CN211518501U - 一种光固化3d打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光固化3D打印装置，对于树脂池下表面光照固化实现光敏树脂3D打印的工艺，为了将固化的树脂与下表面容器底剥离，使用可直线移动的铲刀；在铲刀的运动的前方，固化树脂与下表面容器底之间，存在一个填充光敏树脂的区域；依据3D打印需要，一维激光光束并照射该区域使光敏树脂固化；当一维激光束和铲刀同时运动时，即形成一边剥离一边固化的3D打印过程。与传统的先固化一层再用铲刀剥离的过程相比，本实用新型提供的装置其3D打印成型速度有数量级的提高。

Description

一种光固化3D打印装置

技术领域

本实用新型属于智能制造领域，具体涉及一种光固化3D打印装置。

背景技术

在光固化3D打印中，当激光光斑照射到光敏树脂表面后，光敏树脂被照射的区域即形成固化。现有的光固化3D打印设备中，主要采用从树脂池的上表面或下表面投影激光的方式进行打印。当采用激光从上表面投影进行打印时，每打印一层，打印平台需要下沉一次，同时液态树脂流布再铺满表面，继续下一层的打印。显然，上表面投影打印工艺需要巨量的冗余光敏树脂液体，以完成完整的3D打印过程。考虑到光敏树脂材料高昂的价格，这对于多数用户是难以接受的。上表面投影打印工艺还有一个明显的技术问题是，由于树脂具有一定的粘稠度，因此在打印间隔期间难以在短时间内自动流布重新铺满表面，从而会影响打印速度。为解决这一问题，利用刮刀等外力驱动强行让树脂再次均匀铺满，是较为常见的手段。但是即使如此，仍然存在表面波动导致的厚度不均匀等问题，导致打印层的厚度方向一致性显著变差；另外，即使采用外力摊平，也需要一定的时间，对打印速度构成干扰。

所以当前光敏树脂3D打印方法，许多采用下表面投影工艺进行固化打印。因为下表面投影打印时，每打印完成一层打印基板向上提拉，因为树脂自重的原因，打印件与树脂池下表面之间留出来的空隙，马上会被树脂填满。这样就不需要外力驱动布满、没有表面波动导致厚度不均匀等上表面投影工艺难以克服的问题；也不需要过多额外的光敏树脂，原则上只要能够铺满光敏树脂池底、满足打印厚度就可以。

但是下表面投影工艺同样存在问题，因为光敏树脂固化时，不仅会与基板或基板上的固化层粘连构成打印产物一部分，同时还会跟透明的树脂池下表面形成粘连，这种粘连，在要提拉基板进行下一层打印时，将导致或者打印固化部分变形、开裂、失效，严重的还导致容器破漏、或者基板提拉机构损坏。所以，下表面投影打印工艺需要在完成一层打印时，利用铲刀将固化层从下表面刮下来，然后再提拉、进行下一层打印。而利用铲刀将固化层铲下来的过程，将消耗一定的打印时间，如果将铲刀工作的时间也利用起来，将极大的提高3D打印的效率。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种方案简单，可实现光敏树脂高速3D打印的光固化3D打印装置。

本实用新型针对在树脂池下表面进行光照固化的3D打印的装置，为了将固化的树脂与下表面容器底剥离，故而将树脂池底部设置为柔性透明底，并搭配铲刀使用。该装置在工作时，在铲刀的运动的前方，光固化树脂与树脂池底之间，存在一个填充管固化树脂的区域；激光光源装置依据3D打印物体的规划数据，输出的一维激光光束，照射该填充区域即照射区域，即可实现打印区域中宽度方向上一个线形区域的光固化；伴随着光源装置沿着打印区域长度方向上的线性移动，一维激光光束可以完成该打印平面的打印工作；其次，在激光光源装置移动的同时，铲刀也随光源装置作直线运动，并可以利用铲刀对柔性透明底的向下压迫，和柔性透明底自身的弹性，使之前照射区域已固化的树脂与黏连的柔性透明底局部相剥离。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供的一种光固化3D打印装置，包括树脂池、打印基板、提升机构、柔性透明底、铲刀、光源装置、光源位移装置；所述光源装置位于树脂池的下方，所述柔性透明底设置在树脂池的底部；在工作时，所述铲刀向下压迫柔性透明底，并使其发生弹性形变；所述光源装置产生一维激光光束，并在光源位移装置的作用下作直线运动；所述光源位移装置的移动方向与一维激光光束的照射区域垂直；所述一维激光光束照射在柔性透明底上的照射区域，其水平位置高于铲刀的上表面；所述铲刀追随光源装置作直线运动。

