本实用新型涉及增材成型领域，具体涉及一种光固化的三维打印设备。
背景技术：
三维打印技术是通过自动化数控逐层累积材料实现三维模型的成型。相对于传统的加工技术而言，三维打印技术不需要另行制作模具，直接加工出成品，并且可快速得到传统加工技术难以制造的复杂零件。因此，三维打印技术能够缩短产品研发周期，降低企业的研发成本，提供更有效的技术解决方案，满足日益增长的个性化需求。
光固化三维打印技术是以光敏树脂为原料，通过计算机控制激光或投影仪对二维平面内需要固化的树脂区域进行照射，固化得到与模型横切面相同的二维轮廓。通过逐层堆积这样的二维轮廓，从而得到最终所需的三维模型。
传统的光固化树脂材料粘度较低，有很好的流动性，逐层固化堆积的过程中依靠重力即可自然流动到打印区域，补充光固化消耗的树脂，因此传统光固化三维打印设备结构都相对简单，无需额外的装置增强树脂的流动。而近来出现的功能光固化树脂材料，由于其中包含固体颗粒或高分子聚合物，粘度很高，流动性部分或完全消失，无法依靠重力自然流动到打印区域，因此无法适用于传统的光固化三维打印设备。
此外，随着树脂粘度的增大，模型在树脂中运动时的剪切阻力也显著增加。为了尽可能减小阻力，应严格控制浆料容器中的树脂液面高度，而传统光固化三维打印设备通常不具备这样的功能。同时，由于阻力增加，打印时模型从成型平台脱落的几率也随之增大，因此改进结构以增强平台与模型的粘结，同时降低模型与浆料容器的粘结力也变得更为重要。
还需要注意的是，针对高粘度树脂而引入的流动增强装置，由于会产生相对运动，对浆料容器中的杂质尤为敏感。如果不能及时发现并除去打印过程中由于各种意外因素而产生的杂质，则会严重影响打印质量，甚至导致设备损坏。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提出了一种光固化三维打印设备，其能够以较高的效率安全且精确地进行光固化的三维打印。具体而言，
本实用新型的一方面公开了一种光固化三维打印设备，其包括成型平台2、浆料容器3、直线模块4、旋转模块5、分离装置6、平整装置7、投影装置8。
所述直线模块连接所述成型平台，且被配置成能使所述成型平台沿竖直方向上下升降。
所述分离装置可以包括支撑架，且被配置成能使所述支撑架绕转轴转动。
所述旋转模块固定在所述支撑架上。所述旋转模块可以包括中空转盘，且被配置成使所述中空转盘能够绕自身中轴旋转并带动所述浆料容器同步旋转。
所述浆料容器可以包括侧壁和透光底板。
所述平整装置固定在所述支撑架上，且可以包括刮板和调节模块，所述调节模块被配置成能够彼此独立地调节所述刮板(71)的多个方位参数。
所述投影装置固定在所述浆料容器下方，且可以被设置成由其投射出的光线可穿过所述旋转模块和所述透光底板照射到所述成型平台上。
所述控制系统被设置成能够在收到异常信号时暂停或终止打印，以防止设备受损。
进一步地，所述直线模块4可以包括用于连接所述成型平台2的悬臂44和设置于所述悬臂44上的调整机构441，所述调整机构441包括上拉栓4411、下压栓4412和锁定栓4413。借助这种调整机构441，可以简单且方便地精确实现成型平台与浆料之间相对方位的调整。优选地，可以在悬臂44的四个角上分别设有调整机构441，以便能够在多个敏感位置上对成型平台的方位参数进行调整，从而扩大成型平台方位调节范围及能力。
进一步地，所述浆料容器3还可以包括离型膜35和防真空隔层36，其中所述防真空隔层36设置在所述离型膜35与所述透明底板32之间以防止在两者之间形成真空。
优选地，所述防真空隔层36的表面可以形成有由球形颗粒排成的二维阵列或者由矩形凹槽排成的一维阵列或者由圆柱结构排成的二维阵列或其组合。
