基于光固化樹脂的工業化增材制造方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種基于光固化樹脂的工業化增材制造方法和裝置。工業化增材制造方法打印頭部分或全部沉浸在位置固定的樹脂池液面下方，并在驅動系統的帶動下，打印頭做平移和/或旋轉和/或升降運動，而在樹脂池中曝光打印工件。本發明專利技術一改傳統打印頭不動而樹脂池內工件運動的制造方式，而是采用工件不動，打印頭根據三維模型的方式進行增材制造，這樣工件是在樹脂池內直接進行的，不再受到工件承托平臺的限制，從而提高了增材制造的工作效率。

【技術實現步驟摘要】
基于光固化樹脂的工業化增材制造方法和裝置
本專利技術涉及增材制造
，尤其涉及一種基于光固化樹脂的工業化增材制造方法和裝置。
技術介紹
增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計算機輔助設計、材料加工與成型技術、以數字模型文件為基礎，通過軟件與數控系統將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫用生物材料，按照擠壓、燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術。相對于傳統的、對原材料去除－切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過材料累加的制造方法，從無到有。這使得過去受到傳統制造方式的約束，而無法實現的復雜結構件制造變為可能。在3D打印技術面世的這幾十年中，陸陸續續有不同的3D打印技術被研究出來。目前來看，3D打印技術中的SLA和DLP，被認為模型復雜性和精度方面達到較高標準的3D打印技術。其中，SLA，通常指的是立體光刻技術。DLP，通常指的是數字光處理技術。這兩種3D打印技術的原理是相似的，都是通過紫外光照射光敏樹脂固化成型。但是，現有增材制造技術仍然停留在小批量或實驗室水平，究其原因，就是在于其生產效率和產品量級的問題。為了解決上述問題，人們進行了一系列的研究，其中代表如下：在2016.10.26公開的專利——一種用于光固化3D打印機的樹脂池以及3D打印機201610461679.3，包括：用于容納液態光敏樹脂的池體，所述池體的至少一個側壁為光透射壁；設置于所述池體上的橫向導向元件；設置于所述池體內部的能夠沿著所述導向元件橫向運動的承載元件，其中，所述承載元件的承載面朝向所述光透射壁。另外，本申請還提供了采用該樹脂池的光固化3D打印機。本專利技術提供的樹脂池和3D打印機能夠使得打印物體橫向地成形于承載元件上且一直浸泡在液態光敏樹脂中，該液態光敏樹脂提供的浮力基本可以抵消打印物體的重力。因此，不必增加承載元件和傳動單元的結構強度，并且能夠將打印物體的尺寸由14英寸增大至20～120英寸。在2019.5.17公開的專利——一種基于MicroLED的掃描式3D打印方法201711103976.1，。該方法包括：1)通過計算機及控制軟件控制運動部件的運動及MicroLED光源系統；2)成型過程中，MicroLED光源系統部分浸入或全部浸入可紫外固化的樹脂液中；3)介質腔充入具有抑制反應的液體或氣體抑制劑；4)MicroLED依據電腦控制形成分切圖案，對樹脂層進行掃描式曝光；5)成型層曝光結束后，Z軸方向移動成型平臺或光源系統，進行下一層掃描曝光。該方法可快速、穩定的實現大幅面樣件的3D打印。在2020.11.3公開的專利——3D打印方法及3D打印系統，包括：生成待打印的樣品的3D數字模型，將3D數字模型切成圖像序列；將圖像發送至微顯示器件，帶有光源的微顯示器件通過投影鏡頭將圖像投影到打印頭一端透氧的膜或硬窗和樹脂的交界面上；圖像采集單元采集分光鏡反射回來的圖像并檢測投影圖像的質量，根據檢測的質量控制進行打印；曝光打印，一層打印完畢后，調整回位，調整打印頭與樣品之間的上下距離為打印下一層的厚度，樣品與打印頭的透明窗之間的縫隙充滿打印下一層所需的樹脂，依次重復曝光打印，直至打印完畢，模型在樹脂槽中被復制出來；上述3D打印方法及系統，采用打印頭的下端的硬邊緣作為涂層刮刀，拼接移動和涂層步驟同時進行，節約了時間，提高了效率。上述新型增材制造技術中，均需依靠可伸縮的平臺作為工件的載體，而在工業化應用過程中，往往需要在工件平臺上承載較大體積或較大數量的工件，而可伸縮平臺的承載重量和尺寸是有限的，從而導致現有的光固化增材制造技術會仍然停留在小批量制造或實驗室階段，無法滿足工業生產的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種生產效率高的基于光固化樹脂的工業化增材制造方法，其技術方案如下：基于光固化樹脂的工業化增材制造方法，打印頭部分或全部沉浸在位置固定的樹脂池液面下方，并在驅動系統的帶動下，打印頭做平移和/或旋轉和/或升降運動，而在樹脂池中曝光打印工件。