一种3D打印机及其料槽，及料槽的制作方法与流程

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印机及其料槽，及料槽的制作方法。

背景技术：
液体3D打印技术是用液体材料进行3D打印的一种增材制造技术，其基本原理是：用作打印的液体材料遇到紫外线或者其他波长的光源、射线的照射时，被照射的部分会发生固化反应由液态变成固态，用计算机精确控制光源的扫描路径或者曝光形状，即可获得与扫描路径或者曝光形状相同的打印模型，逐层或者连续累加已固化的打印层即可得到一个完整的三维实体。液体3D打印技术分为上投光和下投光两种，上投光技术光源在液体材料上方，固化反应发生在液体材料上表面。下投光技术光源在液体容器(料槽)底部，固化反应发生在容器底部，固化完一层以后需要将已固化的部分从料槽底部剥离即脱模以便进行下一层的打印，这种打印工艺对料槽底部所使用的材料以及打印工艺本身有严格的要求，如果料槽底部直接使用亚克力或者玻璃等材料，固化后的打印层会粘结在亚克力或者玻璃表面很难剥离，造成打印失败，因此必须要采用一定的技术手段进行脱模处理。现有的脱模技术是在容器底部的亚克力或者玻璃底版上涂覆一层硅胶或者特氟龙等防粘涂层来防止打印层粘在料槽底部。但经本发明人研究发现这种脱模方式的脱模性能衰减非常快，经过实验，在打印3000多层后打印的区域便会出现雾化(发白)的现象，雾化后的硅胶膜脱模效果显著降低并很快丧失脱模能力，一般的硅胶膜打印1L～2L的液体便会失去脱模作用。同时为了满足打印的要求，防粘层必须要厚度均匀、表面平整、不能含有不透光的杂质，这对成型工艺和环境都有很严格的要求，须有专业的设备和有经验的技术工人才能完成作业。另外，使用现有技术进行下投光3D打印时，由于毛细作用以及材料的收缩性，打印层和料槽底部会产生真空，而目前的下投光料槽底部往往以有机玻璃、亚克力或者石英玻璃为基底镀膜而成，料槽底部刚度较大不易发生弯曲变形，由于大气及液体造成的压力，如果成型平台直接上升很难将打印层与料槽底部分离，而且硬性脱离会对模型造成损坏而导致打印失败。因此，现有下投光打印技术往往会增加一套附加的斜拉结构用来辅助脱模，这种机械装置可以使打印层与料槽底部进行分离的时候是从边缘开始逐渐剥离，这样做虽然有利于顺利脱模，但是也使打印速度大大降低，同时由于引入了辅助脱模的机械结构，使设备整体变得复杂。也有部分技术方案的料槽底部是使用柔性材料制作，例如在柔性薄膜上镀硅胶膜的方案，但是这种技术要保证硅胶模的平整度、透光性，也存在上述提到的制作工艺复杂、寿命低的问题。而且这种方案还有一个很大的缺陷是，由于硅胶膜和基板都是柔性的，加入液体打印材料后，料槽底部就不能维持平整而发生下坠的现象，这对打印的精度会产生很大的影响。综上所述现有3D液体打印技术主要存在下列缺陷：现有技术料槽很容易失效，寿命短；现有技术料槽脱模效果不好，因为底部材料为刚度大不易发生形变，导致不能直接脱模，需要增加辅助机械结构；现有技术料槽很难保证料槽底部的平整，影响打印精度；现有技术由于要在料槽底部镀膜，加工工艺复杂。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种即能保证料槽底部的平整度与坚硬，又能保证打印模型与料槽底部逐渐脱离，且结构简单，易于操作的下投光3D打印机及其料槽。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：本发明实施例提供一种3D打印机的料槽，该料槽包括：两端呈敞口状的槽框、不沾薄膜和平台式底座，所述槽框的敞口端一侧固定在覆盖有不沾薄膜的平台式底座上，所述平台式底座被槽框内壁限制的区域内设有通气孔。