本发明专利技术公开了一种基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备及方法。3D打印移动装置安装在光固化3D打印设备外壳上部壳体内，液桥辅助装置安装在光固化3D打印设备外壳下部的支撑平台上，光路装置布置在液桥辅助装置正下方；方法步骤包括：光路装置将携带有待打印3D结构的截面图形信息的光束向上垂直投影到光敏溶液，光固化被光束照射到的光敏溶液；移动平台持续向上移动，带动弹性伞状集料结构逐渐上升并收缩，液桥连续构成，光固化打印连续完成直至最终成形。本发明专利技术利用弹性伞状集料结构构建人造液桥辅助连续光固化3D打印，维持3D打印结构始终浸润在光敏溶液中，实现高垂直尺寸零件的快速成形，省时省材，节能环保。节能环保。节能环保。
【技术实现步骤摘要】
基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备及方法
[0001]本专利技术涉及一种打印设备，具体涉及一种基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备及方法。
技术介绍
[0002]DLP(Digital light processing)全称是“数字光处理”技术。该技术基于DMD(Digital Mirror Device)数字微棱镜设备，通过像素级尺寸的数字微镜阵列对紫外光进行信息调制。电脑将需要的图像输入微镜阵列，紫外光可以携带图像信息对所需位置进行照射，而DLP面曝光式光固化3D打印技术正是利用这一技术进行增材制造。传统的DLP增材制造过程中固化完成时并不连续，造成每个打印循环的效率的降低。
[0003]现有连续打印有两种典型工艺，一种是料槽充满液体后使用氧阻聚形成死区进行连续光固化成形的CLIP方法，一种是使用少量材料液滴进行连续光固化的单液滴连续成形方法。现有的连续液体表面3D成形的工艺需要液槽中充满光固化液体，造成了大量的原料浪费，违背了低碳节能的环保初衷。此外，现有的单液滴连续光固化方法，在成形平台上只进行少量液滴的放置，并完全利用这些液滴的材料实现例如牙齿结构的打印成形，极大地提高了光固化3D打印材料的利用率，但是成形的结构尺寸较小，无法满足较高或者较宽的结构制造。
[0004]在光固化3D打印成形过程中，由于液体的表面张力作用的存在，在成形平台的移动平台端和液槽底板中间形成液桥结构，这一结构包裹成形结构，一是可以使打印得到的结构一直浸润在光敏溶液中，保持连续固化成形。二是由于浮力的作用对成形的结构形成支撑，可用于力学性质较软物质的打印成形。但是重力的存在导致液桥结构无法在很大范围或很长距离上实现构建，通常液桥只能维持在4mm左右的高度，在成形结构高度较大时仍然无法实现对打印结构的良好支撑。
技术实现思路
[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备及方法，通过添加液桥辅助结构，利用液体表面张力的作用以抵抗重力的影响，有利于连续光固化过程移动平台和液槽之间形成稳定液桥结构，从而实现昂贵光敏溶液的充分使用，减少打印成本。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一、基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备：
[0008]本专利技术3D打印设备包括3D打印移动装置、液桥辅助装置、光路装置和光固化3D打印设备外壳，3D打印移动装置安装在光固化3D打印设备外壳上部壳体内，液桥辅助装置安装在光固化3D打印设备外壳下部的支撑平台上，光路装置布置在液桥辅助装置正下方；
[0009]3D打印移动装置包括电机、滚珠丝杠和移动平台，电机安装在光固化3D打印设备外壳上部壳体的内顶面，滚珠丝杠通过联轴器沿垂向连接在电机输出轴底部，移动平台的
内端通过螺纹套装滚珠丝杠上，移动平台外端穿出光固化3D打印设备外壳的侧面连接液桥辅助装置；