優選地，在打印頭曝光時，向打印頭內注入氣體抑制劑，所述打印頭的鏡頭下方設有封閉的介質腔，介質腔下方開口并封堵固定有可滲透膜，可滲透膜下方涂覆有PTEF材質的疏離層，疏離層的上表面預設有沿打印頭移動方向和/或旋向延伸的溝槽，并且該溝槽內充滿氣體抑制劑；以及在打印頭運動時，減少或停止氣體抑制劑的注入，使得光固化樹脂從溝槽中流過。本專利技術的另一目的是提供一種專用于上述工業化增材制造方法的基于光固化樹脂的工業化增材制造裝置，其技術方案如下：基于光固化樹脂的工業化增材制造裝置，包括位置固定的樹脂池，還包括用于部分或全部沉浸在樹脂池的液面下方的打印頭，打印頭的鏡頭上涂覆有PTEF材質的疏離層，打印頭上還連接有用于驅動其在樹脂池內平移和/或旋轉和/或升降運動的驅動系統。優選地，鏡頭和疏離層之間設有封閉的介質腔，介質腔下方開口并封堵固定有可滲透膜，疏離層位于可滲透膜下方，疏離層的上表面預設有沿打印頭移動方向和/或旋向延伸的溝槽。優選地，溝槽前后方向延伸，溝槽的前段設有先變窄后邊寬的變徑段。優選地，各溝槽的變徑段相通而形成位于疏離層靠近前側位置處的匯流喉部。本專利技術的有益效果：本專利技術一改傳統打印頭不動而樹脂池內工件運動的制造方式，而是采用工件不動，打印頭根據三維模型的方式進行增材制造，這樣工件是在樹脂池內直接進行的，不再受到工件承托平臺的限制，從而提高了增材制造的工作效率。附圖說明圖1是本專利技術增材制造方法中打印頭平面移動時的示意圖；圖2是本專利技術增材制造方法中打印頭轉層移動時的示意圖；圖3是本專利技術增材制造裝置中打印頭的示意圖；圖4是本專利技術增材制造裝置中打印頭上溝槽示意圖；圖5是本專利技術增材制造裝置中發光體布局示意圖。具體實施方式參見圖1至圖2，示出了本實施例中基于光固化樹脂的工業化增材制造方法包括如下步驟：S1，切片生成待打印的樣品的3D數字模型，將3D數字模型切成圖像序列，圖像序列中的每張圖像表示3D數字模型的一層，相鄰兩層切片的打印起點位置相互交叉，以在切片模型中確定之字形的模型打印路線。S2，投影將切片模型的圖像發送至微顯示器件，帶有光源的微顯示器件通過投影鏡頭將圖像投影到打印頭的一端的透明窗和樹脂的交界面上，并且通過在透明視窗上設置PTEF材質的疏離層，使得液體狀態的光固化樹脂和固化層不會和打印頭之間產生黏連。如圖3至圖5所示，本實施例采用的工業化增材制造裝置包括位置固定的樹脂池1、樹脂池1內充滿的光固化樹脂2、用于部分或全部沉浸在樹脂池1的液面下方的打印頭3以及驅動打印頭3主動進行平移和升降動作的驅動系統。其中，打印頭3為與樹脂池1的長邊或寬邊等長的窄長燈帶。打印頭3包括鏡頭31及其下方固定的介質腔32，介質腔32為上下開口的套筒形，其上端開口與鏡頭31相通，下端開口封堵固定有可滲透膜33，可滲透膜33的下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.基于光固化樹脂的工業化增材制造方法，其特征在于，打印頭部分或全部沉浸在位置固定的樹脂池液面下方，并在驅動系統的帶動下，打印頭做平移和/或旋轉和/或升降運動，而在樹脂池中曝光打印工件。/n

【技術特征摘要】
1.基于光固化樹脂的工業化增材制造方法，其特征在于，打印頭部分或全部沉浸在位置固定的樹脂池液面下方，并在驅動系統的帶動下，打印頭做平移和/或旋轉和/或升降運動，而在樹脂池中曝光打印工件。


2.根據權利要求1所述的工業化增材制造方法，其特征在于，在打印頭曝光時，向打印頭內注入氣體抑制劑，所述打印頭的鏡頭下方設有封閉的介質腔，介質腔下方開口并封堵固定有可滲透膜，可滲透膜下方涂覆有PTEF材質的疏離層，疏離層的上表面預設有沿打印頭移動方向和/或旋向延伸的溝槽，并且該溝槽內充滿氣體抑制劑；以及
在打印頭運動時，減少或停止氣體抑制劑的注入，使得光固化樹脂從溝槽中流過。


3.基于光固化樹脂的工業化增材制造裝置，包括位置固定的樹脂池，其特征在于，還包括用于部分或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊鏡平，楊杰，牛嘉怡，牛清坡，
申請(專利權)人：鄭州市天正科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：河南;41