一种3d打印设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种3D打印设备，该3D打印设备包括液体槽、传送部件和工作台，所述液体槽底部有通孔；所述工作台与所述传送部件连接，并能固定在该传送部件上；所述传送部件能够上下运动；所述传送部件中位于工作台固定处下方的部分为传送部件的下部，传送部件的下部能够插入该通孔中，并且在打印过程中所述传送部件的下部与通孔密封配合，从而所述传送部件能够贯穿液体槽上下活动，并且液体槽中的可聚合液体不会泄漏；其中，所述传送部件在打印过程中浸入可聚合液体的体积保持不变。本实用新型提出的3D打印设备在打印过程中不需要对液体量进行调节，使得打印步骤得以精简，提高了打印效率，节约了液体材料。
【专利说明】
一种3D打印设备
技术领域
[0001 ]本实用新型属于3D打印领域，具体涉及一种3D打印设备。
【背景技术】
[0002]现有的3D打印设备，例如激光快速成型机包括机柜本体、液体槽、工作台、激光系统、激光扫描系统、电机运动系统和控制系统，所述的激光系统一般设置在机柜本体的顶部，液体槽设置在机柜本体的侧下方。现有光固化快速成型是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，树脂材料也就从液态转变成固态。该方法首先将光敏树脂注入到液体槽中，然后光束从液体槽的上方自上而下在光敏树脂上进行照射，照射的路径、图案及光束的开关均由计算机进行控制，光束照射到的位置，光敏树脂由液态转变为固态，然后工作台下降一层高度，再进行下一个层面的照射，如此重复直到整个三维物体制造完毕。该方法的缺点在于:由于每打印完一层，工作台下降一层高度，传送杆多浸入树脂液体一层高度的体积，使工作台上的树脂大于所需打印的量，其解决办法通常是通过蠕动栗或其他栗来吸收多余的树脂，吸收的过程可能导致树脂吸收过量或吸收不足，需要一次或多次调整，这样不仅增加打印的时间，也对树脂造成了浪费，既费时费力，又降低了成型效率。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种3D打印设备，不需要吸收或调节因工作台下沉而产生的多余可聚合液体，能提高打印效率。
[0004]本实用新型提出的一种3D打印设备，该3D打印设备包括液体槽、传送部件和工作台，所述液体槽底部有通孔；
[0005]所述工作台与所述传送部件连接，并能固定在该传送部件上;所述传送部件能够上下运动，从而在工作台固定在传送部件上时带动工作台一起上下运动；
[0006]所述传送部件中位于工作台固定处下方的部分为传送部件的下部，传送部件的下部能够插入该通孔中，并且在打印过程中所述传送部件的下部与通孔密封配合，从而所述传送部件能够贯穿液体槽上下活动，并且液体槽中的可聚合液体不会泄漏；
[0007]其中，所述传送部件在打印过程中浸入可聚合液体的体积保持不变。
[0008]进一步地，所述通孔内壁上形成或设置密封结构，以防止打印过程中液体槽中的可聚合液体通过通孔泄漏。
[0009]进一步地，所述密封结构包括环形凹槽和密封部件，该环形凹槽设置在该通孔内壁上，该密封部件能够放入该环形凹槽中。
[0010]进一步地，所述传送部件为一个或多个，并且所述通孔的数量与传送部件的数量匹配。
[0011]进一步地，所述传送部件的下部为圆形杆或方形杆，其形状与通孔匹配。
[0012]本实用新型提出的另一种3D打印设备，该3D打印设备包括液体槽、传送部件和工作台，所述液体槽底部有通孔;所述液体槽底部环绕该通孔向内或向外凸出形成中空结构体；