上述方案中，所述平台式底座包括：底板和支架，底板设置在支架上，当料槽被放置在料槽托盘上时，底板与料槽托盘之间留有空隙；所述通气孔设置在底板中靠近底板边缘的区域。上述方案中，所述槽框在固定有平台式底座的一侧设置有用于嵌入平台式底座的凹槽，凹槽与平台式底座的配合面上设有密封槽，密封槽内装有密封圈，用于压紧不沾薄膜以防止其滑动。上述方案中，所述槽框的内壁上构成环形凸边，其对应于所述凹槽的一侧边，所述凹槽与所述平台式底座通过紧密扣合固定连接，或者通过紧固件固定连接；和/或在槽框的外壁上设有凸边，与所述平台式底座通过紧密扣合固定连接，或者通过紧固件固定连接。上述方案中，所述不沾薄膜的材料为氟化物制品薄膜，；所述不沾薄膜的厚度为0.01mm～10mm。上述方案中，所述通气孔均匀分布在底板的周边，且使通气孔位于所述支架的边框内侧。上述方案中，所述底板的材料为亚克力或石英玻璃。上述方案中，所述槽框1的内壁上附着一层防粘材料。本发明还提供一种3D打印机，该3D打印机中包含根据上述方案所述的任意一种料槽，所述料槽位于扫描或投影光源的上方，成型平台的下方。本发明还提供一种3D打印机料槽的制作方法，该方法包括：使用不沾薄膜平整的覆盖平台式底座的上表面；将两端呈敞口状的槽框的敞口端一侧固定在覆盖有不沾薄膜的平台式底座上。上述方案中，该方法还包括：选择氟化物制作不沾薄膜，不沾薄膜的厚度为0.01mm～10mm。上述方案中，该方法还包括：选择亚克力或石英玻璃制作平台式底座。附图说明图1是本发明实施例提供的3D打印机料槽的立体结构示意图；图2a至图2b是本发明实施例提供的3D打印机料槽的平台式底座的截面示意图和立体结构示意图；图3是本发明实施例提供的另一种3D打印机料槽的分解结构示意图；图4是图3的主剖视图；图5是本发明实施例提供的3D打印机料槽在打印状态的结构示意图；图6是本发明实施例提供的3D打印机料槽在脱模过程中的结构示意图；图中：1、槽框；1-1、凹槽；1-2、密封槽；1-3、环形凸边；1-4、凸边；2、不沾薄膜；30、平台式底座；---3、底板；3-1、通气孔；---4、支架；4-1、凸环；5、密封圈；6、液体材料；7、成型平台；8、打印模型。具体实施方式如图1、图2a和图2b所示，本发明提供一种3D打印机的料槽，其包括：两端呈敞口状的槽框1、不沾薄膜2和平台式底座30、槽框1的敞口端一侧固定在覆盖有不沾薄膜2的平台式底座30上，平台式底座30被槽框1内壁限制的区域内设有通气孔3-1。其中，不沾薄膜2覆盖在平台式底座30的上表面，虽紧密贴合但并未真正粘贴在一起，可发生一定范围的分离。不沾薄膜2为半透气性的柔性薄膜，它对打印材料呈化学惰性并且是不粘的，它不会与打印材料发生反应，能够防止打印层粘在料槽底部，不沾薄膜2可以为氟化物制品或其他不粘材料，具体可以为FEP、特氟龙AF2400、PTFE等氟化物，其厚度在0.01-10mm范围；其次，不沾薄膜2是半透气性的，尤其是对于氧气，其作用有两个，一是防止打印层和料槽底部产生真空，导致脱模困难，打印的时候，气体可以通过通气孔3-1再经过不沾薄膜2进入料槽底部，避免产生真空；另外一个作用是，氧气可以阻止树脂与紫外线发生固化，控制好透过不沾薄膜2的氧气量，便可以在料槽底部与打印层之间形成一个非常薄的未固化的液体层，进一步防止打印层粘结在料槽底部，更有利于脱模。该不沾薄膜2和平台式底座30被槽框1内壁限制的区域的材质都应可透过投光射线。这里，投光射线是指：3D打印机用于使光敏树脂等液体材料固化的投射光，例如紫外线。