本发明专利技术公开了一种连续成型的双波长光固化3D打印的设备和方法，包括升降基板、透明树脂槽、线激光系统和图案投影系统，所述升降基板设置于透明树脂槽上方在竖直方向上可连续移动，所述透明树脂槽固定于平台，所述线激光系统共有四套，分别位于透明树脂槽四周同一水平面上，所述图案投影系统设置于透明树脂槽下方；所述线激光系统在升降基板与透明树脂槽底之间形成光幕，对液态光敏树脂进行预固化，通过图案投影系统在光幕区域投影图案对液态光敏树脂进行固化，实现连续3D打印。本发明专利技术打印速度快、精度高、稳定性好，可打印大体积工件，成型件表面质量好、机械性能各向同性。机械性能各向同性。
【技术实现步骤摘要】
一种连续成型的双波长光固化3D打印技术
[0001]本专利技术涉及光固化立体成型领域，特别涉及一种连续成型的双波长光固化3D打印的设备和方法。
技术介绍
[0002]光固化3D打印技术自诞生以来就发展迅速，目前其应用的领域就包括有医疗保健、生物工程、机械设计、文娱动漫以及服装和珠宝等行业。尤其在工业设计和医疗辅助器械的制作方面，光固化3D打印技术有着得天独厚的优势，这主要得益于光固化系统结构简单、成本低以及能实现复杂模型的高精度快速成型。
[0003]光固化成型技术按曝光方向可分为自上而下和自下而上两大类型。自上而下曝光3D打印系统中，截面图案由光束扫描或面曝光基板上方一层的液态树脂，固化后基板下降一定高度，刮板再刮一层液态树脂，如此重复完成整个零件制造。这类成型技术的一大优点就是零件的截面面积不受限制，但缺点也很明显，就是零件高度受树脂槽深度限制，同时，设备一般置于空气中使用，由于氧气的阻聚效果，自由基光敏树脂不能使用。因此，目前自下而上曝光的3D打印系统应用更为广泛，通过曝光基板与离型膜之间预留的液态树脂层，使其固化后黏附在上方的基板上，基板上升一定高度，周围的液态树脂回流固化后的区域，基板再下降，与离型膜重新创造出相同高度的液态树脂层，重复操作直至完成整个零件。这类成型技术优点就是零件高度不受限制，可选树脂种类更多，稳定性更好，零件表面树脂残留更少。而缺点也很明显，受树脂黏度的限制，零件横截面积不能太大，否则树脂回流填充不充分会导致打印失败。当然，最重要的一个缺点就是此类成型技术需要固化层与离型膜的分离，这个过程不仅极大地延缓了零件的成型速度，同时，在克服两者之间的粘附力时也可能导致零件失真或成型失败。这也是限制光固化3D打印技术应用发展的一大技术难题。
[0004]为突破这一瓶颈，有学者提出了连续液面成型（CLIP）技术，将离型膜换成透氧膜，利用氧气分子的阻聚效果使固化层与透氧膜之间形成一层不固化的“死区”，从而省去了分离的过程，实现连续打印。由于阻聚区厚度仅几十微米，树脂的回流不充分和固化区的热量堆积问题很容易导致打印失败，有学者就提出移动液体界面成型（HARP）技术，即透氧膜换成透明玻璃，通过高密度的、不与树脂相溶的油将固化层与玻璃隔开，流动的油不仅带走热量，也增加了树脂的回流速度。但是，流动地、高密度的油不仅降低了成型稳定性，也减少了固化区的光能量。有学者就提出一种双波长体聚合成型技术，利用458nm蓝光引发聚合和365nm紫光抑制聚合的效果，两种波长的光同时曝光，由于树脂对两种光的吸收效果不同，靠近隔离玻璃区域的树脂被抑制，靠近基板的树脂被固化，通过调节蓝光的灰度值，便实现了基板上树脂的不同固化高度。但这种方法固化深度有限，有学者就提出一种交叉式双波长3D打印技术，将激光的腰斑附近处理成一块双曲面型的“光幕”，光幕上的树脂被预固化后，再由紫外光图案照射，移动光幕同时变换图案便可实现快速成型。这种方法采用的是高黏度树脂水平成型的方式，两级曝光使树脂固化速度非常快，并且在树脂槽和激光能量允许的条件下，其固化深度和高度是不受限制的，但固化宽度很小，受激光腰斑深度的影响。
[0005]因此，光固化3D打印技术要想进一步发展，其成型稳定性、打印速度和精度、制造体积等方面，都是需要考虑的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对现有商用光固化3D打印机的不足之处，结合众多学者提出的方法，提出一种自下而上的双波长光固化3D打印的设备和方法，实现快速地大体积连续打印。
[0007]本专利技术所提供的技术方案如下：一种双波长光固化的3D打印设备，所用设备包括升降基板、透明树脂槽、线激光系统和图案投影系统。所述升降基板装备于透明树脂槽上方可上下连续移动，所述透明树脂槽固定在平台上，所述线激光系统共有四套，分别位于透明树脂槽四周同一水平面上，所述图案投影系统装置于透明树脂槽下方。