[0013]所述工作台与所述传送部件连接，并能固定在该传送部件上;所述传送部件能够上下运动，从而在工作台固定在传送部件上时带动工作台一起上下运动；
[0014]所述传送部件位于工作台固定处传送部件的下部能够插入该中空结构体中，并且所述传送部件的下部与中空结构体密封配合，防止打印过程中液体槽中的可聚合液体通过中空结构体泄漏；
[0015]其中，所述传送部件在打印过程中浸入可聚合液体的体积保持不变。
[0016]本实用新型还提出了一种3D打印设备，该3D打印设备包括液体槽、传送部件和工作台，所述液体槽底部向内和/或向外凸出形成中空结构体，中空结构体的底部设置有通气孔；
[0017]所述工作台与所述传送部件连接，并能固定在该传送部件上;所述传送部件能够上下运动，从而在工作台固定在传送部件上时带动工作台一起上下运动；
[0018]所述传送部件中位于工作台固定处下方的部分为传送部件的下部，该传送部件的下部能够插入该中空结构体中，并且所述传送部件的下部与中空结构体密封配合，防止打印过程中液体槽中的可聚合液体通过中空结构体泄漏；
[0019]其中，所述传送部件在打印过程中浸入可聚合液体的体积保持不变，中空结构体的中空结构能够容纳传送部件下移到最低处时进入中空结构体的传送部件的下部。
[0020]进一步地，所述中空结构体内壁上形成或设置密封结构以使所述传送部件的下部与中空结构体密封配合。
[0021]进一步地，所述密封结构包括环形凹槽和密封部件，该环形凹槽设置在该中空结构体内壁上，该密封部件能够放入该环形凹槽中。
[0022]进一步地，所述传送部件为一个或多个，并且所述中空结构体的数量与传送部件的数量匹配。
[0023]进一步地，所述传送部件的下部为圆形杆或方形杆，其形状与中空结构体的中空结构匹配。
[0024]进一步地，该3D打印设备还包括电机系统，电机系统中的电机控制所述传送部件上下运动。
[0025]根据本实用新型，任何适合的可聚合液体都可以适用。液体(有时也称为“液体树月旨”、“油墨”)可包括单体，特别是光可聚合和/或自由基可聚合单体，和适合的引发剂例如自由基引发剂，和它们的组合。具体的可聚合液体包括:(甲基)丙烯酸类、丙烯酰胺、苯乙烯类、烯烃、卤代烯烃、环状烯烃、马来酸酐、官能化低聚物、多官能固化位点单体、官能化PEG等，包括它们的组合。液体树脂、单体和引发剂的实例包括但不限于:US8，232，043 ; US8，119,214；US7,935,476；US7,767,728；US7,649,029；ff0 2012129968A1；CN 102715751A；JP2012210408A中公开的内容，其全文引入本文作为参考。
[0026]进一步地，可聚合液体选自酸催化可聚合液体。在一些实施方案中，可聚合液体包含自由基可聚合液体(在这样情况下，如下所述抑制剂可为氧)，在其它实施方案中，可聚合液体包含酸催化或阳离子聚合的可聚合液体。在这些实施方案中，可聚合液体包含的单体含有适合于酸催化的基团，例如环氧基团、乙烯醚基团等。因此，适合的单体包括烯烃，例如甲氧基乙烯、4-甲氧基苯乙烯、苯乙烯、2-甲氧基丙-1-烯、I，3_丁二烯等；杂环单体(包括内酯、内酰胺和环胺)例如氧杂环己烷、硫杂环丁烷、四氢呋喃、等，和它们的组合。适合的(通常为离子或非离子)光致产酸剂(PAG)包括在酸催化可聚合液体中，其实例包括鑰盐、锍和碘鑰盐等，例如，二苯基碘化六氟磷酸盐、二苯基碘化六氟砷酸盐、二苯基碘化六氟锑酸盐、二苯基对甲氧基苯基三氟甲磺酸盐、三苯基锍六氟磷酸盐、三苯基锍六氟砷酸盐、三苯基锍六氟锑酸盐、三苯基锍三氟甲磺酸盐、二丁基萘锍三氟甲磺酸盐等，包括它们的混合物。例如参见，US7，824，839；US7，550，246；US7，534，844;US6，692，891;US5，374，500；和US5,017,461;其全文引入本文作为参考。
