一种3D打印设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印设备，该设备包括照射源、工作台和液体槽，工作台用于承载构建的三维物体；液体槽用于盛装构建三维物体的可聚合液体，该设备还包括覆盖板，该覆盖板位于液体槽中，或者位于液体槽的顶部；照射源从覆盖板上方照射，该覆盖板为对照射源透明的元件；覆盖板的下表面为覆盖表面，在打印过程中覆盖表面保持与可聚合液体接触。本发明专利技术还提出了一种3D打印方法。本发明专利技术的技术方案无需刮平即可进行新的照射固化，克服了传统“自上而下”三维制造技术中液面波动、机械复杂、速度低、不能连续打印等缺陷。

3D printing device and method

The present invention relates to a 3D printing device, the device comprises a radiation source, working table and the liquid tank, work table for 3D object bearing construction; the liquid tank for containing a polymerizable liquid to construct 3D objects, the device also includes a cover plate, the cover plate is located in the liquid tank, or in a liquid tank top; from the cover plate is arranged above the irradiation source irradiation, the cover plate as a control element source transparent; surface cover plate for covering the surface, covering the surface and keep the polymerizable liquid contact during the printing process. The invention also provides a 3D printing method. The technical proposal of the invention can carry out new irradiation curing without scratching, and overcomes the defects of the liquid surface fluctuation, the mechanical complexity, the low speed and the continuous printing in the traditional \top-down\ three-dimensional manufacturing technology.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印设备和方法
本专利技术涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印设备和方法。
技术介绍
3D打印(三维制造)是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印、层层累积的方式来构造三维物体的技术。特别地，采用可见光或紫外光照射光敏树脂逐层固化来构造三维物体，通常称之为立体光固化技术(SLA)。已知有两种技术来实现SLA：一种为新增加层在构造中物体的上表面，称之为“自上而下”制造技术；另一种为新增加层在构造中物体的下表面，称之为“自下而上”的制造技术。对于“自上而下”技术，中国专利申请号为201410795471.6、专利技术名称为《一种具有刮平功能的激光3D打印机及其光固化打印方法》，其中公开了如下内容：在光固化3D打印过程开始时，照射源自上而下照射，新增加层在构造中物体的上表面形成，每形成一层，构造中的物体下降一层并潜入打印原液的液面以下，即打印单元在照射单元每扫描固化一个层面后，所述的刮平单元就对所述层面上端进行一次刮平处理，然后所述的打印单元再整体下降一个层面高度，并进行下一层面的打印，直到打印完成。即，刮平单元对构造平面进行一次刮平动作和一次抹平动作，打印原液重新涂覆一层在构建中物体的上表面，然后再进行新的光照射固化步骤。