更优选地，所述球形颗粒的直径为0.01～0.05mm，表面密度为1～100个/mm2，隔层厚度为0.05～0.5mm。
更优选地，所述凹槽的深度为0.01～0.05mm，宽度为0.01～0.05mm，相邻凹槽的间距为0.1～0.5mm，隔层厚度为0.05～0.5mm。
更优选地，所述圆柱结构的高度为0.01～0.05mm，横截面直径为0.01～0.05mm，相邻圆柱结构的间距为0.1～0.5mm，隔层厚度为0.05～0.5mm。
进一步地，所述调节模块72可以包括底座721、活动框架722、高度调节机构724、倾角调节机构725、迎角调节机构726及摆角调节机构727，其中所述刮板71固定在所述活动框架722上。
更进一步地，所述活动框架722固定在所述底座721上且具有平行四边形结构，其中所述平行四边形结构可以被设置成其四个顶点的角度可自由改变，同时相对两边保持平行。
更进一步地，所述高度调节机构724可以被设置成一端顶在所述活动框架722的第一边上，以便能够向所述第一边施加作用力，从而调节所述刮板71的高度。
更进一步地，所述倾角调节机构725可以被设置成一端顶在所述活动框架722的第二边上，以便能够向所述第二边施加作用力，从而调节所述刮板71的倾角。
更进一步地，所述迎角调节机构726可以固定在所述活动框架722上，用于调节所述刮板71的迎角。
进一步地，所述摆角调节机构727可以固定在所述底座721上，用于带动所述刮板71绕所述摆角调节机构727的中心轴旋转。
再进一步地，所述活动框架722上可以固定有弹簧机构723，用于沿所述活动框架722对角施加弹性预紧力，从而对所述活动框架722施加扩张力矩。
优选地，所述弹簧机构723可以被设置成，当所述刮板71遇到异物时被压缩以允许所述异物通过所述刮板71。
更进一步地，所述摆角调节机构727上可以设置有力传感器。
进一步地，所述平整装置7还可以包括杂质滤板73。所述杂质滤板73固定在所述调节模块72上，且在运动方向上位于所述刮板71的前方。其中，所述杂质滤板73可以包括铲板731、筛网732和滤框733。
优选地，所述筛网732的筛孔尺寸选为30～200目，所述铲板731与所述透光底板32之间的夹角为10～45度。
进一步地，所述成型平台2的表面可以设有粘结增强结构21。
更进一步地，所述粘结增强结构的表面可以形成有柱状结构排成的二维阵列，且所述二维阵列为正方排列或三角排列，所述柱状结构是截面为圆形的突起或凹陷。优选地，圆直径与相邻圆心距的比例为0.2～0.8，柱高度为0.05～3mm，直径为0.2～5mm。更优地，柱高度为0.1～1mm，直径为1～3mm。
更进一步地，所述粘结增强结构的表面可以形成有柱状结构排成的二维阵列，且所述二维阵列为正方排列，所述柱状结构是截面为正方形的突起或凹陷。优选地，正方形边长与相邻正方形中心距的比例为0.2～0.8，柱高度为0.05～3mm，边长为0.2～5mm。更优地，柱高度为0.1～1mm，边长为1～3mm。
更进一步地，所述粘结增强结构的表面可以形成有梯形条纹排成的一维阵列。优选地，梯形条纹的顶部宽度与底部宽度的比例为0.5～1.0，梯形条纹高度为0.05～3mm，顶部宽度为0.2～5mm，相邻梯形条纹的底部间距为0.2～5mm。更优地，梯形条纹高度为0.1～1mm，顶部宽度为1～3mm，相邻梯形条纹的底部间距为1～3mm。
优选地，所述旋转模块的转动速度可以为6-60rpm。
进一步地，本实用新型的光固化三维打印设备还可以包括控制系统1和监控装置，所述监控装置设置在所述浆料容器3的上方并且将采集到的图片和/或视频信号传输至所述控制系统1。
附图说明