[0027]进一步地，可聚合液体选自水凝胶。在一些实施方案中，适合的树脂包括可光固化的水凝胶，如聚(乙二醇)(PEG)和明胶。明胶通过胶原质的热变性或化学和物理降解获得。有三种类型的明胶，包括在动物、鱼和人中发现的那些。认为由冷水鱼皮获得的明胶在药品应用中是安全的。UV或可见光可用于交联适当改性的明胶。
[0028]进一步地，可聚合液体选自可光固化的硅酮树脂。适合的树脂包括可光固化的硅酮。UV固化硅酮橡胶，例如Sil1prenTMUV固化硅酮橡胶可用作L0CTITE?固化硅酮粘合密封剂。应用包括光学仪器、医学和手术器械、外部照明设备和外壳、电连接器/传感器、纤维光学装置和垫片。
[0029]进一步地，可聚合液体选自可生物降解的树脂。如可生物降解的螺丝和支架(US7，919，162 ;6，932，930)。乳酸和羟基乙酸的可生物降解的共聚物(PLGA)可溶于PEG 二甲基丙烯酸酯以产生适用的透明树脂。聚己酸内酯和PLGA低聚物可用丙烯酸或甲基丙烯酸基团官能化，以使它们成为有效使用的树脂。
[0030]进一步地，可聚合液体选自可光固化的聚氨酯。特别有用的树脂为可光固化的聚氨酯。光可聚合聚氨酯组合物包含(I)基于脂族二异氰酸酯、聚(六亚甲基间苯二甲酸酯二醇)和任选I，4_丁二醇的聚氨酯；(2)多官能丙烯酸酯；(3)光引发剂;和(4)抗氧化剂，可配制使得其提供硬的、耐磨损的和耐污染材料(US4，337，130)。可光固化的热塑性聚氨酯弹性体结合光反应性丁二炔二醇作为增链剂。
[0031]进一步地，可聚合液体选自高性能树脂。这些高性能树脂有时可需要使用加热以熔融和/或减少它们的粘度，这些树脂的实例包括酯、酯-酰亚胺和酯-酰胺低聚物的液晶聚合物的那些材料的树脂，如US7，507，784; US6，939，940所述。因为这些树脂有时作为高温热固性树脂使用。
[0032]在本实用新型中，它们还包含适合的光引发剂，例如苯甲酮、蒽醌和芴酮引发剂(包括它们的衍生物)，以在照射下引发交联。
[0033]进一步地，可聚合液体选自其它的实例树脂。用于牙齿应用的特别有用的树脂包括Envis1nTEC的Clear Guide,Envis1nTEC的E-Denstone材料。用于助听器工业的特别有用的树脂包括Envis1nTEC的e-Shell 300系列树脂。特别有用的树脂包括Envis1nTEC的HTM140IV高温模具材料，在模塑/流延应用中直接与硫化橡胶一起使用。制造韧性和硬性部件的特别有用的材料包括Envis1nTEC的RC31树脂。熔模铸造应用中特别有用的树脂包括Envis1nTEC的Easy Cast EC500。
[0034]进一步地，可聚合液体还可以为其它的树脂成分。液体树脂或可聚合材料可具有悬浮或分散在其中的固体颗粒。
[0035]可使用任何适合的固体颗粒，取决于制造的最终产品。颗粒可为金属的、有机/聚合的、无机的或它们的复合物或混合物。颗粒可为非导电的、半导电的或导电的(包括金属和非金属或聚合物导体)；和颗粒可为磁性的、铁磁性的、顺磁性的或非磁性的。颗粒可为任何适合的形状，包括球状、椭圆、圆柱等。颗粒可包含如下所述的活性剂或可检测的化合物，但是这些还可溶解在液体树脂中提供。例如，可使用磁性的或顺磁性颗粒或纳米颗粒。
[0036]液体树脂可具有溶解在其中的其它成分，包括颜料、染料、活性化合物或药用化合物、可检测的化合物(例如荧光的、磷光的、放射性的)等，同样取决于制造的产品的具体目的。这些其它成分的实例包括但不限于蛋白质、肽、核酸(DNA、RNA)例如s iRNA、糖、小的有机化合物(药物和类似药物的化合物)等，包括它们的组合。
