3D打印设备、3D打印方法和由所述方法获得的3D管状物体技术

3D打印设备及3D打印方法。设备(1)包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3D打印设备、3D打印方法和由所述方法获得的3D管状物体


[0001]本专利技术涉及通过通常称为3D打印的增材制造工艺来制造物体的领域。
[0002]更具体地，本专利技术涉及一种根据打印模型制造至少一个管状3D物体的3D打印设备。所述3D打印设备包括：
[0003]‑
具有外表面的构建平台；
[0004]‑
提供树脂的装置，配置为在所述构建平台的所述外表面上提供可通过电磁辐射聚合的流体树脂；
[0005]‑
电磁辐射源，配置为从源输出向所述构建平台的所述外表面发射适合聚合所述流体树脂的电磁辐射射束；
[0006]‑
射束定位装置，配置为在于所述外表面上提供的所述流体树脂上可变地定位所述射束的撞击点；和
[0007]‑
控制装置，配置为根据所述打印模型控制所述射束定位装置和所述电磁辐射源以制造所述3D管状物体。
[0008]本专利技术还涉及相应的3D打印方法，以及通过所述方法获得的管状3D物体。

技术介绍

[0009]在3D打印领域中，允许制造具有高分辨率的物体的解决方案是已知的。特别地，立体光刻(SL)技术是已知的，它允许以高分辨率打印3D物体，因为此类技术基于通过通常是紫外线的电磁辐射射束的入射来聚合的树脂(厚度通常为10微米或更厚)的测微层的连续创建。入射光通常来自激光器或根据每层树脂中待聚合的点被掩蔽的均匀光源。在这两种情况下，都可以在待聚合的点上获得高精度，因此该技术能够打印具有高分辨率的3D物体。立体光刻需要使用托盘，托盘装满了待聚合的树脂，其中连续的水平材料层是从用作构建平台的平坦衬底创建的。在创建每一层的过程中，设备保持静止，构建平台没有移动。通常，在创建每一层之后，必须移动构造中的3D物体和/或必须添加新树脂才能创建下一层。由于分层制造，这导致打印方法缓慢。一般来说，创建3D物体所需的时间随着分辨率的增加而增加，即要创建的细节越小，连续的层必须越精细，因此需要的层数越多。此外，立体光刻还涉及树脂的高支出，因为一方面，待打印的物体浸入打印托盘中并且需要用足够的树脂覆盖它，另一方面，有必要为物体的悬臂部分创建支撑结构，随后必须将其移除以实现完整的物体。
[0010]其他类型的技术提供了更高的制造速度和材料的经济性，尽管它们没有达到与立体光刻相同的精度。例如，FDM(融合沉积建模)技术就是这种情况，该技术基于熔融热塑性材料的点对点沉积。在已知的FDM技术中，不可能获得低于200微米的高分辨率细节。主要原因是输送熔融材料的喷嘴不能太小，因为材料不会流过它。FDM的另一个缺点是制造的物体由于点对点沉积而具有粗糙度。此外，熔融材料从喷嘴流出的速度通常无法高精度控制。因此，FDM技术不适合生产具有非常小尺寸的细节的高分辨率物体。
[0011]3D打印的一个特例是创建管状物体。在本文件中，术语“管状物体”通常是指具有
由管状表面和在所述管状表面的整个或部分上延伸的聚合材料界定的空内部区域的任何物体。除非另有说明，术语“管状表面”通常是指围绕纵轴延伸的表面并且不一定限于规则形状，例如圆柱形。
[0012]FDM技术可用于管状物体的3D打印。然而，这些技术的缺点是打印管状物体的空区域的管状表面通常在喷嘴沉积熔融材料的点之间具有明显的不规则性。为了解决这个问题，一种特殊的FMD 3D打印方法被建议在GUERRAAntonio.Contribution to bioabsorbable stent manufacture with additive manufacturing technologies(Universitat de Girona的博士论文,2019；可在以下网站中获取：http://hdl.handle.net/10803/667867)。在这种特殊方法中，材料通过喷嘴沉积在圆柱形芯的表面上。由于熔融材料通过喷嘴沉积在芯的光滑圆柱表面上，因此可以获得所打印的管状物体的空区域的更规则的管状表面。然而，除了上述讨论的FDM技术的固有缺点之外，这种特定方法出现的问题是点对点沉积和喷嘴与圆柱形芯之间的相对旋转的组合限制了打印速度。
[0013]JP2000043150A公开了一种旨在制造包括金属轴和齿轮的复合产品的3D打印机。只有齿轮是通过3D打印由聚合树脂制成的。轴可旋转地安装在液态树脂罐内，辐射射束使轴上的树脂聚合以形成齿轮。最终产品是一种复合产品，其中通过3D打印形成的齿轮与金属轴是一体的。
[0014]US2019311822A1公开了一种类似的方法，其中复合产品是带有聚光器的电导体杆。杆部分浸没在树脂的液态树脂罐中，并以受控速度旋转以调节形成在杆上的树脂层的厚度。辐射射束聚合杆上的树脂层以形成聚光器。最终产品是一种复合产品，其中通过3D打印形成的聚光器与杆是一体的。
[0015]因此，需要一种3D打印解决方案来打印高分辨率管状物体，并解决上述缓慢、成本和额外步骤的问题。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的是提供一种本文开篇所述类型的3D打印设备，能够避免上述已经识别的问题。
[0017]该目的通过本文开篇所述类型的3D打印设备实现，其特征在于，所述构建平台包括具有纵轴的杆，所述杆围绕所述纵轴形成管状表面，使得所述构建平台的所述外表面包括在所述管状表面中，并且其中所述射束定位装置被配置为将射束的所述撞击点可变地定位在于所述管状表面上提供的所述流体树脂的至少一部分的不同点上。
[0018]管状表面形成在杆的至少一部分中，但不一定沿着整个杆形成。杆本身不一定形成为单件。
[0019]这样，没有使用传统立体光刻技术的平面支撑体，而是使用具有管状表面的杆作为构建平台：提供覆盖所述杆的管状表面并直接在其上聚合的树脂。支撑体上的流体树脂的厚度对应于聚合树脂层的厚度，排除聚合过程中可能的收缩或膨胀效应。因此，连续层围绕杆同心地创建。以这种方式，与布置在彼此顶部的水平层的制造相比，层数显著减少。在某些情况下，单层可能足以创建3D管状物体。