[0008]在本专利技术一个较佳实施例中，所述线激光系统采用波长585nm的激光器，还设置有倒置伽利略望远系统、鲍威尔棱镜和柱面透镜。
[0009]在本专利技术一个较佳实施例中，所述图案投影系统采用波长375nm的紫外光数字投影仪，还设置有准直透镜和平面反射镜。
[0010]一种双波长光固化的3D打印方法，包括以下步骤：a、设备工作前，采用商用切片软件对工件进行切片处理，设置每层图案的曝光时间和升降基板的抬升速度；b、开启设备，升降基板下降到零点位置，与透明树脂槽底间隔3mm；c、线激光系统开始启动，激光束倒置伽利略望远系统后光束直径减小，再经过鲍威尔棱镜划成密度均匀的横向直线，随后经过柱面透镜后平行出射，最后四条线激光在透明树脂槽中叠加形成光幕；d、数字投影仪投射出切片好的图案，经过准直反射后照射在透明树脂槽中，使光幕区域的液态光敏树脂固化，固化后的竖直粘附在升降基板底部；e、完成一层固化后，升降基板竖直抬升一定高度，数字投影仪投射下一层的图案，如此重复直至完成打印；f、打印完成后，升降基板上升恢复到初始位置，取下打印好的工件。
[0011]本专利技术相较于传统商用光固化3D打印设备，所达到的有益效果是：本专利技术是基于双波长曝光的两级固化3D打印，预固化后的树脂固化速度更快，同时固化层不与树脂槽底接触，无需分离操作，因此打印速度得到极大地提高；通过调节激光光斑和功率的大小，可以准确定量地控制光幕的厚度，使该设备能适应各种打印精度需求；升降基板与树脂槽底可预留出毫米量级的间隙，保证树脂的充分回流填充，在面向大横截面积的工件时，该设备也能保持很好的稳定性，进一步扩展了光固化3D打印的应用范围。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图作简单介绍，其中：图1是本专利技术的双波长光固化3D打印设备的整体结构主视图；图2是图1中线激光系统的光束调制效果图；
图中标记如下：激光器1、凸透镜2、凹透镜3、鲍威尔棱镜4、柱面透镜5、升降基板6、透明树脂槽7、数字投影仪8、准直透镜9、平面反射镜10、激光束11、紫外光束12、固化树脂13、液态光敏树脂14、光幕15。
具体实施方式
[0013]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0014]如图1和图2所示，是本专利技术实施例中一种双波长光固化3D打印设备，包括升降基板6、透明树脂槽7、线激光系统和图像投影系统。所述透明树脂7固定于平台之上，所述升降基板6设置于透明树脂槽7上方，所述线激光系统共四套，分别位于透明树脂槽7四周统一水平面上，包括激光器1、凸透镜2和凹透镜3组成的倒置伽利略望远系统、鲍威尔棱镜4和柱面透镜5，设置于同一光轴上，所述图像投影所述图像投影系统位于透明树脂槽7下方，包括数字投影仪8、准直透镜9和平面反射镜10。
[0015]上述中，所述升降基板6仅支持竖直方向上连续移动，升降基板6下方用于粘附固化树脂13。所述透明树脂槽7中盛放有液态光敏树脂14。
[0016]本实施例中，所述激光器1出射波长585nm的激光束11，所述数字投影仪8本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双波长光固化3D打印设备，其特征在于，包括升降基板、透明树脂槽、线激光系统和图案投影系统；所述升降基板装备于透明树脂槽上方，所述透明树脂槽固定不动，所述线激光系统共有四套，分别位于透明树脂槽四周同一水平面上，所述图案投影系统装置于透明树脂槽下方。2.根据权利要求1所述的双波长光固化3D打印设备，其特征在于，所述升降基板位于透明树脂槽上方，可在竖直方向上连续移动。3.根据权利要求1所述的双波长光固化3D打印设备，其特征在于，所述线激光系统由四套激光器、倒置伽利略望远系统、鲍威尔透镜和柱面透镜组成，四套设备分别位于透明树脂槽四周同一水平面上。4.根据权利要求1所述的双波长光固化3D打印设备，其特征在于，所述图案投影系统由数字投影仪、准直透镜和平面反射镜组成，设备位于透明树脂槽下方。5.根据权利要求1至4之一所述的双波长光固化3D打印方法，其特征在于，包括以下具体步骤：a、设备工作前，采用商用切片软件对工件进行切片处理，设置每层图案的曝光时间和升降基板的抬升速度；b、...
【专利技术属性】
技术研发人员：程灏波，胡敏，冯云鹏，
申请(专利权)人：北京理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：
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