这种“自上而下”三维制造技术的缺点是构建中物体需要潜入打印原液中，并在每层形成之后需要停止光照射，启动复杂的机械运动装置进行液面刮平，以重新形成水平的打印原液覆盖层，使设备复杂化且耗费三维制造时间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种3D打印设备和方法，利用照射源自上而下的照射方式并采用对照射源透明的元件完全或部分覆盖可聚合液体以保持稳定的覆盖表面，从而无需刮平即可进行新的照射固化步骤，用以克服传统“自上而下”三维制造技术中液面波动、机械复杂、速度低、不能连续打印等缺陷。本专利技术通过如下技术方案实现：本专利技术提出的一种3D打印设备，该设备包括照射源、工作台和液体槽，工作台用于承载构建的三维物体；液体槽用于盛装构建三维物体的可聚合液体，该设备还包括覆盖板，该覆盖板位于液体槽中，或者位于液体槽的顶部；照射源从覆盖板上方照射，该覆盖板为对照射源透明的元件；覆盖板的下表面为覆盖表面，在打印过程中覆盖表面保持与可聚合液体接触。进一步地，在打印过程中，覆盖表面固定不动或基本不动。进一步地，在所述覆盖板位于液体槽的顶部时，覆盖板与液体槽组成密闭容器或具有开口的容器；在该覆盖板位于液体槽中时，覆盖板固定在3D打印设备的主体结构上或液体槽上，液体槽为密闭容器或具有开口的容器。进一步地，所述覆盖板为半渗透性元件，聚合抑制剂能够透过所述半渗透性元件渗透至所述覆盖表面，从而在所述覆盖表面形成抑制固化层，所述聚合抑制剂用于抑制所述可聚合液体的固化，以保证在打印过程中固化区域与所述覆盖表面之间无损伤地分离。进一步地，所述半渗透性元件为半渗透性聚合物、多孔玻璃、核孔膜元件、微孔石英晶体元件、微孔云母元件，或它们的组合。进一步地，所述半渗透性元件具有不小于10巴的氧渗透率。进一步地，所述抑制固化层应具有不少于5μm的厚度。进一步地，抑制固化层还应维持一定的时间，该时间至少不少于固化过程所持续的时间。进一步地，在所述半渗透性元件外侧或内部设置刚性的支撑元件，用于增加半渗透性元件的刚性。进一步地，聚合抑制剂自然透过或加压透过所述半渗透性元件。进一步地，覆盖板的覆盖表面采用对固化的可聚合液体不具粘性或粘性较小的材料或元件，使得在打印过程中固化区域与覆盖表面能够无损分离。进一步地，所述不具粘性或粘性较小的材料或元件选自特氟龙材料或元件、硅胶材料或元件、聚二甲基硅氧烷材料或元件、聚全氟乙丙烯材料或元件，或它们的组合。进一步地，所述可聚合液体包含自由基可聚合树脂，其所对应的固化抑制剂为空气、纯氧或富氧气体。进一步地，在所述覆盖板与液体槽组成密闭容器时，所述设备还包括液泵、压力探测器和控制单元，压力探测器用于检测密闭容器内的压力变化，控制单元根据压力探测器检测到的压力变化，驱动液泵抽运可聚合液体，以维持密闭容器内的压力。进一步地，该设备还包括电机和控制单元，电机在控制单元的控制下驱动工作台上下移动。进一步地，在液体槽的安装部位设置密封圈。本专利技术还提出了一种3D打印方法，该方法包含以下步骤：(a)提供工作台和覆盖板，其中覆盖板为具有覆盖表面的对照射源透明的元件，工作台与覆盖表面之间限定了三维物体的构建区域，照射源能量能够透过覆盖板照射到构建区域；(b)在所述构建区域填充可聚合液体，且保持可聚合液体与所述覆盖表面接触；(c)照射源能量透过所述覆盖板照射所述构建区域以形成固化区域；(d)保持所述覆盖表面固定不动，将所述工作台向下移动，固化区域与所述覆盖表面分离，在所述固化区域和所述覆盖表面之间形成后续的构建区域；可聚合液体填充所述后续构建区域，并保持可聚合液体与覆盖表面和固化区域接触；(e)重复步骤(c)、(d)，直至层层沉积形成三维物体；其中步骤(c)、(d)同时进行，或步骤(c)、(d)按顺序进行。进一步地，所述步骤(d)中固化区域与所述覆盖表面分离为无损分离。进一步地，所述3D打印方法采用如前所述的3D打印设备。根据本专利技术，用于本专利技术的抑制剂或聚合抑制剂可为液体或气体形式。在一些实施方案中，优选气体抑制剂。具体的抑制剂取决于聚合的单体和聚合反应。对于自由基聚合单体，抑制剂可方便地为氧，其可提供为气体形式，例如空气、富氧气体(任选地，但是在一些实施方案中优选地包含其它惰性气体以减少它们的可燃性)，或在一些实施方案中为纯氧气。在备选实施方案中，例如其中通过光致产酸剂引发剂聚合单体，抑制剂可为碱，例如氨、微量胺(例如甲胺、乙胺、二和三烷基胺例如二甲胺、二乙胺、三甲胺、三乙胺等)或二氧化碳，包括它们的混合物或组合。