三维打印机树脂补给方法技术

三维打印机包括容器、光引擎、固定件、移动机构、传感器和控制器。容器用于容纳液态可光固化树脂，并且包括透明片，所述透明片限定下表面，可通过所述透明片照射树脂。光引擎被设置和配置为选择性地通过透明片照射树脂。固定件用于支撑三维制品，所述三维制品具有与透明片呈面向关系地浸入在树脂中的下表面。移动机构被配置为可控地平移固定件，以调节下表面在透明片上方的竖直高度。传感器被配置为监测三维制品上的树脂的动态竖直阻力。

Three dimensional printer resin supply method

Three dimensional printers include containers, light engines, fixings, mobile mechanisms, sensors and controllers. The container is used to hold a liquid light curable resin and comprises a transparent sheet defining a lower surface through which the resin can be irradiated. The light engine is arranged and configured to selectively irradiate the resin through a transparent sheet. The fixings are used to support a three-dimensional product which has a lower surface which is immersed in the resin in a face-to-face relationship with the transparent sheet. The moving mechanism is configured with a controllable horizontal moving fixator to adjust the vertical height of the lower surface above the transparent sheet. The sensor is configured to monitor the dynamic vertical resistance of the resin on the 3D product.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维打印机树脂补给方法相关申请的交叉引用本非临时专利申请要求2017年2月20日提交的由PeterScottTurner作出的标题为“THREEDIMENSIONALPRINTERRESINREPLENISHMENMETHOD”(“三维打印机树脂补给方法”)的美国临时申请序列号62/460,947的优先权，其在U.S.C.119（e）的权益下通过引用并入本文。
本公开涉及用于由能量可固化材料制造实心三维（3D）制品的设备和方法。更具体地，本公开涉及优化利用可光固化树脂的三维（3D）打印机的速度和输出质量的方式。
技术介绍
三维（3D）打印机的使用正在迅速增加。一个类型的3D打印机包括具有总体操作原理的光固化打印机，所述操作原理包括选择性固化和硬化辐射可固化（可光固化）液态树脂。典型的光固化系统包括保持可固化树脂的容纳容器、联接到支撑表面的移动机构以及可控光引擎。光固化系统通过选择性地固化可光固化树脂层而形成三维（3D）制品。在一个系统实施例中，容器包括透明片，所述透明片形成容器的下表面的一部分。支撑表面定位在透明片上方，并且与透明片呈面向关系。进行以下步骤：（1）移动机构定位支撑表面，由此可光固化树脂薄层位于支撑表面与透明片之间。（2）光引擎将像素化的光向上传递通过透明片，以选择性地将可光固化树脂层固化到支撑表面上。（3）移动机构而后递增地升高支撑表面。重复步骤（2）和（3），以形成三维（3D）制品，所述三维（3D）制品具有与透明片呈面向关系的下表面。一个挑战是透明片由已固化聚合物“污染”。理想地，聚合物将仅在支撑表面和3D制品的下表面上固化。但是，一些聚合物可在下窗口上固化。随着时间的推移，在窗口上的已固化聚合物将干扰3D打印机的适当操作。