一种快速3D打印装置的制作方法

本实用新型涉及一种快速3D打印装置，属于打印设备技术领域。

背景技术：

3D打印装置又称三维打印机，是一种采用累积制造技术（即快速成形技术）的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层层造出来。目前，常规的3D打印装置在打印过程中，当打印平台的固化层固化结束后，打印平台都需要上升，使固化层表面脱离打印溶液容器底部，然后再次下降进行第二层的曝光固化。打印平台的重复上升、下降占整个打印过程的80%，甚至更多，最终导致打印速度缓慢，影响打印效率。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种快速3D打印装置，本案由此产生。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种快速3D打印装置，具有打印速度快，精度高、使用寿命长、体积小且操作简单等特点。

为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种快速3D打印装置，包括基座，设置在基座内的曝光机构、控制机构，以及设置在基座上的打印机构和盛液机构，其中，所述打印机构包括模组、滑动安装在模组上的打印平台，所述盛液机构包括用于盛放打印溶液的物料槽，以及用于驱动物料槽转动的驱动组件，所述物料槽底部为完全透明或者部分区域透明的底板，所述底板上覆盖有一层厚度均匀的透明液态膜，曝光机构的曝光口与打印平台相对应，用于曝光固化的光通过透明的物料槽底部直射打印平台。

作为优选，所述透明液态膜采用离子液体。透明液态膜与打印溶液之间具有光洁界面，打印平台的固化层会随着物料槽的转动，轻易脱离透明液态膜。

作为优选，所述离子液体密度大于1.1g/cm3，透光率大于85%，无挥发性。

作为优选，所述透明液态膜厚度小于等于2mm。

作为优选，所述物料槽为圆形。

作为优选，所述曝光机构采用投影仪，所述投影仪曝光口位于物料槽下方；或者，所述曝光机构采用LCD显示装置，所述LCD显示装置的LCD显示屏（即曝光口）位于物料槽下方。

作为优选，所述投影仪投射用于打印溶液固化的紫光；所述LCD显示屏发射出用于打印溶液固化的紫光。

作为优选，所述驱动组件包括转盘轴承、轴承固定座和驱动电机，所述物料槽固定安装在转盘轴承上，所述轴承固定座固定安装在基座上，所述转盘轴承与驱动电机相连，通过驱动电机的带动，转盘轴承可在轴承固定座上自由转动，进而带动物料槽在基座上旋转。

作为优选，所述控制机构采用微处理器控制，控制机构分别与曝光机构、打印机构和盛液机构相连，用于控制各个机构的动作。

作为优选，所述模组上设有一纵向丝杠，打印平台与丝杠相连，丝杠与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠转动，进而使打印平台在模组上上下滑动。

上述快速3D打印装置的快速打印方法，包括如下步骤：

步骤1、控制机构控制曝光机构、打印机构、盛液机构开始工作，物料槽匀速转动，打印平台下降至物料槽底部，此时，打印平台下表面与物料槽透明液体膜上表面的间距为单层打印的厚度，曝光机构通过透明底板和透明液态膜向打印平台投射投影图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台上，在固化过程中，打印平台匀速上升或者停顿设定时间再匀速上升，所述物料槽匀速转动或者停顿设定时间再匀速转动；

步骤2：重复步骤1打印第二层，直至打印结束。

与现有技术相比，采用上述结构的快速3D打印装置具有如下几个优点：

1、打印过程中，物料槽可匀速转动，打印平台可匀速上升，中间无需其他长时间的停顿或反复动作，可省去原来占80%的非固化时间，使打印效率大幅度上升，可以达到普通3D打印机4~10倍的速度；

2、采用高密度的透明液态膜，可保证液态膜在转动过程中，不会因为向心力表面产生波纹，同时高密度的透明液态膜也可以使打印溶液与液态膜之间形成光滑的界面，便于两者分离；

3、采用投影仪曝光，可实现快速固化，进而提高打印速度；采用LCD显示屏照射，可实现大面积、高精度打印。

以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。

附图说明

图1为实施例1的快速3D打印装置立体结构图；

图2为实施例1的物料槽剖视图；

图3为实施例1的驱动组件和基座立体结构图；

图4为图3的俯视图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种快速3D打印装置，包括基座1，设置在基座1内的曝光机构2、控制机构3，以及设置在基座1上的打印机构4和盛液机构5，其中，所述打印机构4包括模组41、滑动安装在模组41上的打印平台42，在本实施例中，所述打印平台42通过垂直设置在模组41上的丝杠43实现上下滑动，打印平台42与丝杠43相连，丝杠43与丝杠电机相连，通过丝杠电机驱动丝杠43转动，进而带动打印平台42移动，在打印过程中，打印平台可匀速上升。所述控制机构3采用微处理器控制，控制机构分别与曝光机构2、打印机构3和盛液机构4相连，用于控制各个机构的动作。在本实施例中，所述曝光机构2采用DLP投影仪，投影仪曝光口位于物料槽51下方，DLP投影仪投射出的紫光用于打印溶液固化，采用投影仪投射，具有较高的对比度，因此固化时间短，打印效率高。

