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面元铺液式光固化三维打印方法及其打印机技术

技术编号:37057532 阅读:20 留言:0更新日期:2023-03-29 19:34
面元铺液式光固化三维打印方法及其打印机,核心组件包括:升降台面、树脂液槽、滚压铺液槽;升降台面是打印物件的生根面,浸在充满树脂的液槽中,并在Z轴导轨的约束下由升降臂运载沿着Z轴方向往复运动;包括:滚压铺液式光固化三维打印方法及平压铺液式光固化三维打印方法;上方的投影光的投射扫描方式分二种:条形投影光带扫描是由DLP、LCD投影机所发出的扫描光带;激光束扫描是由激光扫描投影机,或是振镜扫描系统构成,进行常规的扫描,可以广泛用于倒置光固化三维打印方法及打印机中。泛用于倒置光固化三维打印方法及打印机中。泛用于倒置光固化三维打印方法及打印机中。

【技术实现步骤摘要】
面元铺液式光固化三维打印方法及其打印机
[0001][所属领域][0002]本专利技术属机械—光电
确切的讲,是借助于摆动或平动的液槽底面或打印物件载台,来完成打印物件的固化表面与液槽底面分离的打印法及装置。
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技术介绍
][0003]光固化成型是最早的3D打印成型技术,也是目前较为成熟的3D打印技术之一。该技术的基本原理也是利用液体材料的累加光固化成型,就是将一个立体的目标零件的形状分为若干个平面层,以一定波长的光束扫描液态光敏树脂液槽,使得液槽的液态光敏树脂表面层被固化,而未被光束照射的地方仍为液态,接着打印物件载台上升或下降一层的高度,再扫描固化下一层,逐层累加后最终累积成所需的目标零件,材料利用率可接近100%。
[0004]倒置光固化3d打印机是在SLA技术基础上发展起来的,共有3种形式,主要包括DLP光固化3D打印机、LCD光固化3D打印机及激光扫描光固化3D打印机。
[0005]DLP光固化3D打印机:
[0006]数字光处理(Digital Light Processing,缩写:DLP)是在SLA技术出现的十余年后才出现的,该技术也是业界公认的第二代光固化成型技术,距今也有20多年的发展历史了。DLP技术最早是由德州仪器开发出来的,主要是通过投影仪来逐层固化光敏聚合物液体,从而创建出3D打印对象的一种快速成型技术。这种成型技术首先利用切片软件把模型切薄片,投影机播放幻灯片,每一层图像在树脂层很薄的区域产生光聚合反应固化,形成零件的一个薄层,然后成型台移动一层,投影机继续播放下一张幻灯片,继续加工下一层,如此循环,直达打印结束,所以不但成型精度高,而且打印速度也非常快。
[0007]LCD光固化3D打印机:
[0008]LCD光固化成型技术其实是2013年才刚刚出现的。这种技术是开源的,而且核心零部件也非常便宜。成型原理:与DLP成型技术相比,最简单的理解,就是DLP技术的光源用LCD来代替,其他基本差不多。LCD液晶板成像原理,利用光学投射穿过红绿蓝三原色滤镜过滤掉红外线和紫外线(红外线和紫外线对LCD片有一定的损害作用)后,再将三原色投射穿过三片液晶板上,合成投影成像。不过,由于该成型技术需要使用大功率紫外光照射,并利用透过的极少量紫外光进行固化成型。而LCD液晶屏本身就是怕紫外线的,被照射后会快速老化,同时该核心部件除了要经受耐热和高温散热的考验外,还要承受几十瓦405LED灯珠的数小时高强度烘烤,因此使用寿命非常短。若经常使用的话,其核心部件LCD屏往往在一到两个月就会被损坏。
[0009]底部激光扫描光固化3D打印机:
[0010]多数是以振镜对聚焦激光束进行扫描,与DLP及LCD光固化成型技术及其类似,也与SLA技术类似;但成本及复杂性要比DLP及LCD光固化成型技术高上许多,不过在实际使用中,DLP 3D打印机显然更有优势。
[0011]适用范围:
[0012]DLP:小型精密零部件、牙模假牙龈导板等齿科、珠宝首饰、研发试验、手办模型、医
疗器械
[0013]LCD:个人创客、娱乐。较小尺寸模型
[0014]SLA:手机、收音机、对讲机、鼠标等较精细的零件、玩具、电子工业机壳、家电外壳或模型、摩托车、汽车配件或模型、医疗器材等;
[0015]但无论是那种3D打印技术,打印速度的改善都是不懈的目标,关于光固化3D打印的速度提升近年来有如下手段:
[0016]除此之外还有一些前瞻性技术:如CLIP:连续液界制造技术(ContinuousLiquid Interface Production),厂商:美国Carbon;连续液界制造技术CLIP技术(ContinuousLiquid Interface Production),由北卡罗来纳大学教堂山分校化学教授、Carbon3D的CEO约瑟夫
·
德西蒙尼(JosephM.DeSimone)与他的同事兼Carbon3D的首席技术官亚历克斯
·
叶尔莫什金(Alex Ermoshkin)以及北卡罗来纳大学的化学教授爱德华
·
萨穆尔斯基(Edward T.Samulski)合作专利技术,这项革命性的CLIP技术比现有的3D打印快25