优选的，所述铲刀与光源位移装置固定连接。

优选的，所述铲刀还连接有铲刀运动装置，控制铲刀的运动速度及与照射区域间的距离。

优选的，当铲刀随光源装置作直线运动时，所述一维激光光束照射的照射区域始终高于铲刀6的表面。

优选的，所述光源装置为一维激光列阵、谐振式微机电反射镜中的一种或其组合。

优选的，所述照射区域的宽度0.5微米-0.5毫米。

本实用新型的有益效果在于，打印速度一直是制约3D打印大规模产业化应用的关键瓶颈之一，对于采用下表面照射方法进行光敏树脂3D打印技术来说，铲刀将固化层铲下来的过程，将消耗一定的打印时间。本实用新型将铲刀工作的时间也用来进行打印，实现了一边固化一边剥离的3D打印过程；与传统的首先形成一个固化层、然后进行铲刀剥离的过程相比，运动铲刀、阶梯式固化方法，其3D打印成型速度有数量级的提高。

附图说明

图1为本实用新型一种光固化3D打印装置总体结构示意图；

图2为本实用新型谐振式微机电反射镜作为光源装置的光路示意图；

图3为本实用新型一种光固化3D打印装置打印过程原理示意图；

图4为本实用新型一种光固化3D打印装置的打印步骤。

附图标号：树脂池1，打印基板2，打印制品3，固化树脂31，提升机构4，柔性透明底5，铲刀6，光源装置7，光源位移装置8，一维激光光束9，单束激光光源10，入射激光光束11，法平面12，反射光束13，照射区域14。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例作详细描述。

如图1所示，一种光固化3D打印装置，其特征在于，包括树脂池1、打印基板2、提升机构4、柔性透明底5、铲刀6、光源装置7、光源位移装置8。其中，光源装置7位于树脂池1的下方，柔性透明底5设置在树脂池底部，与树脂池底部边缘固定连接。柔性透明底5具有良好的弹性，工作时当铲刀6向下压迫柔性透明底5时，柔性透明底5可发生弹性形变。柔性透明底5还具有良好透光性，在工作过程中，当所述光源装置7产生一维激光光束9，并照射在柔性透明底5上时，可以使得树脂池1中照射区域14范围内约一个打印层厚度的光固化树脂固化。

在上述实施例中，一维激光光束9照射在柔性透明底5上的区域为照射区域14，该区域呈一维分布，与树脂池宽度方向平行。工作时，照射区域14的水平位置高于铲刀6的上表面。

在上述实施例中，所述光源装置7为一维激光列阵、谐振式微机电反射镜中的一种或其组合，以产生一维激光光束9。

在一个或多个实施例中，光源装置7为一维激光阵列，其由一维排列放置的多个单束激光光源组成。所述一维排列放置的多个单束激光光源，可以根据打印图像的需要，选择性地向照射区域对应的位置投射或者不投射激光光束。

在其它实施例中，光源装置7为谐振式微机电反射镜，即MEMS振镜。如图2所示，单束激光光源10射出的入射激光光束11，指向谐振式微机电反射镜的中心位置；所述入射激光光束11位于从谐振式微机电反射镜的扭转轴线引出的法平面12内，经反射后可照射到柔性透明底5上。当谐振式微机电反射镜沿z轴振荡时，入射激光光束11经谐振式微机电反射镜振荡反射后，反射光束13射向柔性透明底5，并形成一维的照射区域14。当谐振式微机电反射镜沿y轴转过一定角度时，还可以调节一维的照射区域14位于柔性透明底5上的前后位置。