所述盛液机构5包括用于盛放打印溶液的圆形物料槽51，以及用于驱动物料槽51转动的驱动组件。如图2所示，所述物料槽51底部为完全透明或者部分区域透明的底板511，底板511可以采用玻璃或者其他全透明材质。所述底板511上覆盖有一层厚度均匀的透明液态膜512，所述透明液态膜512采用离子液体，所述离子液体密度大于1.1g/cm3，透光率大于85%，无挥发性，表面涨力小，与光敏树脂液体等打印溶液不相溶。所述透明液态膜512厚度小于等于2mm。本实施例所述的透明液态膜512，密度大于水，在物料槽51低速转动过程中，表面平整度非常高，不会产生波纹，同时离子液体也可以使打印溶液6与液态膜512之间形成光滑的界面，便于两者分离。

如图3-4所示，所述驱动组件包括转盘轴承52、轴承固定座53和驱动电机54，所述物料槽51固定安装在转盘轴承52上，所述轴承固定座53通过转盘底座55固定安装在基座1的上面板11上，所述驱动电机54采用齿轮电机，转动轴承52的内圈设有从齿轮521，齿轮电机上设有主齿轮541，通过主齿轮541和从齿轮521的配合，使转盘轴承52可在轴承固定座53上自由转动，进而带动物料槽51在基座1上旋转。

所述基座上面板11开设有一通孔12，所述曝光机构2位于通孔12下方，曝光机构2的曝光口21与打印平台42相对应，用于曝光固化的光通过通孔12、透明的物料槽51底部直射打印平台42。

上述快速3D打印装置的快速打印方法，包括如下步骤：

步骤1：首先，在物料槽51内倒入打印溶液，同时开启曝光机构2进入预热状态；

步骤2、曝光机构2和打印机构4开始工作，物料槽51匀速转动，打印平台42下降至物料槽51底部，此时，打印平台42下表面与物料槽透明液体膜512上表面的间距为单层打印的厚度，投影仪通过透明底板511和透明液态膜512向打印平台投射图像，使投影范围内的打印溶液固化并粘贴在打印平台42上，在固化过程中，打印平台42匀速上升，所述物料槽51匀速转动；所述物料槽匀速转动时速度为0.2~5转/分，所述打印平台匀速上升时的速度为0.02~0.5毫米/秒。打印过程中，物料槽可匀速转动，打印平台可匀速上升，中间无需其他长时间的停顿和反复动作，可省去原来占80%的非固化时间，使打印效率大幅度上升，可以达到普通3D打印机4~10倍的速度；

步骤3：重复步骤2打印第二层，直至打印结束。

实施例2

本实施例所述的快速3D打印装置结构与实施例1一致，主要区别在本实施例中，3D打印装置的快速打印方法在步骤2所述的固化过程中，打印平台42停顿0.5S后再匀速上升，所述物料槽51停顿0.5S后再匀速转动，打印平台42和物料槽51的停顿的时间一般根据被打印物品的横截面（即固化层面积）以及打印溶液的固化时间而定，一般打印平台停顿0.1S-1S，所述物料槽停顿0.2S-1S。当固化层面积较小、打印溶液固化较快时，打印平台42和物料槽51无需停顿，直接匀速运动即可实现快速打印；但当固化层面积较大、打印溶液固化较慢时需要停顿一段时间，一方面便于打印溶液回流到打印平台42下方，另一方面给曝光机构2留取固化时间。

实施例3

本实施例所述的快速3D打印装置结构与实施例1基本一致，主要区别在于本实施例所述的曝光机构2采用LCD显示装置，所述LCD显示装置的LCD显示屏作为曝光口位于物料槽下方。LCD显示装置的固化原理：利用LCD显示屏成像原理，在LCD显示装置的驱动下，根据打印图像在LCD显示屏上出现选择性的透明区域，在LCD显示装置紫外光源的照射下，LCD显示屏的图像透明区域对紫外光阻隔减小，在没有图像显示的区域，紫外光线被阻挡。透过LCD显示屏的紫外光线构成紫外光图像区域，上述紫外光线经过透明的物料槽51照射到打印溶液，使被紫外光照射的打印溶液产生固化反应，形成固化层，未被照射到的打印溶液仍然保持液态。采用LCD显示屏可实现高精度显示，如分辨率为1280 X 768 像素，12英寸显示屏点阵精度达到0.16X0.16mm，同时因为LCD显示屏可做的比较大，进而也可以进行大面积固化；此外，LCD显示屏成像为直接接触性成型，图形变形率低，打印的产品精度高。而投影仪的光线经过多次成像透镜之后图形就会发生光学变形，虽然变形很微小，但是打印精度还是存在一定欠缺。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。