100倍,而且取消了层的概念。
[0017]容积3D打印技术:顶级学术期刊《Science》上刊登了一篇革命性“容积3D打印技术”文章(Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction),先在一个杯子里装上光敏树脂液态材料,使用DLP光源进行体曝光,转盘带动杯子进行旋转,在指定的位置把树脂固化。光照几十秒即可打印出一个完整的人像。
[0018]HARP:高速大尺寸3D打印技术(high

area rapid printing):与LSPc:润滑油子层光固化技术类似:2019年10月17日,美国西北大学的研究人员宣布开发出一种大尺寸的高速3D打印机,可以在短短几个小时内打印出一个成年人大小的物体。这项新技术被称为HARP(high

area rapid printing高速大尺寸3D打印),发表在2019年10月18日的《科学》杂志上。西北大学的团队就是通过类似于液体特氟龙不粘液体的行为来绕过了这个问题。HARP通过窗口投射光线固化垂直移动的成型台板上的树脂。而且另一个优点就是,液体聚四氟乙烯在底面界面接口上流动得以除去树脂的光固化的反应生成的热量,然后通过冷却单元进行循环。据称,速度提高了一百倍。
[0019]UDP:单向剥离技术,结合专利的液冷技术
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有效解决高速打印树脂放热剧烈的问题;该技术成功的充分必要条件是:采用了特殊的离型膜材质
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离型特性远好于一般的离型膜,可以达到无需往复运动直接分离;单向剥离(UDP)技术摒弃传统成型平台往复运动的打印方式,从而使打印速度更快。
[0020]特殊的树脂材料
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高反应活性、高暗光耐受。
[0021]激光全息投影3D打印技术:开发者:国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)与加州大学伯克利分校、罗切斯特大学,以及麻省理工学院合作开发,该技术仅仅限于透明树脂与全息激光相位叠加区域的同时曝光性质,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)与加州大学伯克利分校、罗切斯特大学,以及麻省理工学院合作,开发出了激光全息投影3D打印,该技术在成型方式上做了根本性改变,即将“分层打印再堆积”改为了整体一次性打印,简单来就是将物体的激光全息图整个“嵌入”光敏树脂中,直接在空间中实现固化,完成打印。因此,它的速度极高,可达现有技术的上百倍,甚至比美国Carbon公司的CLIP技术还要快,而且完全不需要打印支撑。
[0022]Sla传统上液技术的优势及缺点:优势在于结构简单:利用一个除了下面开放的,5
面密封的槽状物,下端开口被液面密封,在负本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面元铺液式光固化三维打印方法:其核心组件包括:升降台面、树脂液槽、滚压铺液槽;升降台面是打印物件的生根面,浸在充满树脂的液槽中,并在Z轴导轨的约束下由升降臂运载沿着Z轴方向往复运动;包括:滚压铺液式光固化三维打印方法及平压铺液式光固化三维打印方法;平压铺液式光固化三维打印方法:其所依赖核心组件包括:升降台面、树脂液槽、滚压铺液槽;在树脂液槽的上口固定安装着液槽齿条、滚压铺液槽的滚压面是柱面,其拱形的槽舷部构造能够使得滚压面深入树脂液槽的上部开口内部而接触到树脂液面,槽舷部上安装着滚压齿条;而平直的滚压齿条被安装在槽舷的延伸部位,且与弧状的液槽齿条的齿合轨迹是在液槽的液面之下直线,滚压齿条的齿合线与滚压面的弯曲形状一致并共面;这样就能始终保持滚压面始终沉浸在树脂液体中,带有槽舷部的滚压铺液槽是像船一样具有排液功能,树脂不能进入铺液槽中;当滚压齿条在液槽齿条上部相互齿合并进行滚压时,滚压铺液槽的滚压面就与升降台面之间也就进行无滑动的滚压,滚压接触线的位置会不断改变而扫过升降台面,也就是滚压面与升降台面之间的局部不断接触及不断分离,升降台面与滚压面之间进行往复滚压运动的左右滚动的单程被作为一个滚压运行周期;滚压铺液槽的滚压面与升降台面之间的距离是可控的,在打印开始的打底层打印时,滚压面与升降台面之间的接触线区域保持5

500微米之间最小间隙,该间隙充满着待固化的打底层树脂原料;平压铺液式光固化三维打印方法:其所依赖核心组件包括:升降台面、树脂液槽、平压铺液槽;升降台面是打印物件的生根面,浸在充满树脂的液槽中,并在Z轴导轨的约束下由升降臂运载沿着Z轴方向往复运动;在树脂液槽的上口的液面下方固定安装着固化面框,该框的上口边缘所围成的多边形在一个平面上,且该平面与升降台面平行;在常规机械方式的驱动下,平压铺液槽的平压面在固化曝光前需要触及到固化面框的上口边缘所围成的多边形,由于平压面是一个...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴小平罗天珍
申请(专利权)人:罗天珍
类型:发明
国别省市:

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