一种膜涂层多材料光固化3D打印设备及其使用方法技术

本申请涉及提供了一种膜涂层多材料光固化3D打印设备及其使用方法，膜涂层立体光刻membrane‑coating stereolithography（MCSL），用于快速3D多材料微制造。这项新技术利用了弹性和透氧聚合物膜，例如PFA膜或PDMS，它不仅消除了传统PμSL中的自由、开放表面，从而大大提高了制造速度，而且提供了一种在打印的过程中可以快速切换材料的方法，即采用先进的涂布刮刀。通过利用专门的流体控制，即使封装了自由颗粒，也能实现任意复杂的多材料结构。为采用3D打印的方式进行多材料、高精度、大幅面样件的制备提供了方便。这种优势的结合为材料科学、细胞生物学和组织工程等新兴研究领域提供了强大而有前景的工具。

A film coating multi material UV curing 3D printing equipment and its application method

【技术实现步骤摘要】
一种膜涂层多材料光固化3D打印设备及其使用方法
本申请属于3D打印
，尤其是涉及一种膜涂层多材料光固化3D打印设备及其使用方法。
技术介绍
美国专利US4575330展示了一个系统，即通过紫外光固化液体光敏树脂材料，使其按顺序形成固体层，每一层都是3D模型对应位置的的横截面，逐层固化直到形成三维物体此过程也这个系统称为立体光刻。立体光刻最初被认为是一种快速原型技术。快速原型涉及一些列的技术，常常借助CAD并以最快速的方式来创建真实大小的产品零件模型。自开发以来，立体光刻极大地帮助工程师可视化复杂的三维零件几何形状，检测原型原理图中的误差，测试关键组件，验证理论设计等，快速且成本相对较低。在这一领域寻求改进的努力一直在持续，例如，微机电系统（MEMS）领域的工作促进了微立体光刻（stereolithography，SL）的出现，它采用传统立体光刻的基本原理，但空间分辨率要高得多。在单光子聚合和双光子聚合技术的帮助下，对上述光子的分辨率进一步增强，达到200nm以下。然而，在SL中逐点扫描树脂表面使固化由点成线、由线成面会显著拖累制造速度，并使激光驱动系统复杂化，从而导致一种新的并行技术被专利技术，即投影微立体光刻（PSL）。PSL技术的核心是高分辨率空间光调制器，可以是液晶显示器（LCD）面板或数字光处理（DLP）面板。尽管PSL的制造速度比传统SL更快，但PSL仍需要数十小时才能制造分辨率低于10μm的厘米级样品。此外，PSL在多材料制造方面没有显著优势，因为在PSL工艺过程中切换材料会大大降低速度。基于流动光刻的技术被开发出来，它提供了快速制造聚合物2D微颗粒的方法，即通过在通有聚合物溶液的聚二甲基硅氧烷（PDMS）通道设置掩膜图像来快速制造聚合物2D微颗粒，从而允许使用多种制造材料进行多材料打印。通过在通道中引入导轨，这些微颗粒可以组装成更复杂的2D结构。然而，这些技术基本上是二维制造方法。因此，另一种方法被开发了出来，即利用PDMS膜变形来创建多层微结构，“Three-dimensionalfabricationofheterogeneousmicrostructuresusingsoftmembranedeformationandoptofluidicmasklesslithography”（软膜变形光刻三维非均匀微结构），SeungAhLee,SuEunChung,WookPark,SungHoonLeeandSunghoonKwon,LabChip,2009,9,1670–1675。由于膜变形有限，成型结构通常小于5层。又或者例如，虽然使用多个喷嘴直接书写3D打印方法可以实现多材料制造，但是一系列的特性限制了其速度，且受限于喷嘴流体特性其分辨率只能约为100微米。现有的光固化3D打印技术要么制造幅面大但精度低，要么制造精度高但幅面小，要么支持多种材料但是制造幅面小，要么制造幅面大但是只支持一种材料，等等，总之，受限于辐射源投射精度及幅面、多材料供料并提供材料分层的技术和各材料分层残留液体清洗技术的限制，无法同时具备制造幅面大、制造精度高、支持多材料的功能，导致无法进行多材料、高精度、大幅面样件的制备，然而同时具备这些特性的样件在从生物工程到不均匀工程材料等新兴研究领域具有巨大需求空间。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有技术中多材料3D打印系统的不足，从而提供一种膜涂层多材料光固化3D打印设备及其使用方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种膜涂层多材料光固化3D打印设备，包括：光学系统，用于提供固化打印液的辐射图案并监控投影精度；打印平台，用于产生并承载待打印物体；离型膜，用于和所述打印平台相配合以定型待打印物体的一个层厚；涂布刮刀，用于把不同种类的打印液均匀地涂布到离型膜和待打印物体之间，所述涂布刮刀具有能够排出打印液的孔或缝隙；所述涂布刮刀设置有向上和/或向下的风刀，以便吹掉所述离型膜或/和打印物体上残留的打印液；液体储存和输送组件，包括打印液的储存设备和输送设备，与所述涂布刮刀连接，用于向所述涂布刮刀输送不同种类的液体；位移驱动机构，用于控制所述打印平台、离型膜、涂布刮刀之间的相对位置。