一种连续3D打印系统的制作方法

本发明涉及一种连续3d打印系统，属于打印技术领域。

背景技术：

一般3d打印，是通过逐层增加材料来制造三维制品的技术，该技术是综合了诸多领域的前沿技术，并被誉为“第三次工业革命”的核心技术。其中光固化3d打印快速成形工艺，具有能耗小、成本低、成形精度高等特点。目前，传统的光固化3d打印技术，都是通过逐层叠加最终得到3d实体，这种方法使得打印的制品的精度受到分层厚度的制约；另外，传统的sla和dlp光敏树脂3d打印技术，由于光敏树脂流平时间长（从上向下打印）或需要机械将固化层从树脂槽内底板剥离和树脂再填充（从下向上打印），导致打印周期长。

最近，美国的约瑟夫·德西蒙尼（josephm.desimone）与他的同事亚历克斯·叶尔莫什金（alexermoshkin）以及爱德华·萨穆尔斯基（edwardt.samulski）合作发明了一种“连续液面生长”(continuousliquidinterfaceproduction,简称clip)的技术，该技术的光敏树脂料槽下面的膜可以让氧气通过，而光敏树脂分子不能通过，氧气通过料槽下面的膜进入光敏树脂，打印过程中利用氧气的氧阻聚效应，从而创造了一种非层层打印的3d打印过程。但是，目前还没有关于专门用于连续3d打印光敏树脂系统的报道。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种连续3d打印系统。

本发明的技术方案如下：

一种连续3d打印系统，包含透光窗口(1)、不固化层(2)、光敏树脂(3)、料槽(4)、光学设备(5)、载物台(6)、电机(7)和固化制品(8)，所述的透光窗口(1)位于料槽(4)的底部；所述的光敏树脂(3)设在料槽(4)的内部；

所述的光敏树脂(3)含有二氧化钛纳米颗粒和可光催化降解为阻聚剂的组分；

所述的不固化层形成过程如下：光学设备在程序的控制下将两种不同波长的光投射到透光窗口，由于波长较短的光穿透力较弱，离透光窗口最近的光敏树脂中的二氧化钛吸收了波长较短的光后与光敏树脂中的可光催化降解为阻聚剂的组分作用，产生阻聚剂和含氧自由基，该产生阻聚剂和含氧自由基与光敏树脂受到光照产生的聚合反应活性中心发生作用，从而使反应活性中心淬灭或失活，阻止固化反应的进行，最终使得透光窗口与固化制品之间的形成一个不固化层，而离透光窗口较远的光敏树脂受到穿透力强的波长较长的光照射发生固化形成固化制品，最终表现为：与透光窗口接触的光敏树脂不固化，即在透光窗口与固化制品之间形成一个不固化层。

不固化层可有效避免固化制品与透光窗口粘连，因此，在打印过程中，可避免固化制品的剥离于透光窗口和光敏树脂的再填充步骤，从而节约打印时间，最终实现连续快速打印，打印速度可达到500mm/h。

优选地，

所述的纳米二氧化钛的晶型为锐钛矿结构，颗粒粒径为1nm～300nm；

所述的光敏树脂(3)中含有可光催化降解为阻聚剂的组分为可降解产生酚类、受阻胺类、氧气等阻聚剂的化合物组分。

所述的光敏树脂(3)中含有可光催化降解为阻聚剂的组分包括至少一种含有可降解产生酚类的c12-c36醚基团的芳香族化合物。

所述的光敏树脂(3)中含有可光催化降解为阻聚剂的组分还包括双氧水、过氧化钙，过氧碳酸钠等能分解产生氧气的化合物。

在连续3d打印系统中，光学设备(5)所采用的光源是两种波长不同的光源。一种光源波长小于400nm，主要用于激发光敏树脂中的二氧化钛，使得光敏树脂中产生阻聚剂和含氧自由基，抑制固化反应进行；另外一种光源波长大于400nm，主要负责激发光敏树脂中的光引发剂，使光敏树脂固化，通过调节两种光源的强弱从而实现不固化层的厚度调控。

本发明中，“可光催化降解为阻聚剂的组分”为可降解产生酚类、氧气等阻聚剂的化合物组分。

本发明解决的技术问题如下：

1.与传统光敏树脂3d打印相比，传统打印为间断打印需要固化层的剥离和光敏树脂的再填充，打印时间长；而我们的不固化层可有效避免固化制品与透光窗口粘连，因此，在打印过程中，可避免固化制品的剥离于透光窗口和光敏树脂的再填充步骤，从而节约打印时间，最终实现连续快速打印，解决了传统3d打印间断打印、速度慢的问题。

