[发明专利]高速光固化3D打印底投影设备和方法

说明书

本申请涉及一种高速光固化3D打印底投影设备和方法，其中高速光固化3D打印底投影设备树脂槽、曝光装置、构件平台、Z轴驱动机构、控制装置、树脂循环系统和液位调整系统。树脂循环系统和树脂槽形成循环回路使得树脂在树脂循环系统和树脂槽之间循环流动；液位调整系统用于检测树脂槽内的树脂的液面高度并能够调整树脂进口和树脂出口的流量，以使树脂的液面高度处于设定高度范围。上述方案中通过设置树脂循环系统，使得树脂不断流动，避免处于成型区外的树脂受到较高的热量和余光光照进行热固化和光固化反应，还通过设置液位调整系统和树脂循环系统配合，防止树脂循环系统或树脂进口或树脂出口发生堵塞，能够及时发现和调整树脂循环系统的故障。

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种高速光固化3D打印底投影设备和方法。

背景技术

目前光固化根据光源位置可分为顶投影和底投影两种。底投影光源在下方，成型面位于树脂槽底部和构件平台中间部分，属于一种约束式成型。而对于面曝光而言，其成型过程中的热量和树脂的流动都会对成型样件质量产成不可忽视的影响，尤其是对于高速打印，包括快速剥离和连续打印方式，存在树脂槽底部成型面产生固化残渣，样件表面质量毛糙等质量问题。

针对以上问题，家庭打印机通过使用氟化乙烯丙烯(Fluorinated ethylenepropylene，FEP)薄膜来防止硬化的光固化液态树脂粘附在LED(light-emitting diode)屏幕上。然而，打印品的每一层都需要从FEP机械移除，这会产生吸力，反过来又会导致模型与打印床分离。降低打印床的提升速度会降低吸力效果，但会显着增加打印时间。一些新技术使用气态氧在打印件和树脂槽底部之间创建死层，消除了以前的FEP系统引起的抽吸问题，这加快了打印时间，但却加剧了热量积聚。气态氧实际上充当热绝缘体，聚集了热量，最终严重限制打印尺寸和速度。

中国西北大学的团队在使用流动的不混溶氟化油床时找到了热量积聚问题的答案，通过类似于液体特氟龙不粘液体绕过了这个问题。HARP(high-area rapid printing，高速大尺寸3D打印)通过窗口投射光线固化垂直移动的成型台板上的树脂。液体聚四氟乙烯在接口上流动，除去热量，然后通过冷却单元进行循环。而液体聚四氟乙烯在接口上实现流动的同时保证两种液体不混溶的方式目前在市场上也没有见到具体实施工艺。

在底投影设备中，为了提高打印效率，有两种方案，一是通过减少辅助运动时间，二是实现连续打印。对于现有通过构件平台的上升和下降实现成型面和底部树脂槽上表面的分离，提高剥离速度和减小剥离距离会带来一系列问题，成型面热量来不及散开，对于打印过程中的高件而言，构件平台脱离液面后，运动的构件平台就不再对树脂产生扰动，成型区域边缘的树脂扰动就会减小，导致成型区域附件树脂基本静止，一直处于余光照射中，会逐渐发生光固化和热固化反应，从而出现固化残渣粘在成型区域边缘，一旦样件结构发生变化，与之前边缘区域上残留的固化薄片重叠，就会影响打印质量，样件表面就会变毛糙。连续打印方式中这种情况只会更加严重。

发明内容

基于此，有必要提供一种高速光固化3D打印底投影设备和方法，旨在解决现有技术存在的成型过程中成型区域边缘的树脂发生光固化和热固化反应的问题。