图1示意性地示出了根据本实用新型的三维打印设备；
图2示意性地示出了根据本实用新型的三维打印设备的直线模块；
图3示意性地示出了根据本实用新型的三维打印设备的分离装置；
图4示意性地示出了根据本实用新型的三维打印设备的浆料容器；
图5示意性地示出了根据本实用新型的三维打印设备的平整装置；
图6示意性地示出了图5的平整装置的部分侧视图；
图7示出了现有技术的一种平整结构；
图8示出了根据本实用新型的成型平台的粘结增强结构；以及
图9示意性地示出了根据本实用新型的旋转模块。
具体实施方式
在下文中，本实用新型的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本实用新型的精神给本实用新型所属领域的技术人员。因此，本实用新型不限于本文公开的实施例。
如图1所示，本实用新型的光固化三维打印设备可以包括控制系统1、成型平台2、浆料容器3、直线模块4、旋转模块5、分离装置6、平整装置7、投影装置8。
图2更为清楚地示出了直线模块4的结构。如图2所示，直线模块4包括导轨41、滑块42、丝杆43、悬臂44、驱动电机45。借助驱动电机45和丝杆43，滑块42及与滑块42连接的悬臂44可以沿着导轨41在竖直方向上运动。
成型平台2被固定在悬臂44上，因此可以随着悬臂44沿竖直方向上下升降。其中，为了方便将成型平台2安装在悬臂44上和将其从悬臂44上拆卸下来，成型平台2可以在其底部具有突出部，悬臂44在与成型平台2的底部相对的那面上具有形状互补的凹部，借助突出部与凹部之间的相互配合作用实现两者的连接，反之亦然。优选地，成型平台2的突出部可以具有T形截面，如图2所示那样。
在三维打印过程中，通常需要调节成型平台与浆料容器底部之间的相对位置，例如将平台调整成与浆料容器底部完全平行。为此，现有技术的三维打印设备中往往是通过调节浆料容器的位置来实现的，由于浆料容器及其配套机械装置(例如浆料容器的旋转装置、斜拉装置)的重量较大且位置调节精度较高，因此对于浆料容器位置调节装置的设计要求非常高，往往难以满足实际的需求。针对这一问题，本实用新型在直线模块4的悬臂44上设置有调整机构441，以便为与悬臂44连接的成型平台2提供方位调节功能。
如图2所示，悬臂44包括用于与滑块42连接的悬臂上部和用于与成型平台2连接的悬臂下部。悬臂下部和悬臂上部通过调整结构441相互连接。调整机构441可以包括上拉栓4411和下压栓4412，其中，上拉栓4411用于调节悬臂下部和悬臂上部之间的距离并向悬臂下部提供一个上拉力，下压栓4412同样用于调节悬臂下部和悬臂上部之间的距离但其将向悬臂下部提供一个下压力，借助这种上拉力和下压力的配合作用，可以精确地将悬臂下部和悬臂上部之间的距离设置在借助上拉栓4411和下压栓4412所要调节的数值上。此外，调节机构441还可以包括锁定栓4413，用于将悬臂下部和悬臂上部之间的相对位置锁定。本实用新型中，如图2所示那样，优选地在悬臂下部与悬臂上部连接的四个角上均设置有调整机构441，从而为悬臂下部与悬臂上部之间的相对位置提供更多的调节维度，以便实现三维空间上的相对位置调节功能，满足成型平台2的位置调节需求。借助本实用新型的这种调整机构441，尤其是图2所示的四角调整结构，能够在非常简单的机械结构下以非常高的精度实现成型平台2与例如浆料容器3之间相对位置的调节，从而大大降低了打印设备的复杂度和成本，同时又提高了机械调节精度。
图3示意性地示出了本实用新型中的分离装置6的结构。如图3所示，分离装置6包括支撑架61、铰链62、推杆63和驱动电机64。推杆63可在驱动电机64的驱动下沿轴向伸缩，带动支撑架61以铰链62的轴线为圆心转动。
