一种光固化3D打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光固化3D打印装置及方法，对于树脂池下表面光照固化实现光敏树脂3D打印的工艺，为了将固化的树脂与下表面容器底剥离，使用可直线移动的铲刀；在铲刀的运动的前方，固化树脂与下表面容器底之间，存在一个填充光敏树脂的区域；依据3D打印需要，一维激光光束并照射该区域使光敏树脂固化；当一维激光束和铲刀同时运动时，即形成一边剥离一边固化的3D打印过程。与传统的先固化一层再用铲刀剥离的过程相比，本发明专利技术提供的装置及方法，其3D打印成型速度有数量级的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种光固化3D打印装置及方法
本专利技术属于智能制造领域，具体涉及一种光固化3D打印装置及方法。
技术介绍
在光固化3D打印中，当激光光斑照射到光敏树脂表面后，光敏树脂被照射的区域即形成固化。现有的光固化3D打印设备中，主要采用从树脂池的上表面或下表面投影激光的方式进行打印。当采用激光从上表面投影进行打印时，每打印一层，打印平台需要下沉一次，同时液态树脂流布再铺满表面，继续下一层的打印。显然，上表面投影打印工艺需要巨量的冗余光敏树脂液体，以完成完整的3D打印过程。考虑到光敏树脂材料高昂的价格，这对于多数用户是难以接受的。上表面投影打印工艺还有一个明显的技术问题是，由于树脂具有一定的粘稠度，因此在打印间隔期间难以在短时间内自动流布重新铺满表面，从而会影响打印速度。为解决这一问题，利用刮刀等外力驱动强行让树脂再次均匀铺满，是较为常见的手段。但是即使如此，仍然存在表面波动导致的厚度不均匀等问题，导致打印层的厚度方向一致性显著变差；另外，即使采用外力摊平，也需要一定的时间，对打印速度构成干扰。所以当前光敏树脂3D打印方法，许多采用下表面投影工艺进行固化打印。因为下表面投影打印时，每打印完成一层打印基板向上提拉，因为树脂自重的原因，打印件与树脂池下表面之间留出来的空隙，马上会被树脂填满。这样就不需要外力驱动布满、没有表面波动导致厚度不均匀等上表面投影工艺难以克服的问题；也不需要过多额外的光敏树脂，原则上只要能够铺满光敏树脂池底、满足打印厚度就可以。但是下表面投影工艺同样存在问题，因为光敏树脂固化时，不仅会与基板或基板上的固化层粘连构成打印产物一部分，同时还会跟透明的树脂池下表面形成粘连，这种粘连，在要提拉基板进行下一层打印时，将导致或者打印固化部分变形、开裂、失效，严重的还导致容器破漏、或者基板提拉机构损坏。所以，下表面投影打印工艺需要在完成一层打印时，利用铲刀将固化层从下表面刮下来，然后再提拉、进行下一层打印。而利用铲刀将固化层铲下来的过程，将消耗一定的打印时间，如果将铲刀工作的时间也利用起来，将极大的提高3D打印的效率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种方案简单，可实现光敏树脂高速3D打印的光固化3D打印装置及方法。本专利技术针对在树脂池下表面进行光照固化的3D打印的装置，为了将固化的树脂与下表面容器底剥离，故而将树脂池底部设置为柔性透明底，并搭配铲刀使用。该装置在工作时，在铲刀的运动的前方，光固化树脂与树脂池底之间，存在一个填充管固化树脂的区域；激光光源装置依据3D打印物体的规划数据，输出的一维激光光束，照射该填充区域即照射区域，即可实现打印区域中宽度方向上一个线形区域的光固化；伴随着光源装置沿着打印区域长度方向上的线性移动，一维激光光束可以完成该打印平面的打印工作；其次，在激光光源装置移动的同时，铲刀也随光源装置作直线运动，并可以利用铲刀对柔性透明底的向下压迫，和柔性透明底自身的弹性，使之前照射区域已固化的树脂与黏连的柔性透明底局部相剥离。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供的一种光固化3D打印装置，包括树脂池、打印基板、提升机构、柔性透明底、铲刀、光源装置、光源位移装置；所述光源装置位于树脂池的下方，所述柔性透明底设置在树脂池的底部；在工作时，所述铲刀向下压迫柔性透明底，并使其发生弹性形变；所述光源装置产生一维激光光束，并在光源位移装置的作用下作直线运动；所述光源位移装置的移动方向与一维激光光束的照射区域垂直；所述一维激光光束照射在柔性透明底上的照射区域，其水平位置高于铲刀的上表面；所述铲刀追随光源装置作直线运动。优选的，所述铲刀与光源位移装置固定连接。优选的，所述铲刀还连接有铲刀运动装置，控制铲刀的运动速度及与照射区域间的距离。优选的，当铲刀随光源装置作直线运动时，所述一维激光光束照射的照射区域始终高于铲刀6的表面。优选的，所述光源装置为一维激光列阵、谐振式微机电反射镜中的一种或其组合。优选的，所述照射区域的宽度0.5微米-0.5毫米。本专利技术还提供了一种光固化3D打印方法，所述方法包含如下步骤：S01.驱动铲刀向下压迫树脂池的柔性透明底，使得柔性透明底发生弹性形变；S02.将光源位移装置移动至工作位置，并开启光源装置，产生一维激光光束；S03.将一维激光光束照射在柔性透明底上的照射区域，所述照射区域的水平位置高于铲刀的上表面；S04.完成所述照射区域树脂的光固化反应，其中光固化的树脂与柔性透明底的局部相黏连；S05.