平台式底座30可以防止在料槽中加入液体以后不沾薄膜2不能维持平整而中央发生下坠，还可以防止不沾薄膜2破损以后液体打印材料发生泄漏。平台式底座可以是一体成型的，也可以分为两部分，如图3至6所示，平台式底座包括：底板3和边框式支架4；其中，底板3设置在支架4上，当料槽被放置在3D打印机的料槽托盘上时，底板3与料槽托盘之间留有空隙；所述通气孔3-1设置在底板3中靠近底板边框的区域。底板3应选用可透过投光射线且刚性较好的材质；但支架4只要刚性较好的材质即可，因此，将平台式底座分为两部分，二者在材质上可选择的范围更广，可更好的突出各自的要求。即可为底板3选择对投光射线穿透性更好的刚性材质，而为支架4选取刚性更强但不具有投光射线穿透性的材质。底板3的材料可以为亚克力或石英玻璃。优选的，所述通气孔3-1均匀分布在底板3的周边，且使通气孔3-1位于所述支架4的边框内侧。进一步的，所述槽框1在固定有平台式底座30的一侧设置有用于嵌入平台式底座30的凹槽1-1，在凹槽1-1与平台式底座30的配合面上还设有密封槽1-2，密封槽1-2内装有密封圈5，用于压紧不沾薄膜2防止其滑动。所述不沾薄膜2与平台式底座30的上表面的贴合，包绕过平台式底座30的侧边，再延伸环形凸边1-3的底部被密封圈5夹持在平台式底座30的上表面上。进一步的，所述槽框1的内壁上构成环形凸边1-3，其对应于所述凹槽1-1的一侧边，所述凹槽与所述平台式底座通过紧密扣合固定连接，或者通过紧固件固定连接；和/或在槽框1的外壁上也设有凸边1-4，与所述平台式底座30通过紧密扣合固定连接，或通过紧固件固定连接。当平台式底座30包括底板3和支架4时，所述支架4的一侧设有凸环4-1，凸环4-1的外环与环形凸边1-3的内边缘相配合，凸环4-1的内环与底板3的侧边相配合。该凸环4-1的高度与环形凸边1-3的厚度、底板3的厚度基本相同，这样可以保证料槽内的底部平整，且配合严密，可进一步防止3D打印液体的泄露。进一步的，上述方案中的料槽，在槽框1的内壁上附着一层防粘材料，可方便打印完成后，对料槽进行清洗。所述防粘材料可由氟化物或硅胶构成。使用本发明提供的料槽进行脱模的原理如图5至6所示：当打印完一层打印模型后需要进行脱膜时，成型平台7先向上提升；结合底部的气压作用力，不沾薄膜2随之发生一定的形变；液体的打印材料在重力和大气压的作用下降从打印模型8底部的周边流向它的中心，这样在不沾薄膜2与打印模型8底部分离的时候是从边缘开始逐渐剥离，而不是一次性的大面积分离，这种从边缘开始逐渐分离的方式是柔性的，既可以使分离变得更加容易，同时也不会损坏打印模型，这与大面积的硬性分离方式则刚好相反。使用这种料槽进行打印，可以省掉现有技术中进行辅助脱模的斜拉结构，因此可大大缩短打印时间，并降低机械结构的复杂性。本发明创造性地将不站薄膜覆盖在料槽的底座上，圆满解决了既要保证料槽底部的平整性又要使其有一定柔性之间的矛盾。料槽所有组成部件都是选用市场上可以买到的材料或标准件加工而成，因此整个料槽的加工工艺也变得更加简单，成本也更加低廉，对此项技术的推广也极为有利。本发明还提供一种3D打印机，该3D打印机中包含根据上述方案所述的任意一种料槽，所述料槽位于扫描或投影光源的上方，成型平台的下方。本发明还提供一种3D打印机料槽的制作方法，该方法包括：使用不沾薄膜平整的覆盖平台式底座的上表面；将两端呈敞口状的槽框的敞口端一侧固定在覆盖有不沾薄膜的平台式底座上。上述方案中，该方法还包括：选择氟化物制作不沾薄膜，不沾薄膜的厚度为0.01mm～10mm。上述方案中，该方法还包括：选择亚克力或石英玻璃制作平台式底座。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。