旋转模块5固定在支撑架61上，其包括圆形中空转盘51、轴承52、减速机53和驱动电机54，如图9所示那样。圆形中空转盘51可绕自身中轴旋转，并带动浆料容器3同步旋转。
图4示意性地示出了本实用新型中的浆料容器3的结构。如图所示，浆料容器3包括圆筒形侧壁31、离型膜35和圆形透光底板32，从而构成容纳浆料的圆筒结构，并允许光通过底板进入容器中的浆料。其中，离型膜35由侧壁31和压圈33夹紧固定，透光底板32固定在底圈34上，压圈33固定在底圈34上。优选地，离型膜35的厚度为0.05～0.5mm；透光底板32在300～800nm波长范围内的光线透射率大于90％。
在现有技术的离型装置中，离型膜压在透光底板上，二者之间往往会出现真空，使得离型膜无法弹性变形，导致模型分离时无法有效撕裂。针对这一问题，本实用新型提出在透光底板32和离型膜35之间设置防真空隔层36，用于防止在透光底板32与离型膜35之间形成真空。
优选地，本实用新型的防真空隔层36可以由具有高透光率的薄片构成，诸如由石英玻璃薄片、蓝宝石薄片、ABS薄片、PET薄片、PVC薄片、PS薄片、PC薄片、PMMA薄片中的一种构成。
此外，在本实用新型中给出了三种优选的防真空隔层结构，具体如下：
(1)在第一种优选结构中，防真空隔层36的表面可以形成有球形颗粒排成的二维阵列，借助球形颗粒之间的空隙在该防真空隔层结构的表面上导入空气，从而避免形成真空环境。经优化设计发现，在这种结构下，球形颗粒的直径为0.01～0.05mm，表面密度为1～100个/mm2，隔层厚度为0.05～0.5mm时效果较佳。
(2)在第二种优选结构中，防真空隔层36的表面可以形成有由矩形凹槽排成的一维阵列，借助这种矩形凹槽可以在防真空隔层结构的表面上导入空气。由于采用这种矩形凹槽阵列的形式，空气通道分布均匀，可以提供更好的防真空效果。经优化设计发现，在这种结构下，凹槽深度为0.01～0.05mm，宽度为0.01～0.05mm，相邻凹槽的间距为0.1～0.5mm，隔层厚度为0.05～0.5mm时效果较佳。
(3)在第三种优选结构中，防真空隔层36的表面可以形成有由圆柱结构排成的二维阵列，借助这种圆柱形凹槽可以在防真空隔层结构的表面上导入空气。由于采用这种二维圆柱形凹槽阵列的形式，可以从两个方向上形成空气通道，同时配合采用圆柱形凹槽结构可以提供空气通道的平滑过渡，使得能够在二维方向上实现更为均匀的空气通道分布，提供更好的防真空效果。经优化设计发现，在这种结构下，圆柱结构高度为0.01～0.05mm，横截面直径为0.01～0.05mm，相邻圆柱结构的间距为0.1～0.5mm，隔层厚度为0.05～0.5mm时效果较佳。
通过在浆料容器3中设置上述防真空隔层36，可以更为容易地实现固化层与浆料的分离。
图5示出了根据本实用新型的平整装置7的立体图。在本实用新型中，平整装置7被设置用于与旋转模块产生相对运动，利用刮板增强浆料在浆料容器中的流动，精确控制曝光区域液面的高度。平整装置7固定在支撑架61上，且包括有刮板71和调节模块72，其中调节模块72可以被用于调节刮板71的方位。
在现有技术的三维打印设备中，通常也设有用于调节刮板方位的调节结构，但是这种调节结构的功能比较简单，往往只能对刮板的高度和/或倾角进行调节。图7示出了一种现有的平整结构，如图所示，该平整结构包括刮板及调节结构，其中：调节结构包括内侧设有纵向导向槽的导向片，导向片之间设有横向连接杆；刮板两端安装在导向槽内，且通过弹簧与连接杆连接，并在刮板顶部设有调节螺母。在这种调节结构中，可以借助调节螺母提供对刮板高度的调节功能，但这种功能的实现需要分别调整两个调节螺母(其上采用有千分尺)来实现，容易产生倾角误差。因此，在图7所示的现有平整结构中，在进行高度调节的同时可能会影响到刮板的倾角设置，这将影响到对刮板方位的精确调节。此外，本实用新型人发现，在平整过程中，除了刮板高度和倾角之外，刮板的其他方位参数对于平整效果而言也有着重要的影响，例如，刮板的迎角将会影响浆料流动方向与刮板的相对夹角，通过控制这种相对夹角，可以通过流体切向分力平衡旋转离心力，避免浆料向中心或边缘堆积。