此外，下表面可粘附到下窗口。为了克服此问题，已采用了各种解决方案，包括在下窗口上提供释放涂层和/或使用化学抑制剂，以防止树脂在下窗口上或附近固化。此类系统具有的另一挑战是如何在靠近下表面的构建平面处维持新树脂的供应。当3D制品的下表面具有实心和大截面面积时，树脂在构建平面处可变得被耗尽。3D制品的下表面的上下运动可用于补给树脂薄层。此上下运动可在3D制品的下表面上施加应力，导致质量中的下降。减慢上下运动可减少这些应力，但是将导致更长的处理时间。需要的是提供高速操作的系统，而在3D制品的质量中没有下降。附图说明图1是描绘了示例性三维（3D）打印系统的示意性框图。图2是描绘了操作三维（3D）打印系统的示例性方法的流程图。图3是描绘了三维（3D）制品的下表面在透明片上方的高度H（t）相对于时间t的示例性示意性时序图。图4是描绘了高度H（t）和力F（t）相对于时间t的示例性示意性时序图。H（t）是三维（3D）制品的下表面在透明片上方的高度。F（t）是被施加在三维（3D）制品上的动态变化的竖直力。图5是容纳树脂的示例性容器以及具有实心圆形截面的三维（3D）制品的俯视图。图6是容纳树脂的示例性容器以及三维（3D）制品的侧视截面图。
技术实现思路
在本公开的第一方面中，三维（3D）打印机包括容器、光引擎、固定件、移动机构、传感器和控制器。容器用于容纳液态可光固化树脂，并且包括透明片，所述透明片限定下表面的至少一部分，可通过所述透明片照射树脂。光引擎被设置和配置为选择性地通过透明片照射树脂。固定件用于支撑三维（3D）制品，由此3D制品的下表面与透明片呈面向关系地浸入在树脂中。移动机构被配置为可控地平移固定件，由此可控制3D制品的下表面与透明片之间的竖直距离。传感器被配置为监测下表面上的动态竖直力。控制器被配置为：（a）将3D制品的下表面定位在从透明片隔开的操作距离处；（b）激活光引擎，以选择性地将树脂层固化到下表面上；（c）重复（a）和（b）一次或多次；（d）激活移动机构，以根据泵送循环而使下表面向上平移距离D，并且而后向下平移到操作距离；（e）与（d）同时，监测来自传感器的信号，所述信号指示被施加在3D制品的下表面上的动态力；（f）至少部分地基于来自传感器的信号的分析而更新泵送循环；以及（g）重复步骤（a）至（f），直到完成3D制品。在一个实施方式中，光引擎包括光源和空间性光调制器。空间性光调制器操作，以选择性地控制横跨构建平面的像素元素，树脂被选择性地固化在所述构建平面之上。在一个实施例中，空间性光调制器是数字镜装置。空间性光调制器从光源接收未处理的光，并且反射或传递像素化和已处理的光。光引擎包括光学器件，所述光学器件将已处理的光传递到在树脂内并且靠近3D制品的下表面的构建平面。在另一实施方式中，传感器是压敏换能器，所述压敏换能器可感测压缩和/或张拉中的动态变化。可安装换能器，由此其直接感测被施加到固定件的竖直力。在又一实施方式中，控制器电联接和/或无线联接到光引擎、移动机构以及到传感器。控制器包括处理器，所述处理器联接到信息存储装置。信息存储装置包括存储指令的非暂时性或非易失性存储装置，当由处理器执行时，所述指令处理来自传感器的信号，并且控制光引擎和移动机构。控制器可被容纳在单个IC（集成电路）或多个IC中。控制器可被设置在三维打印系统内在一个位置处或分布在多个位置中。在进一步的实施方式中，基于来自传感器的信号，实时调节3D制品的下表面的平移速度。在第一实施例中，如果来自传感器的信号指示动态力具有的大小超过指定控制上限，则降低平移速度。在第二实施例中，如果来自传感器的信号指示动态力相对于时间具有的大小超过指定控制上限，则降低平移速度。在第三实施例中，如果来自传感器的信号指示动态力具有的大小小于指定控制下限，则增加平移速度。在第四实施例中，如果来自传感器的信号指示动态力相对于时间的斜率小于控制下限，则增加平移速度。在更进一步的实施方式中，在3D制品的下表面向上平移远离透明片时，动态力相对于时间升高，并且而后下降。响应于动态力相对于时间的实时分析，可实时停止向上平移。当动态力的大小开始迅速下降时，可停止向上平移。在另一实施方式中，控制器被配置为基于参数相关性而限定泵送循环，所述参数相关性使泵送循环参数至少与3D制品的下表面的几何形状相关。泵送循环参数包括泵送距离D和3D制品的下表面的平移速度。在第一实施例中，查找表使泵送循环参数与下表面几何形状参数相关。