在一个或多个实施例中，如图1至3所示，所述光源装置7在光源位移装置8的作用下作直线运动；所述光源位移装置8的移动方向沿树脂池的长度方向，且与一维激光光束9的照射区域14相垂直。当光源装置7扫过打印区域，即可完成该打印面各工作位置上的打印。在光源装置7移动的同时，铲刀6追随光源装置7作直线运动；并利用铲刀6对柔性透明底5的向下压迫，和柔性透明底5自身的弹性，使之前已经固化并黏连在柔性透明底5局部的固化树脂31，与柔性透明底5局部相剥离。

在上述实施例中，在打印过程中，当铲刀6随光源装置7运动时，所述一维激光光束9的照射区域14始终高于铲刀6的上表面。优选的，所述照射区域的宽度为0.5微米-0.5毫米。其中，光源装置7的输出的激光的光斑直径、光斑位移精度、光斑与铲刀6联动精度等，都在0.5毫米-0.5微米之间。

在一个或多个实施例中，所述铲刀6与光源位移装置8固定连接，以实现铲刀6随光源装置7运动。在其它实施例中，所述铲刀6还连接有铲刀运动装置，并由铲刀运动装置控制铲刀6的运动速度及与照射区域14之间的距离。

如图1至4所示，本实用新型提供的光固化3D打印装置，其打印步骤包括：

S01.驱动铲刀6向下压迫树脂池1的柔性透明底5，使得柔性透明底5发生弹性形变；

S02.将光源位移装置8移动至工作位置，并开启光源装置7产生一维激光光束9；

S03.将一维激光光束9照射在柔性透明底5上的照射区域14，所述照射区域14的水平位置高于铲刀6的上表面；

S04.完成所述照射区域14树脂的光固化反应，其中固化树脂31与柔性透明底5的局部相黏连；

S05.驱动光源位移装置8的作直线运动，移动至下一工作位置，并重复S3、S4步骤；

S06.驱动铲刀6随光源装置7作直线运动，利用铲刀6对柔性透明底5的向下压迫和柔性透明底5自身的弹性，使之前照射区域已固化的固化树脂31与黏连的柔性透明底5局部相剥离；

S07.驱动光源装置7扫过打印区域，完成该打印面各工作位置上的打印，期间所述一维激光光束9的照射区域14始终高于铲刀6的上表面；

S08.驱动铲刀6运动至打印区域边缘附近，直至该打印层与柔性透明底5完全剥离，则该打印层打印完毕。

在一个或多个实施例中，所述铲刀6与光源位移装置8固定连接。在其它实施例中，所述铲刀6还连接有铲刀运动装置，控制铲刀6的运动速度及与照射区域14间的距离。

在一个或多个实施例中，所述光源装置7为激光列阵、谐振式微机电反射镜中的一种或其组合。

在一个或多个实施例中，所述照射区域14的宽度0.5微米-0.5毫米。

以上所述，仅是本实用新型较佳的实施方式，并非对本实用新型的技术方案做任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例做任何简单修改，形式变化和修饰，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种光固化3D打印装置，其特征在于，包括树脂池、打印基板、提升机构、柔性透明底、铲刀、光源装置、光源位移装置；所述光源装置位于树脂池的下方，所述柔性透明底设置在树脂池的底部；在工作时，所述铲刀向下压迫柔性透明底，并使其发生弹性形变；所述光源装置产生一维激光光束，并在光源位移装置的作用下作直线运动；所述光源位移装置的移动方向与一维激光光束的照射区域垂直；所述一维激光光束照射在柔性透明底上的照射区域，其水平位置高于铲刀的上表面；所述铲刀追随光源装置作直线运动。

2.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，所述铲刀与光源位移装置固定连接。

3.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，所述铲刀还连接有铲刀运动装置，控制铲刀的运动速度及与照射区域间的距离。

4.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，当铲刀随光源装置作直线运动时，所述一维激光光束照射的照射区域始终高于铲刀的表面。

5.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，所述光源装置为一维激光列阵、谐振式微机电反射镜中的一种或其组合。

6.一种如权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于，所述照射区域的宽度0.5微米-0.5毫米。

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