[0020]这种层数及其排列的减少有几个优点。首先，制造时间大大减少。此外，所得物体
的强度提高，因为它具有更少的层连接，并且因为它们的层同心排列。另一方面，与本领域已知的立体光刻方法相比，制造具有悬臂部分的物体更容易，因为不需要随后必须移除的上述支撑结构。此外，可以将治疗剂封装在层之间，因为这些层同心排列。最后，可以制造具有由不同树脂制成的同心层的3D管状物体，这在创建管状物体时特别有利，例如，在内层和外层之间需要不同的机械特性。所有这些都促成了一个事实，即本文提出的解决方案特别有利于制造需要管状空区域的3D管状物体。
[0021]优选地，所述射束定位装置被配置为通过至少以下方式在所述流体树脂上可变地定位所述射束的所述撞击点：
[0022]‑
围绕所述纵轴在圆周方向上的圆周定位；和
[0023]‑
沿由所述纵轴限定的纵向方向的纵向定位。
[0024]因此可以使用3D打印模型，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3D打印设备(1)，用于根据打印模型制造至少一个3D管状物体(100)；所述3D打印设备(1)包括：
‑
具有外表面的构建平台；
‑
提供树脂的装置，配置为在所述构建平台的所述外表面上提供可通过电磁辐射聚合的流体树脂(4)；
‑
电磁辐射源(5)，配置为从源输出(6)向所述构建平台的所述外表面发射适用于聚合所述流体树脂(4)的电磁辐射的射束(7)；
‑
射束定位装置(8)，配置为在于所述外表面上提供的所述流体树脂(4)上可变地定位所述射束(7)的撞击点；和
‑
控制装置，配置为根据所述打印模型控制所述射束定位装置(8)和所述电磁辐射源(5)以制造所述3D管状物体(100)；其特征在于，所述构建平台包括具有纵轴(9)的杆(3)，所述杆(3)围绕所述纵轴(9)形成管状表面(2)，使得所述构建平台的所述外表面包括在所述管状表面(2)中，并且其中所述射束定位装置(8)被配置为将所述射束(7)的所述撞击点可变地定位在于所述管状表面(2)上提供的所述流体树脂(4)的至少一部分的不同点上。2.根据权利要求1所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述射束定位装置(8)被配置为通过至少以下方式在所述流体树脂(4)上可变地定位所述射束(7)的所述撞击点：
‑
围绕所述纵轴(9)在圆周方向上的圆周定位；
‑
沿由所述纵轴(9)限定的纵向方向的纵向定位；和
‑
所述源输出(6)和所述杆(3)的所述管状表面(2)之间的距离定位，从而限定射束长度。3.根据权利要求1或2中任一项所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述杆(3)包括包裹在由弹性体材料制成的外层(11)中的硬芯(10)，所述外层(11)形成所述杆(3)的所述管状表面(2)。4.根据权利要求3所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述硬芯(10)由钢制成。5.根据权利要求3或4中任一项所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述弹性体材料为乳胶或尼龙。6.根据权利要求1至5中任一项所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述提供树脂的装置包括树脂罐(12)，所述树脂罐(12)布置成使得所述杆(3)穿过所述树脂罐(12)。7.根据权利要求6所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述杆(3)水平布置，使得所有所述管状表面(2)位于所述树脂罐(12)中的树脂装料高度(13)下方。8.根据权利要求5所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述杆(3)水平布置，使得所述管状表面(2)的一部分位于所述树脂罐中的树脂装料高度(13)上方(12)并且所述管状表面(2)的另一部分位于所述树脂装料高度(13)下方。9.根据权利要求6所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述树脂罐(12)包括围绕所述杆(3)布置的容器(14)，使得所述容器(14)和所述杆(3)的所述管状表面(2)之间限定树脂室(15)，所述容器(14)由对所述电磁辐射透明的材料制成。10.根据权利要求1至9中任一项所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述杆(3)围绕所述纵轴(9)可旋转地安装，并且其中，所述射束定位装置(8)包括：
‑
旋转控制元件(20)，用于通过控制所述杆(3)围绕所述纵轴(9)的旋转来控制所述射束(7)的所述碰撞点在围绕所述纵轴(9)的圆周方向上的圆周定位；
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纵向位置控制元件(21)，用于控制所述射束(7)的所述撞击点沿由所述纵轴(9)限定的纵向方向的纵向位置；和
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距离控制元件(22)，用于控制所述源输出(6)与所述杆(3)的所述管状表面(2)之间的距离，从而限定射束长度。11.根据权利要求10所述的3D打印设备(1)，其特征在于，所述杆(3)水平布置，所述源输出(6)布置成在垂直向下的方向上发射所述射束(7)，并且所述距离控制元件(22)被配置为垂直定位所述源输出(6)。12.根据权利要求10所述的3D打印设备(1)，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：欧罗卡特基金会，
类型：发明
国别省市：