基于对现有平整结构的上述不足和刮板其它方位参数对平整效果影响的认识，在本实用新型中，调节模块72被设计成包括底座721、活动框架722、弹簧机构723、高度调节机构724、倾角调节机构725、迎角调节机构726及摆角调节机构727。图6示意性示出了平整装置7的部分侧视图，用于说明活动框架722、弹簧机构723、高度调节机构724、倾角调节机构725、迎角调节机构726及摆角调节机构727之间的作用关系。如图6和7所示，活动框架722固定在底座721上且包含平行四边形结构，其中，平行四边形四个顶点的角度可自由改变，但平行四边形的相对两边将始终保持平行。活动框架722上固定有弹簧机构723，用于沿着活动框架722对角施加弹性预紧力，从而对活动框架722施加一个扩张力矩，以便在改变平行四边形顶点的角度之后能够使其稳定保持当前状态，达到稳定调节效果，提高调节精度。刮板71固定在活动框架722上，以便能够跟随活动框架722进行升降、倾斜、旋转运动。高度调节机构724的一端顶在活动框架722的一条边上，以便借助底座721向活动框架722上的所述一条框边施加作用力，推动该框边的相对位置发生变化，从而利用杠杆原理对刮板71的高度进行调节。倾角调节机构725的一端顶在活动框架722的另一条边上，以便借助底座721向活动框架722的所述另一条框边施加作用力，推动该框边的相对位置发生变化，从而调节刮板71的倾角。迎角调节机构726固定在活动框架722上，可调节刮板71的迎角。摆角调节机构727固定在底座721上，可带动刮板71绕摆角调节机构727的中心轴旋转任意角度。
本领域技术人员容易理解，在本实用新型的平整结构中，高度调节机构724、倾角调节机构725、迎角调节机构726及摆角调节机构727可以彼此独立且稳定地调节刮板的各个方位参数，使得能够更为灵活且精确地实现刮板71与浆料平面之间相对位置的调节，从而提供更好的平整效果。
此外，浆料中可能会存在异物，尤其是在具有高固相含量的浆料中，而在现有的平整机构(诸如图7的平整机构)中，由于刮板在平整过程中是刚性地固定在预设方位位置上的，当刮板遇到浆料中的异物时会强力推动异物随其运动，这种异物的运动可能会刮伤浆料容器中的离型膜。而在本实用新型中，通过在活动框架上设置弹簧机构723，当有异物经过刮板71时，可以压缩弹簧机构723并顶起刮板71，从而顺利通过，避免刮伤离型膜。
进一步地，还可以在摆角调节机构727的侧面设置力传感器，用于检测刮板在平整过程中受到的阻力。当刮板在运动过程中遇到异物时，其受到的阻力将会增大，因此通过摆角调节机构727上的力传感器可以检测到阻力的这种变化，并将这种阻力变化传输至控制系统。控制系统可以根据力传感器提供的阻力变化信息来判断是否需要停止刮板运动，以避免异物对诸如离型膜造成破坏。
进一步地，平整装置7中还可以设置杂质滤板73。如图5所示，杂质滤板73固定在调节模块72上，并且在运动方向上位于刮板71的前方。杂质滤板73可以包括铲板731、筛网732和滤框733，其被设置用于过滤收集浆料中的固态杂质。经优化设计发现，筛网732的筛孔尺寸选为30～200目，并借助调节模块72使铲板731与透光底板32的夹角为10～45度时效果较佳。