[0037]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0038]本实用新型提出的3D打印设备在打印过程中传送部件浸入可聚合液体的体积保持不变，因此打印过程中不需要对液体量进行调节，也就无需通过蠕动栗或其他栗来吸收多余的可聚合液体，使得打印步骤得以精简，提高了打印效率，同时节约了可聚合液体材料，降低打印成本。另外，本实用新型通过设置半封闭的中空结构体，不仅能够提高设备整体的美观度和传送部件的运动稳定性，并且还特别适合用于对打印的环境要求较高的领域。
【附图说明】
[0039]图1是本实用新型实施例1的结构示意图。
[0040]图2和图3是本实用新型实施例2的结构示意图，其中，图2示出了向外凸出形成中空结构体的结构示意图，图3是向内凸出形成中空结构体的结构示意图。
[0041 ]图4是本实用新型实施例4的结构示意图。
[0042]部分附图标记说明:I一液体槽，2—工作台，3—中空结构体，4一传送部件，5—通孔
【具体实施方式】
[0043]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。
[0044]实施例1:
[0045]本实用新型提出的3D打印设备如图1所示，该3D打印设备包括能量源、机柜本体、液体槽1、工作台2、电机运动系统和控制系统。对于激光打印设备来说，能量源为激光;对于其他类型的打印设备来说，能量源还可以是数字光处理系统(DLP)、数字微镜元件(DMD)或激光器和扫描振镜的组合等。
[0046]液体槽I底部设置有通孔5。
[0047]所述工作台2与传送部件4连接，并能固定在该传送部件4上。所述传送部件受电机系统中的步进电机控制，能够上下运动，从而在工作台2固定在传送部件4上时带动工作台2一起上下运动，图1中给出了电机系统位于液体槽上方的示例，电动系统也可以位于液体槽下方;并且传送部件也可以采用手动控制的方式。传送部件优选为传送杆。
[0048]所述传送部件4中位于工作台下方的部分为传送部件的下部，传送部件的下部能够插入该通孔中，从而能够贯穿液体槽I上下活动;并且所述传送部件的下部与通孔密封配合，从而保证在传送部件上下移动时，液体槽中的可聚合液体不会泄漏。
[0049]为了防止可聚合液体泄漏，可以采用传送部件的下部的形状与通孔的中空结构形状相匹配的方式，例如，在所述中空结构为中空圆柱体时，所述传送部件的下部相应地为圆形杆;在所述中空结构为中空方形体，所述传送部件的下部为方形杆。
[0050]还可以借助密封结构来防止可聚合液体泄漏，例如，所述通孔内壁可以设置一圈环形凹槽，将密封圈或其他密封部件放入该凹槽中，使得可聚合液体不会通过通孔往下泄漏;或者，在所述通孔处固设密封圈，例如:液体槽在内表面和/或外表面环绕通孔设置密封圈、在通孔内套设空心结构的“工”型密封圈，或者在通孔内壁一体形成密封圈等密封结构。所述防泄漏还可以采用本领域技术人员知晓的其他方式。
[0051]所述传送部件中位于工作台固定处上方的部分为传送部件的上部，在打印过程中，传送部件的上部进入可聚合液体的部位的体积与传送部件的下部离开可聚合液体的部位的体积相同，从而保证在打印过程中传送部件浸入可聚合液体的体积不会发生改变。
[0052]在向液体槽I中倒入可聚合液体前，传送部件4的下部已经插入液体槽I的通孔中。
[0053]所述3D打印设备在打印完一层，工作台下降一层后，由于传送部件的上部新进入可聚合液体的体积与传送部件的下部离开可聚合液体的体积相同，因此传送部件浸入可聚合液体的体积不会发生改变，无需通过蠕动栗或其他栗或其他调节手段对可聚合液体量进行调节。本实施例更进一步的技术效果在于可以对现有的液体槽进行改造，避免浪费。