优选地，本专利技术的膜涂层多材料光固化3D打印设备，所述位移驱动机构还能够控制所述打印平台、离型膜、涂布刮刀之间的相对角度。优选地，本专利技术的膜涂层多材料光固化3D打印设备，所述位移驱动机构包括：打印平台升降驱动机构，用于驱动所述打印平台升降；膜对焦驱动机构，用于驱动所述离型膜移动以靠近或远离所述光学系统；涂布位移驱动机构，用于驱动所述涂布刮刀沿所述打印平台所在平面或所述离型膜所在平面移动；打印平台偏转驱动机构，用于驱动所述打印平台旋转以改变与所述离型膜的相对夹角。优选地，本专利技术的膜涂层多材料光固化3D打印设备，所述涂布刮刀设置有至少两个，或一个所述涂布刮刀与至少两种打印液的储存设备连接。优选地，本专利技术的膜涂层多材料光固化3D打印设备，所述离型膜连接有绷膜机构，所述绷膜机构用于固定并绷紧所述离型膜。优选地，本专利技术的膜涂层多材料光固化3D打印设备，还包括蓄液槽，所述蓄液槽为上端开口的容器，用于存放打印液或者其他填充液体，所述蓄液槽的上端和/或下端具有能够排出液体的排液口。优选地，本专利技术的膜涂层多材料光固化3D打印设备，所述液体储存和输送组件还包括清洗液的储存设备和输送设备。优选地，本专利技术的膜涂层多材料光固化3D打印设备，所述液体储存和输送组件还包括：阀门、温控模块、液位传感器，所述阀门安装在每个输送设备的输送管道上，用于控制对应的储存设备是否向所述涂布刮刀输送液体，所述温控模块用于对液体加热以降低粘度，所述液位传感器实时测量打印液或者清洗液的量。一种膜涂层多材料光固化3D打印方法，包括以下步骤：S1，离型膜所在平面对焦：调节离型膜移动，通过光学系统中的CCD观测投影图案清晰度，直到光学系统焦面与离型膜所在平面重合；设置打印参数；S2，涂布：根据设置的参数，并根据3D模型切片图片，控制涂布刮刀移动到打印平台和离型膜之间，逐层在打印平台上涂布对应一层的打印液，涂布对应一层的打印液完成后，涂布刮刀从打印平台和离型膜之间退出；S3，打印：控制打印平台与离型膜以倾斜的角度靠近，并转动以逐渐与所述离型膜平行，直到新涂布的一层打印液的厚度被定型为设定的层厚后停止；光学系统投影对应一层的投影图案，进行曝光而将新涂布的一层打印液固化；控制打印平台倾斜并下降，使固化后的打印液与离型膜分离，直到打印平台与离型膜之间有足够涂布刮刀活动的间隙；S4，控制涂布刮刀移动到打印平台与离型膜之间，控制风刀去除离型膜和已打印物体上的残留打印液；重复S2-S4直到物体打印完成。优选地，本专利技术的一种膜涂层多材料光固化3D打印方法，步骤S1中，设置打印参数包括以下步骤：根据打印液的粘度，设置好输送的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膜涂层多材料光固化3D打印设备，其特征在于，包括：/n光学系统（1），用于提供固化打印液的辐射图案并监控投影精度；/n打印平台（2），用于产生并承载待打印物体；/n离型膜（3），用于和所述打印平台（2）相配合以定型待打印物体的一个层厚；/n涂布刮刀（4），用于把不同种类的打印液均匀地涂布到离型膜（3）和待打印物体之间，所述涂布刮刀（4）具有能够排出打印液的孔或缝隙；所述涂布刮刀（4）设置有向上和/或向下的风刀，以便吹掉所述离型膜（3）和/或打印物体上残留的打印液；/n液体储存和输送组件，包括打印液的储存设备和输送设备，与所述涂布刮刀（4）连接，用于向所述涂布刮刀（4）输送不同种类的液体；/n位移驱动机构，用于控制所述打印平台（2）、离型膜（3）、涂布刮刀（4）之间的相对位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种膜涂层多材料光固化3D打印设备，其特征在于，包括：
光学系统（1），用于提供固化打印液的辐射图案并监控投影精度；
打印平台（2），用于产生并承载待打印物体；
离型膜（3），用于和所述打印平台（2）相配合以定型待打印物体的一个层厚；
涂布刮刀（4），用于把不同种类的打印液均匀地涂布到离型膜（3）和待打印物体之间，所述涂布刮刀（4）具有能够排出打印液的孔或缝隙；所述涂布刮刀（4）设置有向上和/或向下的风刀，以便吹掉所述离型膜（3）和/或打印物体上残留的打印液；
液体储存和输送组件，包括打印液的储存设备和输送设备，与所述涂布刮刀（4）连接，用于向所述涂布刮刀（4）输送不同种类的液体；
位移驱动机构，用于控制所述打印平台（2）、离型膜（3）、涂布刮刀（4）之间的相对位置。