驱动光源位移装置的作直线运动，移动至下一工作位置，并重复S3、S4步骤；S06.驱动铲刀随光源装置作直线运动，利用铲刀对柔性透明底的向下压迫，和柔性透明底自身的弹性，使之前照射区域已固化的树脂与黏连的柔性透明底局部相剥离；S07.驱动光源装置扫过打印区域，完成该打印面各工作位置上的打印，期间所述一维激光光束的照射区域始终高于铲刀的上表面；S08.驱动铲刀运动至打印区域边缘附近，直至该打印层与柔性透明底完全剥离，则该打印层打印完毕。优选的，所述铲刀与光源位移装置固定连接。优选的，所述铲刀还连接有铲刀运动装置，控制铲刀的运动速度及与照射区域间的距离。优选的，所述光源装置为一维激光列阵、谐振式微机电反射镜中的一种或其组合。优选的，所述照射区域的宽度0.5微米-0.5毫米。本专利技术的有益效果在于，打印速度一直是制约3D打印大规模产业化应用的关键瓶颈之一，对于采用下表面照射方法进行光敏树脂3D打印技术来说，铲刀将固化层铲下来的过程，将消耗一定的打印时间。本专利技术将铲刀工作的时间也用来进行打印，实现了一边固化一边剥离的3D打印过程；与传统的首先形成一个固化层、然后进行铲刀剥离的过程相比，运动铲刀、阶梯式固化方法，其3D打印成型速度有数量级的提高。附图说明图1为本专利技术一种光固化3D打印装置总体结构示意图；图2为本专利技术谐振式微机电反射镜作为光源装置的光路示意图；图3为本专利技术一种光固化3D打印装置打印过程原理示意图；图4为本专利技术一种光固化3D打印方法的实施步骤。附图标号：树脂池1，打印基板2，打印制品3，固化树脂31，提升机构4，柔性透明底5，铲刀6，光源装置7，光源位移装置8，一维激光光束9，单束激光光源10，入射激光光束11，法平面12，反射光束13，照射区域14。具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例作详细描述。如图1所示，一种光固化3D打印装置，其特征在于，包括树脂池1、打印基板2、提升机构4、柔性透明底5、铲刀6、光源装置7、光源位移装置8。其中，光源装置7位于树脂池1的下方，柔性透明底5设置在树脂池底部，与树脂池底部边缘固定连接。柔性透明底5具有良好的弹性，工作时当铲刀6向下压迫柔性透明底5时，柔性透明底5可发生弹性形变。柔性透明底5还具有良好透光性，在工作过程中，当所述光源装置7产生一维激光光束9，并照射在柔性透明底5上时，可以使得树脂池1中照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光固化3D打印装置，其特征在于，包括树脂池、打印基板、提升机构、柔性透明底、铲刀、光源装置、光源位移装置；所述光源装置位于树脂池的下方，所述柔性透明底设置在树脂池的底部；在工作时，所述铲刀向下压迫柔性透明底，并使其发生弹性形变；所述光源装置产生一维激光光束，并在光源位移装置的作用下作直线运动；所述光源位移装置的移动方向与一维激光光束的照射区域垂直；所述一维激光光束照射在柔性透明底上的照射区域，其水平位置高于铲刀的上表面；所述铲刀追随光源装置作直线运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种光固化3D打印装置，其特征在于，包括树脂池、打印基板、提升机构、柔性透明底、铲刀、光源装置、光源位移装置；所述光源装置位于树脂池的下方，所述柔性透明底设置在树脂池的底部；在工作时，所述铲刀向下压迫柔性透明底，并使其发生弹性形变；所述光源装置产生一维激光光束，并在光源位移装置的作用下作直线运动；所述光源位移装置的移动方向与一维激光光束的照射区域垂直；所述一维激光光束照射在柔性透明底上的照射区域，其水平位置高于铲刀的上表面；所述铲刀追随光源装置作直线运动。


2.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，所述铲刀与光源位移装置固定连接。


3.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，所述铲刀还连接有铲刀运动装置，控制铲刀的运动速度及与照射区域间的距离。


4.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，当铲刀随光源装置作直线运动时，所述一维激光光束照射的照射区域始终高于铲刀6的表面。


5.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，所述光源装置为一维激光列阵、谐振式微机电反射镜中的一种或其组合。


6.一种如权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，所述照射区域的宽度0.5微米-0.5毫米。


7.一种光固化3D打印方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：
S01.驱动铲刀向下压迫树脂池的柔性透明底，使得柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：应华，杨武保，俞红祥，
申请(专利权)人：杭州德迪智能科技有限公司，安世亚太科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33