[0054]所述可聚合液体选自光可聚合单体、或自由基可聚合单体、酸催化可聚合液体、水凝胶、可光固化的硅酮树脂、可生物降解的树脂、可光固化的聚氨酯或高性能树脂。
[0055]传送部件可以为一个或多个，通孔的数量与传送部件的数量一致。当传送部件为多个时，可以有效提高打印过程中工作台的稳定性。
[0056]另外，为了提高通孔的结构稳定性，可以适当增加液体槽底部的厚度，并且也便于在通孔内设置密封部件。
[0057]实施例2:
[0058]本实施例如图2和图3所示，其与实施例1不同之处在于，本实施例中，所述液体槽环绕该通孔向外或向内凸出形成中空结构体3，所述传送部件4的下部插入该中空结构体中，传送部件的下部与该中空结构体密封配置，以防止可聚合液体泄漏。这种结构的好处在于可以把密封部件设置在中空结构体内，通过加厚中空结构体来增加密封部件的有效面积达到更好的密封效果，而不需要通过加厚液体槽底部在通孔内设置密封部件，同时，中空结构体可以引导传送部件的运动方向，提高传送部件的运动稳定性。另外，中空结构体3采用向外凸出的结构相对采用向内凸出的结构而言，能够较大限度地利用可聚合液体，有利于节约可聚合液体的量。
[0059]在本实施例中，传送部件的下部与该中空结构体密封配置以防止可聚合液体泄漏的方式可采用实施例1中的防泄漏方式。
[0060]该中空结构体3可以与液体槽一体成型，也可以与液体槽单独设置。当中空结构体3与液体槽单独设置时，方便更换中空结构体，例如，根据不同的传送部件选择不同的中空结构体，或者在中空结构体使用效果欠佳时，更换中空结构体。当该中空结构体3与液体槽一体成型时，不仅减少了成型步骤，并且提高了结构的整体稳定性和密封性。
[0061 ]在向液体槽I中倒入可聚合液体前，传送部件4的下部已经插入液体槽I的中空结构体3中。
[0062]所述3D打印设备在打印完一层，工作台下降一层后，由于传送部件的上部新进入可聚合液体的体积与传送部件的下部离开可聚合液体的体积相同，因此传送部件浸入可聚合液体的体积不会发生改变，无需通过蠕动栗或其他栗或其他调节手段对可聚合液体量进行调节。
[0063]其他内容与实施例1类似，不再赘述。
[0064]实施例3:
[0065]本实施例与实施例2中图3所示结构不同之处在于，本实施例中，液体槽底部不开设通孔，仅开设通气孔，用于在传送部件上下移时维持中空结构体3内的气压平衡。中空结构体3的中空结构能够容纳传送部件下移到最低处时进入中空结构体的所述传送部件的下部，这样传送部件在下移时不会凸出于液体槽，不仅提高了设备整体的美观度和传送部件的运动稳定性，并且还特别适合用在对打印的环境要求较高的领域，例如打印医用材料或部件。
[0066]所述3D打印设备在打印完一层，工作台下降一层后，由于传送部件的上部新进入可聚合液体的体积与传送部件的下部离开可聚合液体进入中空结构体的体积相同，因此传送部件浸入可聚合液体的体积不会发生改变，无需通过蠕动栗或其他栗或其他调节手段对可聚合液体量进行调节。
[0067]实施例4:
[0068]本实施例如图4所示，其与实施例2所示结构不同之处在于，所述液体槽环绕该通孔向外和向内凸出形成所述中空结构体3。所述中空结构体3的底部可以采用开口设计，也可以采用类似实施例3所示的开设通气孔的半封闭设计。当所述中空结构体3的底部采用开口设计时，可以引导传送部件的运动方向，提高传送部件的运动稳定性。当中空结构体3的底部为半封闭设计时，传送部件在下移时不会凸出于液体槽，不仅提高了设备整体的美观度和传送部件的运动稳定性，并且还特别适合用在对打印的环境要求较高的领域，例如打印医用材料或部件。