2.根据权利要求1所述的膜涂层多材料光固化3D打印设备，其特征在于，所述位移驱动机构还能够控制所述打印平台（2）、离型膜（3）、涂布刮刀（4）之间的相对角度。


3.根据权利要求2所述的膜涂层多材料光固化3D打印设备，其特征在于，所述位移驱动机构包括：
打印平台升降驱动机构（53），用于驱动所述打印平台（2）升降；
膜对焦驱动机构（52），用于驱动所述离型膜（3）移动以靠近或远离所述光学系统（1）；
涂布位移驱动机构（51），用于驱动所述涂布刮刀（4）沿所述打印平台（2）所在平面或所述离型膜（3）所在平面移动；
打印平台偏转驱动机构（54），用于驱动所述打印平台（2）旋转以改变与所述离型膜（3）的相对夹角。


4.根据权利要求1所述的膜涂层多材料光固化3D打印设备，其特征在于，所述涂布刮刀（4）设置有至少两个，或一个所述涂布刮刀（4）与至少两种打印液的储存设备（61）连接。


5.根据权利要求1-4任一项所述的膜涂层多材料光固化3D打印设备，其特征在于，所述离型膜（3）连接有绷膜机构（46），所述绷膜机构（46）用于固定并绷紧所述离型膜（3）。


6.根据权利要求1-4任一项所述的膜涂层多材料光固化3D打印设备，其特征在于，还包括蓄液槽（7），所述蓄液槽（7）为上端开口的容器，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏春光，付良康，彭冲，贺晓宁，
申请(专利权)人：深圳摩方新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44