[0010]液桥辅助装置包括液槽、连接部件、固化平面和弹性伞状集料结构；连接部件的顶面固定连接移动平台的外端底面，连接部件的底端面焊接于平行布置的固化平板的顶面；固化平板中心开设有用于装入光敏溶液的凹槽，凹槽内底面向下开设有多个通孔，多个通孔围成一个通孔圆周，通孔绕通孔圆周周向均匀间隔分布，凹槽和通孔形成光敏溶液补料区；具体实施中，凹槽的深度和宽度分别为5mm和8mm，通孔共有个，通孔的直径均为0.5mm；
[0011]固化平板的底面连接有弹性伞状集料结构，固化平板的底面进行了等离子处理，增强了固化平板与弹性伞状集料结构的连接强度；连接部件、光敏溶液补料区、固化平面和弹性伞状集料结构仅能随移动平台在滚珠丝杠的带动下沿垂直方向上下移动；弹性伞状集料结构上部为平行紧贴固化平板且和通孔圆周同心的圆环，通孔圆周直径小于圆环的直径，圆环的底面间隔均匀分布有的多根集料条；弹性伞状集料结构正下方的光固化3D打印设备外壳的支撑平台上安装有贯通的液槽；
[0012]光路装置包括投影底板、光机镜头、DMD芯片、光源反光镜组件和光路支架，投影底板封装在液槽底面，打印设备在初始状态时，弹性伞状集料结构的集料条下端均径向向外散开并抵住投影底板顶面，使得从光敏溶液补料区通入的光敏溶液流入液槽内，固化平板和投影底板之间被弹性伞状集料结构围成的空间形成3D打印成形区域；光路支架位于投影底板的正下方，光路支架上自上而下依次安装有与通孔圆周同中心的光机镜头和DMD芯片，光源反光镜组件安装在光机镜头和DMD芯片之间的光路支架上；光源反光镜组件包括光源和反光镜；光源发射紫外光经反光镜反射至DMD芯片上，经DMD芯片将紫外光转换为携带有待打印3D结构截面图形信息的光束，再从DMD芯片经光机镜头聚焦并垂直投射到投影底板上的光敏溶液进行特定区域连续光固化打印成形。
[0013]所述的3D打印移动装置和液桥辅助装置之间通过紧固件螺纹连接，液桥辅助装置的连接部件的顶面通过紧固件的螺柱螺纹安装在移动平台的外端底面上，液桥辅助装置可从3D打印移动装置上拆卸。
[0014]所述的3D打印移动装置的连接部件为倒U型结构，U型口朝向固化平板上的凹槽口；光敏溶液从U型口装入凹槽内，再从凹槽底面的通孔中滴入液槽内，即光敏溶液从光敏溶液补料区以液滴形式滴入液槽内。
[0015]所述的连接部件和固化平板均采用不锈钢材料。
[0016]所述的弹性伞状集料结构的集料条采用PDMS柔性材料，集料条的厚度小于100μm，长度范围为10～20mm；弹性伞状集料结构的圆环直径可根据待打印的3D结构调整；集料条的长度以及柔软度可调，以满足多种光敏溶液和待打印的3D结构的尺寸。
[0017]所述的光路装置的投影底板采用特氟龙材料或高透树脂材料，均为疏水材料，有较好的透光性和不粘特性，表面张力大，固化后的光敏溶液不易粘附在投影底板上，并且有利于投影底板上的液桥的形成；
[0018]光路装置的光源反光镜组件的光源发射的紫外光的波段为365～405nm；
[0019]光路装置的光源反光镜组件的反光镜采用适用于于紫外光环境下的加强铝反射镜；
[0020]光路装置的光机镜头的镜片采用紫外熔融石英材料。
[0021]二、基于液桥辅助的连续光固化3D打印方法：
[0022]本专利技术3D打印方法步骤如下：
[0023]1)将光敏溶液装入固化平板的凹槽内，光敏溶液从光敏溶液补料区中滴入液槽内，使得液槽内的光敏溶液的厚度满足打印设备在光固化打印过程中的单层打印层厚；
[0024]2)启动电机驱动滚珠丝杠转动，带动移动平台向下移动，使得弹性伞状集料结构的下端伸入到液槽内并向外散开抵住投影底板顶面，弹性伞状集料结构包裹住光敏溶液，但弹性伞状集料结构无需完全接触光敏溶液，光敏溶液补料区的底面接触光敏溶液的上表层液面，打印设备处于初始状态；关闭电机；