在第一实施例中，基于来自传感器的信号的分析，更新查找表。在第二实施例中，函数关系使泵送循环参数与下表面几何形状参数相关。在第二实施例中，基于来自传感器的信号的分析，更新函数关系。在又一实施方式中，可在3D制品的下表面与透明片之间限定树脂流动流型。基于雷诺数，树脂流动流型可为层流或湍流的。更新泵送循环，以最大化雷诺数，同时维持层流流动，并且避免湍流流动。对于非常粘性的树脂，泵送循环还可具有对于动态力的上限。在进一步的实施方式中，步骤（a）包括将下表面递增地升高距离d。在第一实施例中，D至少等于d的四倍。在第二实施例中，D至少等于d的10倍。在第三实施例中，D至少等于d的50倍。在第四实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维（3D）打印机，包括：/n容器，用于容纳液态树脂，所述容器具有透明片，能够通过所述透明片照射树脂；/n光引擎，被设置为选择性地通过所述透明片照射树脂；/n固定件，用于支撑3D制品，由此3D制品的下表面与所述透明片呈面向关系地浸入在树脂中；/n移动机构，用于可控地平移所述固定件，由此能够控制3D制品的下表面与所述透明片之间的竖直距离；/n传感器，被配置为监测所述下表面上的动态竖直力；/n控制器，被配置为：/n（a）将3D制品的下表面定位在从所述透明片隔开的操作距离处；/n（b）激活所述光引擎，以选择性地将树脂层固化到所述下表面上；/n（c）重复（a）和（b）一次或多次；/n（d）激活所述移动机构，以根据泵送循环而使所述下表面向上平移距离D，并且而后向下平移到所述操作距离；/n（e）与（d）同时，监测来自所述传感器的信号，所述信号指示被施加在3D制品的下表面上的动态力；/n（f）至少部分地基于来自所述传感器的信号的分析而更新至少一个泵送循环参数；以及/n（g）重复步骤（a）至（f），直到完成3D制品。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170220 US 62/4609471.三维（3D）打印机，包括：
容器，用于容纳液态树脂，所述容器具有透明片，能够通过所述透明片照射树脂；
光引擎，被设置为选择性地通过所述透明片照射树脂；
固定件，用于支撑3D制品，由此3D制品的下表面与所述透明片呈面向关系地浸入在树脂中；
移动机构，用于可控地平移所述固定件，由此能够控制3D制品的下表面与所述透明片之间的竖直距离；
传感器，被配置为监测所述下表面上的动态竖直力；
控制器，被配置为：
（a）将3D制品的下表面定位在从所述透明片隔开的操作距离处；
（b）激活所述光引擎，以选择性地将树脂层固化到所述下表面上；
（c）重复（a）和（b）一次或多次；
（d）激活所述移动机构，以根据泵送循环而使所述下表面向上平移距离D，并且而后向下平移到所述操作距离；
（e）与（d）同时，监测来自所述传感器的信号，所述信号指示被施加在3D制品的下表面上的动态力；
（f）至少部分地基于来自所述传感器的信号的分析而更新至少一个泵送循环参数；以及
（g）重复步骤（a）至（f），直到完成3D制品。


2.根据权利要求1所述的三维（3D）打印机，其中，所述传感器直接测量被施加到所述固定件的竖直力。


3.根据权利要求1所述的三维（3D）打印机，其中，基于来自所述传感器的信号，实时调节所述下表面的平移速度。


4.根据权利要求3所述的三维（3D）打印机，其中，如果来自所述传感器的信号指示动态力具有的大小超过指定控制上限，则降低平移速度。


5.根据权利要求3所述的三维（3D）打印机，其中，如果来自所述传感器的信号指示动态力具有的大小小于指定控制下限，则增加平移速度。


6.根据权利要求3所述的三维（3D）打印机，其中，如果动态力相对于时间的斜率小于控制下限，则增加平移速度。


7.根据权利要求1所述的三维（3D）打印机，其中，在所述下表面从所述透明片向上平移时，动态力升高，并且而后下降，响应于动态力相对于时间的实时分析，实时停止向上平移。


8.根据权利要求1所述的三维（3D）打印机，其中，所述控制器被配置为基于参数相关性而限定泵送循环，所述参数相关性使泵送循环至少与3D制品的几...

【专利技术属性】
技术研发人员：PS特纳，
申请(专利权)人：三D系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US