础上，如何解决这每层材料回填补充成了实现连续打印的最后技术瓶颈。

专利文献CN105122136A中公开了一种实现连续快速打印的技术方案，其采用半渗透性元件作为透光底板，要求该透光底板具有一定的透氧能力。该元件由半渗透性含氟聚合物、刚性透气聚合物、多孔玻璃组成，利用光敏树脂材料的氧阻聚效应构建三维物体。虽然该技术方案实现了连续打印，但其中的半渗透性元件制造困难，所用聚合物材料弹性模量较低，机械稳定性较差，即使是组合多孔玻璃，光路散射也会是很大的问题。光敏树脂三维成型是聚合放热过程，特别是快速打印过程将会产生大量的热能，致使曝光成型区域温度骤升，如果不能及时散热将会影响打印效果，甚至造成打印失败，这在大幅面三维物体打印制造方面将面临极大挑战。同时，由于难以通过热对流或热传导对半渗透性元件进行温度控制，在打印高粘性光敏树脂材料方面也将受到限制。

专利文献WO2018106904中公开了一种不使用半渗透性元件实现大幅面连续快速打印的技术方案，其采用氟化油作为传热介质，该氟化油位于透光底板与液态光敏树脂之间，利用氟化油的不粘性和易流动性，可以很好的控制三维成型过程中的聚合放热，保证高速连续打印三维物体。该技术方案不需要氧气的参与。虽然该技术方案很好的解决了聚合散热问题，但是氟化油本身为流体介质，而且直接与液体光敏树脂接触，在高速打印过程中，由于提拉运动的存在，两相接触界面不可避免的出现波动，难以保证成型精度。同时，对液体光敏树脂也有所限制，特别是液体光敏树脂中使用的颜色组分可能会对其造成污染，影响其透光性，材料兼容性和普适性受限，打印设备在实际使用过程中，材料的分离回收亦是个问题。