2.与clip技术相比，clip技术控制方法需要用到可以让氧气通过的膜（透氧膜），该膜厚度约0.1mm，容易耗损破裂，同时，在打印过程中，该透氧膜在拔模力的作用下发生弯曲变形，变形量和变形形状无法控制，因而打印精度较低。而我们发明的连续3d打印系统实现了打印的透光窗口厚度可达到几个毫米厚，打印过程中在拔模力作用下不易发生破裂和变形，因此打印的制品精度更高，解决了clip技术打印速度快而精度低的问题。

本发明具有如下有益效果：

打印的过程中在透光窗口与光敏树脂接触的界面处形成了一个不固化层，可有效避免传统3d打印的固化体机械剥离和光敏树脂再填充过程，实现连续打印，从而打印速度比传统光敏树脂3d打印快，是传统3d打印速度的20～100倍；

与clip技术相比，我们发明的连续3d打印系统在打印过程中，透光窗口厚度为3mm～50mm厚，打印过程中在拔模力作用下不易发生破裂和变形，因此打印的制品精度更高，打印速度媲美最新的clip技术可达到500mm/h；

当本发明采用两种光源时，通过调节两种光源的强弱从而实现不固化层(2)的厚度调控，从而实现连续打印过程中的拔模力大小的控制，使得打印过程更加可控。

综上所述，本发明实现了打印速度快和打印精度同时提高。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明续3d打印系统的结构示意图。

其中，1为透光窗口，2为不固化层，3为光敏树脂，4为料槽，5为光学设备，6为载物台，7为电机，8为固化制品。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的连续3d打印系统，包含透光窗口(1)、不固化层(2)、光敏树脂(3)、料槽(4)、光学设备(5)、载物台(6)、电机(7)和固化制品(8)，所述的透光窗口(1)位于料槽(4)的底部；所述的光敏树脂(3)设在料槽(4)的内部；

所述的光敏树脂(3)含有二氧化钛纳米颗粒和可光催化降解为阻聚剂的组分；

光敏树脂(3)含有纳米二氧化钛颗粒粒径为1nm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛矿结构。

光敏树脂(3)中可光催化降解为阻聚剂的组分为醌氢醌；

所述的不固化层形成过程如下：光学设备(5)在程序的控制下将光投射到透光窗口，由于波长较短的光穿透力较弱，离透光窗口(5)最近的光敏树脂中(3)的二氧化钛吸收了波长较短的光后与光敏树脂(3)中的可光催化降解为阻聚剂的组分作用，产生阻聚剂和含氧自由基，该产生阻聚剂和含氧自由基与光敏树脂(3)受到光照产生的聚合反应活性中心发生作用，从而使反应活性中心淬灭或失活，阻止固化反应的进行，最终使得透光窗口(1)与固化制品(8)之间的形成一个不固化层，而离透光窗口(1)较远的光敏树脂受到穿透力强的波长较长的光照射发生固化形成固化制品(8)，最终表现为：与透光窗口(1)接触的光敏树脂不固化，即在透光窗口(1)与固化制品(8)之间形成一个不固化层。

在连续打印模式下，光学设备(5)在程序的控制下投射的图像为连续动画播放的图像，该程序所输出的数字模型的截面图像为连续变化的视频图像，配合电机(7)连续运转带动载物台(6)连续向上运动，同时光敏树脂(3)不断向固化区域补充，从而实现连续打印，最终得到完整的固化制品(8)；在间断打印的模式下，即固化制品(8)粘在载物台上(6)向上运动一个层厚后，光敏树脂(3)再填充，之后光学设备(5)投射出对应层的图形使得光敏树脂(3)继续固化，如此反复，最终得到完整的固化制品(8)。

光学设备(5)所采用的光源的其中一种波长为365nm；另外一种波长为405nm。

打印速度可达400mm/h，打印精度可达0.01mm。

实施例2

如图1所示，本实施例的连续3d打印系统，包含透光窗口(1)、不固化层(2)、光敏树脂(3)、料槽(4)、光学设备(5)、载物台(6)、电机(7)和固化制品(8)，所述的透光窗口(1)位于料槽(4)的底部；所述的光敏树脂(3)设在料槽(4)的内部；