继续参见图1，投影装置8固定在浆料容器3的下方，使得其投射出的光线可穿过旋转模块5和透光底板32照射到成型平台2上，以便浆料在成型平台上形成固化层。
本领域技术人员知晓，在将成型平台2上的固化层(模型)与浆料剥离的过程中，容易发生固化层从成型平台上脱落的现象。为了减小这种脱离现象发生的几率，本实用新型在成型平台2还设置有粘结增强结构21，用于提高成型平台与模型之间的粘结作用力。
具体地，本实用新型中给出了三种优选的粘结增强结构，具体如下：
(1)在第一种优选结构中，粘结增强结构的表面可以形成有柱状结构排成的二维阵列，且二维阵列为正方排列或三角排列，柱状结构是截面为圆形的突起或凹陷。经优化设计发现，在这种结构下，圆直径与相邻圆心距的比例为0.2～0.8，柱高度为0.05～3mm，直径为0.2～5mm时效果较佳；尤其在柱高度为0.1～1mm，直径为1～3mm时更佳。
(2)在第二种优选结构中，粘结增强结构的表面可以形成有柱状结构排成的二维阵列，且所述二维阵列为正方排列，柱状结构是截面为正方形的突起或凹陷。经优化设计发现，在这种结构下，正方形边长与相邻正方形中心距的比例为0.2～0.8，柱高度为0.05～3mm，边长为0.2～5mm时效果较佳；尤其在柱高度为0.1～1mm，边长为1～3mm时更佳。
(3)在第三种优选结构中，粘结增强结构的表面可以形成有梯形条纹排成的一维阵列。经优化设计发现，在这种结构下，梯形条纹顶部宽度与底部宽度的比例为0.5～1.0，梯形条纹高度为0.05～3mm，顶部宽度为0.2～5mm，相邻梯形条纹的底部间距为0.2～5mm时效果较佳；尤其在梯形条纹高度为0.1～1mm，顶部宽度为1～3mm，相邻梯形条纹的底部间距为1～3mm时更佳。
本实用新型人发现，上述第一和第二种粘结增强结构能够更好地适用于小型模型的打印；而第三种优选结构能够更好地适用于大型模型的打印。
此外，在本实用新型的三维打印设备中还设置有监控装置9，其可以被固定在浆料容器3的上方用以采集下方的图片或视频信息，并将所采集到的信息传输到控制系统1，从而全程监控整个打印过程，以便在发生意外情况下可以随时暂停或终止打印过程。
借助本实用新型对于打印设备的上述改进，例如防止异物破坏的装置、监控装置等等，使得在本实用新型的打印设备中可以采用较大的旋转装置转动速度；优选地，旋转装置的转动速度可以设置为6～60rpm。由此得以克服现有技术中由于结构限制和安全考虑(例如旋转重量过大导致旋转困难，速度过大容易造成设备损坏等)，旋转装置转动速度不高(例如0.2-5rpm)，打印效率低下的不足。
在利用本实用新型的打印设备进行三维打印时，可以采用以下步骤：
步骤一：向浆料容器3中添加含有陶瓷粉体的光固化树脂；
步骤二：将平整装置7放入浆料容器3内，并将刮板71与离型膜35之间的距离调整到0.1～1mm；
步骤三：启动旋转模块5，使浆料容器旋转360度；
步骤四：将成型平台2下降至合适高度；
步骤五：启动投影装置8投影数字信号1～20秒；
步骤六：启动分离装置7，使得固化后的模型(固化层)与离型膜35分离；
步骤七：将成型平台2上升至合适高度；
步骤八：复位分离装置7，使其回到固化前的位置；以及
重复步骤三到步骤八，直到模型打印完毕。
尽管前面结合附图通过具体实施例对本实用新型的光固化的三维打印设备进行了说明，但是，本领域技术人员容易认识到，上述实施例仅仅是示例性的，用于说明本实用新型的原理，其并不会对本实用新型的范围造成限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种组合、修改和等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围。