本专利技术的有益效果：1.本专利技术采用对照射源“透明”的覆盖板覆盖可聚合液体，由于打印过程中可聚合液体完全或部分接触覆盖板上的覆盖表面，在这个覆盖表面上通过照射源照射，一层层来构造三维物体；在打印过程中工作台下移时，可聚合液体自动填充在构建区域，从而保持与覆盖表面的接触，进而在可聚合液体与覆盖表面的接触处保持覆盖表面这个面型，这样就无需刮平即可进行新一层的照射固化，克服了传统“自上而下”三维制造技术中液面波动、机械复杂、速度低、不能连续打印等缺陷。2.本专利技术进一步通过采用对聚合抑制剂具有渗透性的覆盖板从而在覆盖表面与可聚合液体之间形成抑制固化层，或者覆盖表面为对固化的可聚合液体不具粘性或粘性较小的材料或元件，通过这些手段实现固化区域与覆盖表面之间轻松或无损伤地脱离，用以克服制造过程中固化表面变形的问题。附图说明图1是本专利技术的方法示意图。图2是本专利技术的覆盖板的一种实施例的示意图。图3是本专利技术的覆盖板的另一种实施例的示意图。图4是本专利技术的设备的第一实施例的示意图。图5是本专利技术的设备的第二实施例的示意图。图6是本专利技术的设备的第三实施例的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本专利技术并不局限于附图和以下实施例。本专利技术提供了一种3D打印的方法，如图1所示。该方法针对可聚合液体，通过照射源例如可见光或紫外光照射，引发可聚合液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印设备，该设备包括照射源、工作台和液体槽，工作台用于承载构建的三维物体；液体槽用于盛装构建三维物体的可聚合液体，其特征在于，该设备还包括覆盖板，该覆盖板位于液体槽中，或者位于液体槽的顶部；照射源从覆盖板上方照射，该覆盖板为对照射源透明的元件；覆盖板的下表面为覆盖表面，在打印过程中覆盖表面保持与可聚合液体接触。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印设备，该设备包括照射源、工作台和液体槽，工作台用于承载构建的三维物体；液体槽用于盛装构建三维物体的可聚合液体，其特征在于，该设备还包括覆盖板，该覆盖板位于液体槽中，或者位于液体槽的顶部；照射源从覆盖板上方照射，该覆盖板为对照射源透明的元件；覆盖板的下表面为覆盖表面，在打印过程中覆盖表面保持与可聚合液体接触。2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，在打印过程中，覆盖表面固定不动或基本不动。3.根据权利要求1或2所述的3D打印设备，其特征在于，在所述覆盖板位于液体槽的顶部时，覆盖板与液体槽组成密闭容器或具有开口的容器；在该覆盖板位于液体槽中时，覆盖板固定在3D打印设备的主体结构上或液体槽上，液体槽为密闭容器或具有开口的容器。4.根据权利要求1或2所述的3D打印设备，其特征在于，所述覆盖板为半渗透性元件，聚合抑制剂能够透过所述半渗透性元件渗透至所述覆盖表面，从而在所述覆盖表面形成抑制固化层，所述聚合抑制剂用于抑制所述可聚合液体的固化，以保证在打印过程中固化区域与所述覆盖表面之间无损伤地分离。5.根据权利要求4所述的3D打印设备，其特征在于，所述半渗透性元件为半渗透性聚合物、多孔玻璃、核孔膜元件、微孔石英晶体元件、微孔云母元件，或它们的组合；或者，半渗透性元件具有不小于10巴的氧渗透率。6.根据权利要求4或5所述的3D打印设备，其特征在于，所述抑制固化层具有不少于5μm的厚度；或者，抑制固化层还应维持一定的时间，该时间至少不少于固化过程所持续的时间。7.根据权利要求4或5所述的3D打印设备，其特征在于，在所述半渗透性元件外侧或内部设置刚性的支撑元件，用于增加半渗透性元件的刚性。8.根据权利要求4或5所述的3D打印设备，其特征在于，聚合抑制剂自然透过或加压透过所述半渗透性元件。9.根据权利要求1或2所述的3D打印设备，其特征在于，覆盖板的覆盖表面采用对固化的可聚合液体不具粘性或粘性较小的材料或元件，使得在打印过程中固化区域与覆盖表面能够无损分离。10.根据权利要求9所述的3D打印设备，其特征在于，所述不具粘性或粘性较小的材料或...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文雄，刘华刚，黄见洪，张志，林紫雄，阮开明，葛燕，黄海洲，吴鸿春，李锦辉，翁文，陈金明，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35