所述的光敏树脂(3)含有二氧化钛纳米颗粒和可光催化降解为阻聚剂的组分；

光敏树脂(3)含有纳米二氧化钛颗粒粒径为300nm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛矿结构。

光敏树脂(3)中可光催化降解为阻聚剂的组分为双(2-二苯基磷苯基)醚；

所述的不固化层形成过程如下：光学设备(5)在程序的控制下将光投射到透光窗口，由于波长较短的光穿透力较弱，离透光窗口(5)最近的光敏树脂中(3)的二氧化钛吸收了波长较短的光后与光敏树脂(3)中的可光催化降解为阻聚剂的组分作用，产生阻聚剂和含氧自由基，该产生阻聚剂和含氧自由基与光敏树脂(3)受到光照产生的聚合反应活性中心发生作用，从而使反应活性中心淬灭或失活，阻止固化反应的进行，最终使得透光窗口(1)与固化制品(8)之间的形成一个不固化层，而离透光窗口(1)较远的光敏树脂受到穿透力强的波长较长的光照射发生固化形成固化制品(8)，最终表现为：与透光窗口(1)接触的光敏树脂不固化，即在透光窗口(1)与固化制品(8)之间形成一个不固化层。

在连续打印模式下，光学设备(5)在程序的控制下投射的图像为连续动画播放的图像，该程序所输出的数字模型的截面图像为连续变化的视频图像，配合电机(7)连续运转带动载物台(6)连续向上运动，同时光敏树脂(3)不断向固化区域补充，从而实现连续打印，最终得到完整的固化制品(8)；在间断打印的模式下，即固化制品(8)粘在载物台上(6)向上运动一个层厚后，光敏树脂(3)再填充，之后光学设备(5)投射出对应层的图形使得光敏树脂(3)继续固化，如此反复，最终得到完整的固化制品(8)。

光学设备(5)所采用的光源的其中一种波长为266nm；另外一种波长为405nm。

打印速度可达450mm/h，打印精度可达0.01mm。

实施例3

如图1所示，本实施例的连续3d打印系统，包含透光窗口(1)、不固化层(2)、光敏树脂(3)、料槽(4)、光学设备(5)、载物台(6)、电机(7)和固化制品(8)，所述的透光窗口(1)位于料槽(4)的底部；所述的光敏树脂(3)设在料槽(4)的内部；

所述的光敏树脂(3)含有二氧化钛纳米颗粒和可光催化降解为阻聚剂的组分；

光敏树脂(3)含有纳米二氧化钛颗粒粒径为30nm；纳米二氧化钛的晶型为锐钛矿结构。

光敏树脂(3)中可光催化降解为阻聚剂的组分为醌氢醌和双氧水，摩尔比为4:1；

所述的不固化层形成过程如下：光学设备(5)在程序的控制下将光投射到透光窗口，由于波长较短的光穿透力较弱，离透光窗口(5)最近的光敏树脂中(3)的二氧化钛吸收了波长较短的光后与光敏树脂(3)中的可光催化降解为阻聚剂的组分作用，产生阻聚剂和含氧自由基，该产生阻聚剂和含氧自由基与光敏树脂(3)受到光照产生的聚合反应活性中心发生作用，从而使反应活性中心淬灭或失活，阻止固化反应的进行，最终使得透光窗口(1)与固化制品(8)之间的形成一个不固化层，而离透光窗口(1)较远的光敏树脂受到穿透力强的波长较长的光照射发生固化形成固化制品(8)，最终表现为：与透光窗口(1)接触的光敏树脂不固化，即在透光窗口(1)与固化制品(8)之间形成一个不固化层。

在连续打印模式下，光学设备(5)在程序的控制下投射的图像为连续动画播放的图像，该程序所输出的数字模型的截面图像为连续变化的视频图像，配合电机(7)连续运转带动载物台(6)连续向上运动，同时光敏树脂(3)不断向固化区域补充，从而实现连续打印，最终得到完整的固化制品(8)；在间断打印的模式下，即固化制品(8)粘在载物台上(6)向上运动一个层厚后，光敏树脂(3)再填充，之后光学设备(5)投射出对应层的图形使得光敏树脂(3)继续固化，如此反复，最终得到完整的固化制品(8)。

光学设备(5)所采用的光源的其中一种波长为266nm；另外一种波长为405nm。

打印速度可达500mm/h，打印精度可达0.01mm。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。