[0025]3)固化阶段：光路装置将携带有待打印3D结构的截面图形信息的光束向上垂直投影到投影底板上的光敏溶液，光束形成特定的单层截面图形信息的光斑图案，将被光束照本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备，其特征在于：包括3D打印移动装置、液桥辅助装置(4)、光路装置和光固化3D打印设备外壳(10)，3D打印移动装置安装在光固化3D打印设备外壳(10)上部壳体内，液桥辅助装置(4)安装在光固化3D打印设备外壳(10)下部的支撑平台上，光路装置布置在液桥辅助装置(4)正下方；3D打印移动装置包括电机(1)、滚珠丝杠(2)和移动平台(11)，电机(1)安装在光固化3D打印设备外壳(10)上部壳体的内顶面，滚珠丝杠(2)通过联轴器沿垂向连接在电机(1)输出轴底部，移动平台(11)的内端通过螺纹套装滚珠丝杠(2)上，移动平台(11)外端穿出光固化3D打印设备外壳(10)的侧面连接液桥辅助装置(4)；液桥辅助装置(4)包括液槽(5)、连接部件(12)、固化平面(14)和弹性伞状集料结构(15)；连接部件(12)的顶面固定连接移动平台(11)的外端底面，连接部件(12)的底端面焊接于平行布置的固化平板(14)的顶面；固化平板(14)中心开设有用于装入光敏溶液的凹槽，凹槽内底面向下开设有多个通孔，多个通孔围成一个通孔圆周，通孔绕通孔圆周周向均匀间隔分布，凹槽和通孔形成光敏溶液补料区(13)；固化平板(14)的底面连接有弹性伞状集料结构(15)，弹性伞状集料结构(15)上部为平行紧贴固化平板(14)且和通孔圆周同心的圆环，通孔圆周直径小于圆环的直径，圆环的底面间隔均匀分布有的多根集料条；弹性伞状集料结构(15)正下方的光固化3D打印设备外壳(10)的支撑平台上安装有液槽(5)；光路装置包括投影底板(6)、光机镜头(7)、DMD芯片(8)、光源反光镜组件(9)和光路支架，投影底板(6)封装在液槽(5)底面，弹性伞状集料结构(15)的集料条下端均径向向外散开并抵住投影底板(6)顶面；光路支架位于投影底板(6)的正下方，光路支架上自上而下依次安装有与通孔圆周同中心的光机镜头(7)和DMD芯片(8)，光源反光镜组件(9)安装在光机镜头(7)和DMD芯片(8)之间的光路支架上；光源反光镜组件(9)包括光源和反光镜；光源发射紫外光经反光镜反射至DMD芯片(8)上，经DMD芯片(8)将紫外光转换为携带有待打印3D结构截面图形信息的光束，再从DMD芯片(8)经光机镜头(7)聚焦并垂直投射到投影底板(6)上的光敏溶液进行连续光固化打印成形。2.根据权利要求1所述的一种基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备，其特征在于：所述的3D打印移动装置和液桥辅助装置(4)之间通过紧固件(3)螺纹连接，液桥辅助装置(4)的连接部件(12)的顶面通过紧固件(3)的螺柱螺纹安装在移动平台(11)的外端底面上。3.根据权利要求1所述的一种基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备，其特征在于：所述的3D打印移动装置的连接部件(12)为倒U型结构，U型口朝向固化平板(14)上的凹槽口；光敏溶液从U型口装入凹槽内，再从凹槽底面的通孔中滴入液槽(5)内。4.根据权利要求1所述的一种基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备，其特征在于：所述的连接部件(12)和固化平板(14)均采用不锈钢材料。5.根据权利要求1所述的一种基于液桥辅助的连续光固化3D打印设备，其特征在于：所述的弹性伞状集料结构(15)的集料条采用PDMS柔性材料，集料条的厚度小于100μm，...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪延成，王越，梅德庆，余世政，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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