确定用于光聚合固化印刷机的光固化树脂的粘度的方法和系统技术方案

通过光聚合固化工艺形成3D制品的方法和系统，其中在构建过程开始之前以及(可选地)在构建过程期间，通过测量升高和降低罐体中树脂内的构建板所需的扭矩来确定树脂粘度。可通过使用用于制造3D制品的光引擎加热罐体中的树脂来加热树脂，从而改变其粘度。从而改变其粘度。从而改变其粘度。

Method and system for determining the viscosity of UV curable resin used in photopolymerization curing printer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定用于光聚合固化印刷机的光固化树脂的粘度的方法和系统
关联申请
[0001]本申请要求于2019年11月27日提交的美国临时申请号62/941,653的优先权。


[0002]本专利技术涉及增材制造工艺，特别是涉及确定用于光聚合固化(vat polymerization)印刷机中光固化树脂的粘度的方法和系统。

技术介绍

[0003]增材制造，即众所周知的3D打印，是一系列不同技术的集合，这些技术提供了各种制品的不同的直接生产方式。其中一项技术是光聚合固化，该技术包括立体光刻(SLA)、直接光处理(DLP)和液晶显示(LCD)直接印刷。这些技术通常涉及使用(典型的)紫外线(UV)光源对罐体中的树脂进行选择性固化。树脂是逐层固化的，这样就可以通过一系列连续的、相互粘连的横截面来形成制品。
[0004]众所周知，在这样逐层印刷的过程中，树脂粘度是一个重要参数。粘度代表流体对运动的内部阻力，即流体对变形的阻力。越稠的流体粘度越高。例如，油的粘度比水的粘度高。对于光聚合固化工艺，低粘度树脂通常是理想的，因为其在层与层形成之间的构建区域中能够相对快速地补充。然而，由低粘度树脂形成的制品在固化后的凝固过程中往往会发生收缩和翘曲的现象。因此，使用较高粘度的树脂是可取的，因为较高粘度树脂不会有这种不理想的副作用(至少不至于会有与低粘度树脂产生相同副作用的程度)。粘度较高的树脂还可以具备更理想的制品特性，所产生的制品与注塑成型工艺形成的制品相媲美。
[0005]粘度是由液体分子间的内聚力引起的，其随温度变化而变化。对于液体，粘度(μ)可近似为μ＝a10b/(T
‑
c)，其中T是绝对温度，a、b和c是实验确定的常数。因此，众所周知，加热高粘度树脂(否则树脂可能难以在光聚合固化印刷机中进行加工)可降低其粘度，使这种树脂能更好地在光聚合固化印刷机中使用。WO2015/074088提出在曝光区的边缘使用电阻性加热元件来加热树脂。WO2016/078838提出使用位于罐体底部的透明导电涂层来加热树脂。US2019/0202112提出使用独立的(来自光源的)电磁辐射源来加热树脂。同样已知的还有光聚合固化装置，该装置将罐体置于一个类似熔炉的外壳中，整个构建过程都在该外壳中进行。

