一种半渗透性元件及其应用和制备方法及3D打印设备技术

本发明专利技术涉及一种用于固化抑制剂渗透的半渗透性元件，所述半渗透性元件的孔密度为10

Semi permeable element and its application, preparation method and 3D printing equipment

The present invention relates to a semi permeable element for penetration of a curing agent, wherein the pore density of the semi permeable element is 10

【技术实现步骤摘要】
一种半渗透性元件及其应用和制备方法及3D打印设备
本专利技术属于3D打印领域，具体涉及一种半渗透性元件及其应用和制备方法及3D打印设备。
技术介绍
三维制造(又称3D打印)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)。在现有的SLA技术中，一种为逐层光固化方式，该种方式可参阅申请号为201410795471.6的中国专利申请《一种具有刮平功能的激光3D打印机及其光固化打印方法》。在这种方式实施过程中，层与层之间需中断光照射，然后在已固化区域表面重新覆盖或填充精确、均匀的打印原液层，然后再进行光照射形成新的固化层，层层累积构造出三维物体。这种逐层固化的方式的主要缺点是，每固化一层需启动复杂的机械运动装置进行液面刮平，以此来重新形成精确、均匀的液体光敏树脂覆盖层，因此采用这种方式系统复杂且耗时。连续构造三维物体的方法见于申请号为201480008397.7的中国专利申请《三维制造的方法和设备》。该技术通过半渗透性元件引入聚合抑制剂在构建表面与聚合区域之间形成由光敏树脂液体组成的液膜脱离层，从而无需在一层固化完成后，停止光照射并进行新液面层的填充和刮平，可以连续地实施三维物体的构建工作。但这种技术所使用的半渗透性元件为高分子聚合物或多孔玻璃，这些元件要么是柔性材料，要么孔径较小且微孔结构均为海绵状迷宫结构，对固化抑制剂(主要是氧气)透气率差，在某些实施方案中需要纯氧或加压的方式来增大透气率。
技术实现思路
为克服现有3D打印设备中半渗透性元件透气率低或柔性薄膜的不足，本专利技术提供一种用于3D打印固化抑制剂渗透的半渗透性元件及其应用和制备方法及3D打印设备，该半渗透性元件固化抑制剂透过率高，只需通入空气即可实现连续三维物体制造对抑制固化层厚度的要求。本专利技术提出的一种用于3D打印的固化抑制剂渗透的半渗透性元件，所述半渗透性元件的孔密度为107-1011/cm2，和/或，所述孔径为0.01μm-5μm。根据本专利技术，所述半渗透性元件的气体渗透率不小于100巴。其用于透过气态的固化抑制剂。根据本专利技术，所述的半渗透性元件的具有108-1010/cm2的孔密度，和/或具有0.02μm-0.2μm大小的孔径。进一步地，所述气体透过率不小于120巴，还可以不小于150巴。进一步地，所述半渗透性元件采用核径迹蚀刻技术在光学透明的基底材料上刻蚀微孔制备而成，其中在制备过程中可根据需要控制孔密度和孔径。进一步地，所述基底材料包括聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、石英晶体、云母或它们的组合。优选地，所述基底材料为石英晶体或云母，或者，所述基底材料包括石英晶体和/或云母。进一步地，所述半渗透性元件外侧或内部设置刚性的支撑元件，用于提高半渗透性元件的刚性。并且，本专利技术还提出了一种如前所述的半渗透性元件在3D打印中的应用。而且，本专利技术还提出了一种用于制备如前所述的半渗透性元件的方法，该方法包括如下步骤：步骤(1)：采用核反应裂变碎片，或加速器重离子束流辐照光学透明的基底材料，在基底材料上留下辐照通道；步骤(2)：对前述经辐照的基底材料进行化学蚀刻处理刻蚀出微孔，从而制得半渗透性元件。另外，本专利技术还提出了一种3D打印设备，该3D打印设备包括如前所述的半渗透性元件和液体槽，其中，半渗透性元件构成液体槽的底部或底部的一部分，液体槽和半渗透性元件组成可聚合液体容器；或者半渗透性元件构成液体槽的顶部或顶部的一部分，液体槽和半渗透性元件组成封闭或半封闭可聚合液体容器；或者半渗透性元件位于液体槽内部。进一步地，该3D打印设备还包括固化抑制剂源，用以提供固化抑制剂存储或流通区域；该固化抑制剂源位于半渗透性元件与3D打印设备的光源之间，并贴覆于半渗透性元件；半渗透性元件中远离光源的表面为制造表面，固化抑制剂能够通过半渗透性元件在制造表面形成一层液态抑制固化层。根据本专利技术，用于本专利技术的固化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，优选气体抑制剂为气体。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。在一些实施方案中，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。进一步地，当半渗透性元件构成液体槽的底部或底部的一部分时，半渗透性元件上表面为制造表面，该制造表面与该3D打印设备的工作台的下表面之间形成三维物体的构建区域；固化抑制剂能够通过半渗透性元件进入构建区域，在制造表面形成液态抑制固化层。进一步地，当半渗透性元件位于液体槽内部时，半渗透性元件的下表面为制造表面，该制造表面与该3D打印设备的工作台的上表面之间形成三维物体的构建区域；固化抑制剂能够通过半渗透性元件进入构建区域，在制造表面形成液态抑制固化层。根据本专利技术，所述半渗透性元件固定在支撑元件上，支撑元件为刚性、光学透明元件，在支撑元件表面刻有沟槽，用于气体流通。固化抑制剂可流经这些沟槽渗透至制造表面。本专利技术的有益效果：1.本专利技术的半渗透性元件具有近圆柱型直孔结构，对气态固化抑制剂的透过率比一般聚合物好，在同样孔隙率(例如5％)的条件下，最少可以增加20％-30％的透过率，最高可以为半渗透性聚合物(如海绵状微孔聚合物)材料的透过率的5倍，甚至达到10倍。2.本专利技术提出的半渗透性元件的制备方法可按要求控制半渗透性元件孔密度和孔径，提高3D打印的精度和速度。使用上述半渗透性元件的3D打印设备的三维物体成型速度可超过600mm/h。3.本专利技术提出的半渗透性元件包含刚性支撑元件，如石英晶体、云母等，用以克服柔性材料的不足。所述的刚性支撑元件来固定或拉平半渗透性元件。附图说明图1是本专利技术3D打印设备的结构与原理示意图。图2是本专利技术的半渗透性元件的一种实施例的示意图。图3是本专利技术3D打印设备的一实施例示意图。图4是本专利技术3D打印设备的另一个实施例示意图。图5是本专利技术3D打印设备的另一个实施例中半渗透性元件的电镜扫描图。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。本专利技术提出的半渗透性元件采用核径迹蚀刻技术在光学透明的基底材料上刻蚀微孔制备而成，具体采用核反应裂变碎片，或加速器重离子束流辐照基底材料后再经化学蚀刻处理制备出近圆柱型直孔，并可按要求控制其孔密度和孔径。半渗透性元件具有107-1011/cm2的孔密度，和/或具有0.01μm-5μm大小的孔径，气体渗透率不小于100巴。优选地，所述半渗透性元件具有108-1010/cm2的孔密度，和/或具有0.02μm-0.2μm大小的孔径。根据本专利技术，所述基底材料由聚碳酸酯(PC)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于3D打印的固化抑制剂渗透的半渗透性元件，其特征在于，所述半渗透性元件的孔密度为10