[0069]以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种3D打印设备，该3D打印设备包括液体槽、传送部件和工作台，其特征在于，所述液体槽底部有通孔； 所述工作台与所述传送部件连接，并能固定在该传送部件上;所述传送部件能够上下运动，从而在工作台固定在传送部件上时带动工作台一起上下运动； 所述传送部件中位于工作台固定处下方的部分为传送部件的下部，传送部件的下部能够插入该通孔中，并且在打印过程中所述传送部件的下部与通孔密封配合，从而所述传送部件能够贯穿液体槽上下活动，并且液体槽中的可聚合液体不会泄漏； 其中，所述传送部件在打印过程中浸入可聚合液体的体积保持不变。2.根据权利要求1所述的3D打印设备，其特征在于，所述通孔内壁上形成或设置密封结构，以防止打印过程中液体槽中的可聚合液体通过通孔泄漏。3.根据权利要求2所述的3D打印设备，其特征在于，所述密封结构包括环形凹槽和密封部件，该环形凹槽设置在该通孔内壁上，该密封部件能够放入该环形凹槽中。4.一种3D打印设备，该3D打印设备包括液体槽、传送部件和工作台，其特征在于，所述液体槽底部有通孔;所述液体槽底部环绕该通孔向内或向外凸出形成中空结构体； 所述工作台与所述传送部件连接，并能固定在该传送部件上;所述传送部件能够上下运动，从而在工作台固定在传送部件上时带动工作台一起上下运动； 所述传送部件位于工作台固定处传送部件的下部能够插入该中空结构体中，并且所述传送部件的下部与中空结构体密封配合，防止打印过程中液体槽中的可聚合液体通过中空结构体泄漏； 其中，所述传送部件在打印过程中浸入可聚合液体的体积保持不变。5.—种3D打印设备，该3D打印设备包括液体槽、传送部件和工作台，其特征在于，所述液体槽底部向内和/或向外凸出形成中空结构体，中空结构体的底部设置有通气孔； 所述工作台与所述传送部件连接，并能固定在该传送部件上;所述传送部件能够上下运动，从而在工作台固定在传送部件上时带动工作台一起上下运动； 所述传送部件中位于工作台固定处下方的部分为传送部件的下部，该传送部件的下部能够插入该中空结构体中，并且所述传送部件的下部与中空结构体密封配合，防止打印过程中液体槽中的可聚合液体通过中空结构体泄漏； 其中，所述传送部件在打印过程中浸入可聚合液体的体积保持不变，中空结构体的中空结构能够容纳传送部件下移到最低处时进入中空结构体的传送部件的下部。6.根据权利要求4或5所述的3D打印设备，其特征在于，所述中空结构体内壁上形成或设置密封结构以使所述传送部件的下部与中空结构体密封配合。7.根据权利要求6所述的3D打印设备，其特征在于，所述密封结构包括环形凹槽和密封部件，该环形凹槽设置在该中空结构体内壁上，该密封部件能够放入该环形凹槽中。8.根据权利要求1、4或5所述的3D打印设备，其特征在于，所述传送部件为一个或多个，并且所述通孔或中空结构体的数量与传送部件的数量匹配。9.根据权利要求1、4或5所述的3D打印设备，其特征在于，所述传送部件的下部为圆形杆或方形杆，其形状与通孔或中空结构体的中空结构匹配。10.根据权利要求1、4或5所述的3D打印设备，其特征在于，该3D打印设备还包括电机系统，电机系统中的电机控制所述传送部件上下运动。
【文档编号】B29C67/00GK205467382SQ201620032282
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】林文雄, 翁文, 黄见洪, 陈金明, 吴鸿春, 李锦辉, 葛燕, 林紫雄, 张志 , 刘华刚, 黄海洲, 阮开明
【申请人】中国科学院福建物质结构研究所