技术实现思路

[0006]在一个实施例中，本专利技术提供了一种确定用于光聚合固化印刷机中的光固化树脂的粘度的方法。在使用光聚合固化印刷机开始构建过程之前，光聚合固化印刷机的罐体里装满了树脂，且将光聚合固化印刷机的构建板放入树脂内。接合电机以升高树脂内的构建板，并且通过扭矩仪记录升高构建板所需的扭矩的测量值。利用扭矩的测量值，将其与已知的树脂粘度的表格进行索引，以确定光聚合固化印刷机罐体中树脂的粘度。扭矩仪可与电
机集成，并且扭矩仪能配置为将扭矩转换为电信号。在一些情况下，扭矩仪可以包括旋转扭矩传感器，该传感器与丝杆对齐，该丝杆适于在电机的作用下升高和降低构建板。这种旋转扭矩传感器可以是光学或声表面波(SAW)扭矩传感器。此外，在某些情况下，控制器可部分配置为扭矩仪。当扭矩的测量值位于表中树脂粘度的两个列表值之间时，光聚合固化印刷机罐体中的树脂粘度可以确定为扭矩的测量值的最接近粘度的列表值；或者作为扭矩的测量值的粘度内插值。
[0007]在构建过程中，可通过电机来升高和/或降低树脂中的构建板，利用扭矩仪来记录升高和/或降低构建板所需的扭矩的当前测量值，以确定光聚合固化印刷机罐体中树脂的当前粘度，并使用当前表格查询以确定罐体中树脂的当前粘度。此外，在构建过程中，可以使用光聚合固化印刷机的光源来改变或控制光聚合印刷机罐体中树脂的当前粘度(例如，加热树脂)。改变光聚合固化印刷机罐体中树脂的当前粘度的同时，可通过电机升高和/或降低树脂中的构建板，来测量树脂的当前粘度，使用扭矩仪记录升高和/或降低构建板所需的扭矩的当前测量值，并使用当前表格查询以确定罐体中树脂的当前粘度。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，一种用于确定光聚合固化印刷机中光固化树脂的粘度的系统，该系统包括：光聚合固化印刷机，该光聚合固化印刷机具有能容纳一定体积树脂的罐体；构建板，其配置为在罐体内升高和降低的；电机，其与罐体耦合以升高和/或降低构建板；扭矩仪，其用于测量在树脂中升高和/或降低构建板所需扭矩；以及控制器，其配置为操作所述电机以升高和/或降低树脂中的构建板，并从所述扭矩仪接收所述扭矩的测量值，并利用扭矩的测量值来索引表格，所述表格列出了具有已知树脂粘度的扭矩的测量值在表中对该扭矩的测量值进行索引，以确定光聚合固化印刷机罐体中的树脂粘度。该系统还可能具有光引擎。
附图说明
[0009]在附图中，本专利技术以示例而非限制的方式进行说明，其中:
[0010]图1描述了根据本专利技术的实施例所配置的3D打印系统的横截面示意图，其中制品在含有光固化液体树脂的罐体中进行制造。
[0011]图2描述了用于图1所示的3D打印系统的控制器的示例。
具体实施方式
[0012]本文公开了通过光聚合固化工艺形成3D制品的方法和系统，其中在构建过程开始前以及(可选地)在构建过程中，通过测量升高和降低罐体中树脂内的构建板所需的扭矩来确定树脂粘度。罐体中的树脂粘度可以通过加热来改变。该加热可利用制造3D制品的光引擎、或利用独立的(光源的)加热器、或通过其他方式来实现。
[0013]图1描绘了根据本专利技术实施例所配置的3D打印系统100的横截面，其中使用电磁辐射(例如，UV光)来固化光固化液体树脂(通常是液体聚合物)18，以便制造物体(例如，3D物体)22。物体22是逐层制造的(即通过光固化物体22底面附近的一层液体聚合物18来形成物体22的新层)，当每个新层形成时，物体可由构建板20抬起，以在新形成的层下能够绘制下一层光固化液态树脂18。该过程可以重复多次以形成附加层，直到物体制造完成。
[0014]3D打印系统100包括用于容纳光固化液态树脂18的罐体10。罐体10的底部(或至少
其中一部分)由柔性膜14密封(以防止光固化液态聚合物18漏出罐体10)，该柔性膜14在树脂固化所需的波长下是透明的(或几乎透明)，这使来自光源26的电磁辐射能够进入罐体10中。掩模24(例如液晶层)设置在光源26和光固化液态树脂18之间，该掩膜能使液态树脂选择性固化(这允许3D物体形成所需的形状/图案)。在不同的实施例中，一些如透镜、反射器、过滤器和/或薄膜的准直和扩散元件，可设置在掩模24和光源26之间。这些元件没有在图中示出，以免不必要地模糊附图。
[0015]由硼硅酸盐玻璃或其他材料形成的压板或支撑构件16设置在掩模24和柔性膜14之间，并提供结构支撑。压板在用于固化树脂的一个或多个波长下也是透明的(或几乎透明)。在其他情况下，压板16可以是金属或者是塑料，压板有透明的窗口，这使来自光源26的电磁辐射能够进入罐体10中。在其他实施例中，掩膜24本身可以用来代替单独的窗口，其周边用垫圈密封。要注意的是，尽管掩膜24、压板16和柔性膜14表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定光聚合固化(vat photopolymerization)印刷机中光固化树脂的粘度的方法，所述方法包括：在使用光聚合固化印刷机开始构建过程之前，向光聚合固化印刷机的罐体中填入树脂，并将光聚合固化印刷机中的构建板降到树脂内；接合电机来升高树脂中的构建板，并通过扭矩仪记录升高构建板所需的扭矩的测量值；利用扭矩的测量值来索引表格，所述表格列出了具有已知树脂粘度的扭矩的测量值，以确定光聚合固化印刷机的罐体中的树脂粘度。2.根据权利要求1所述的方法，其中扭矩仪与电机集成，并且扭矩仪配置为将扭矩转换为电信号。3.根据权利要求1所述的方法，其中扭矩仪包括旋转扭矩传感器，所述旋转扭矩传感器与丝杆对齐，所述丝杆适于在电机的作用下升高和降低构建板。4.根据权利要求3所述的方法，其中旋转扭矩传感器包括光学或声表面波(SAW)扭矩传感器。5.根据权利要求1所述的方法，其中，控制器部分配置为扭矩仪。6.根据权利要求1所述的方法，当扭矩的测量值在表中树脂粘度的两个列表值之间时，确定光聚合固化印刷机的罐体中的树脂粘度，作为扭矩的测量值的最接近的粘度列表值。7.根据权利要求1所述的方法，当扭矩的测量值在表中树脂粘度的两个列表值之间时，确定光聚合固化印刷机的罐体中的树脂粘度，作为扭矩的测量值的粘度内插值。8.根据权利要求1所述的方法，其还包括，在构建过程中，通过电机升高和/或降低树脂中的构建板，来确定光聚合固化印刷机的罐体中树脂的当前粘度，利用扭矩仪来记录升高和/或降低构建板所需的扭矩的当前测量值，并使用当前表格查询以确定罐体中树脂的当前粘度。9.根据权利要求1所述的方法，其还包括，在构建过程中，使用光聚合固化印刷机的光源来改变光聚合固化印刷机的罐体中树脂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：耐克森三维有限公司，
类型：发明
国别省市：