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的固化抑制剂渗透的半渗透性元件，其特征在于，所述半渗透性元件的孔密度为107-1011/cm2，和/或，所述孔径为0.01μm-5μm。2.根据权利要求1所述的半渗透性元件，其特征在于，所述半渗透性元件的气体渗透率不小于100巴。3.根据权利要求1或2所述的半渗透性元件，其特征在于，所述半渗透性元件的孔密度为108-1010/cm2，和/或，所述孔径为0.02μm-0.2μm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的半渗透性元件，其特征在于，所述气体透过率不小于120巴，还可以不小于150巴。5.根据权利要求1-4中任一项所述的半渗透性元件，其特征在于，所述半渗透性元件采用核径迹蚀刻技术在光学透明的基底材料上刻蚀微孔制备而成，其中在制备过程中可根据需要控制孔密度和孔径。6.根据权利要求1-5中任一项所述的半渗透性元件，其特征在于，所述基底材料包括聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、石英晶体、云母或它们的组合；优选地，所述基底材料为石英晶体或云母，或者，所述基底材料包括石英晶体和/或云母。7.根据权利要求1-6中任一项所述的半渗透性元件，其特征在于，所述半渗透性元件外侧或内部设置刚性的支撑元件，用于提高半渗透性元件的刚性。8.一种如权利要求1至7中任一项所述的半渗透性元件在3D打印中的应用。9.一种用于制备如权利要求1至7中任一项所述的半渗透性元件的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤(1)：采用核反应裂变碎片，或加速器重...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文雄，黄见洪，阮开明，刘华刚，黄海洲，吴鸿春，张志，陈金明，李锦辉，翁文，葛燕，林紫雄，
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