本发明涉及3d打印领域，特别是涉及液气交互平面的无分层连续式3d打印系统、液气交互平面的无分层连续式3d打印系统的打印方法、利用液气交互平面的无分层连续式3d打印系统连续打印光学元件的方法和光学透镜元件。
背景技术：
3d打印技术，属于快速成形技术，以一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。
3d打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。采用该技术可以造出任何形状的物品。
打印机打出的截面的厚度(即z方向)以及平面方向即x-y方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如objetconnex系列还有3dsystems'projet系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用3d打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。
目前3d打印技术主要包括熔融挤压技术(fdm)、立体光固化技术(sla)、还是数字光投影技术(dlp)。熔融挤压按技术，即熔融沉积成型，利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。立体光固化技术，采用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体。数字光投影技术，应用高辨别率的数字光处置器(dlp)投影仪来固化液态光聚合物，逐层进行光固化。
这些3d打印技术总起来看都是基于多个断层相叠加的增材制造，但是逐层制造的基本原理也为3d打印技术带来了无法弥补的弊端，所制造的物体不仅缺乏光滑表面外观，而且其打印速度也大受影响。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供液气交互连续式3d打印系统、打印方法及光学透镜元件，解决现有技术无法连续3d打印的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种液气交互平面的无分层连续式3d打印系统，其包括：紫外光源、光敏树脂集液袋、液体袋和打印平台；其中，光敏树脂集液袋内装置液态光敏树脂，液体袋中装载液体；所述光敏树脂集液袋置于所述液体袋中，所述打印平台自下向上将液体袋的袋底和所述光敏树脂结集液袋的袋底顶起，使所述液体袋的形状和所述光敏树脂结集液袋的形状均呈类“w”形；
所述液体袋连接液体供应结构；所述紫外光源处于所述光敏树脂集液袋上方，正对所述打印平台；
所述打印平台可上下运动。
在一些实施例中，优选为，所述光敏树脂结集液袋被所述打印平台顶起的位置为所述光敏树脂结集液袋的袋底中部；所述液体袋被所述打印平台顶起的位置为所述液体袋的袋底中部。
在一些实施例中，优选为，所述打印平台配有驱动其运动的驱动结构；所述驱动结构包括电机或手持驱动件。
在一些实施例中，优选为，所述打印平台在运动时沿导轨滑行。
在一些实施例中，优选为，所述的液气交互平面的无分层连续式3d打印系统还包括相连接的距离传感器和控制器，所述距离传感器用于测量打印平台上表面距离所述光敏树脂结集液袋内液体光敏树脂上表面的距离；所述控制器与所述液体供应结构连接。
本发明还提供了一种所述的液气交互平面的无分层连续式3d打印系统的打印方法，其包括：
将打印平台顶住液体袋的袋底和所述光敏树脂结集液袋的袋底，促使打印平台的上表面距离液态光敏树脂上表面的距离达到预设位置；
紫外光源按照数字化数据向集液袋发射紫外光；集液袋内部分光敏树脂在紫外光作用下固化；
打印平台连续上行，液体供应结构连续为液体袋供应液体，液体带的液面上移，通过液体压强推动集液袋的部分液态光敏树脂连续流入打印平台上已固化光敏树脂的上面，新流入的液态光敏树脂在紫外光照射下固化，直至3d打印结束。
在一些实施例中，优选为，所述紫外光源按照数字化数据向集液袋发射紫外光之前，
将待打印产品的水平剖面图数据发送到数字化光处理投影仪；
数字化光处理投影仪按照接受的数据发射紫外光；
菲涅尔透镜将散射的紫外光转变成平行的紫外光源。
本发明还提供了一种利用所述的无分层连续式3d打印系统连续打印光学元件的方法，其包括：
向集液袋中装入光敏树脂原液和光学透镜元件原液；
执行权利要求6或7所述的打印方法，得到光学透镜元件。
在一些实施例中，优选为，所述光敏树脂原液包括：按质量百分数计，0.4％光引发剂(2,4,6—三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮等，一种或多种混合)、0.16％紫外线阻断剂(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、2,2’-(2,5-二苯基硫代)双[5-(1,1-二甲基乙基)]苯并恶唑等，一种或多种混合)和19.89％活性稀释剂正丁基氨基甲酸丙烯酰氧基乙基酯genomer1122。
在一些实施例中，优选为，所述光学透镜元件原液包括：以质量百分数计，49.78％丙烯酸羟乙酯，19.77％乙烯基吡咯烷酮nvp或甲基丙烯酸甲酯mma，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma。
在一些实施例中，优选为，所述光学透镜元件原液包括：以质量百分数计，35％丙烯酸苯乙酯，35％甲基丙烯酸苯乙酯，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma。
在一些实施例中，优选为，所述光学透镜元件原液包括：以质量百分数计，70％硅氧烷甲基丙烯酸酯/氟硅丙烯酸酯低聚物，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma。
在一些实施例中，优选为，所述光学透镜元件原液包括：20％甲苯二异氰酸酯，20％聚碳酸酯二醇，15％聚乙二醇，15％丙烯酸羟乙酯，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdm。
在一些实施例中，优选为，所述光学透镜元件原液包括：70％双酚a型环氧树脂，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma。
本发明还提供了一种无分层连续式3d打印系统连续打印光学透镜元件的方法打印的光学透镜元件。
所述光学透镜元件原液包括：以质量百分数计，49.78％丙烯酸羟乙酯，19.77％乙烯基吡咯烷酮nvp或甲基丙烯酸甲酯mma，10％三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma；和/或，
所述光学透镜元件原液包括：以质量百分数计，35％丙烯酸苯乙酯，35％甲基丙烯酸苯乙酯，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma；和/或，
所述光学透镜元件原液包括：以质量百分数计，70％硅氧烷甲基丙烯酸酯/氟硅丙烯酸酯低聚物，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma；和/或，
所述光学透镜元件原液包括：20％甲苯二异氰酸酯，20％聚碳酸酯二醇，15％聚乙二醇，15％丙烯酸羟乙酯，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdm；和/或，
所述光学透镜元件原液包括：70％双酚a型环氧树脂，10％交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma。
(三)有益效果
本发明提供的技术方案中提出了液气交互平面的无分层连续式3d打印技术，打印平台顶住集液袋，促使打印平台上表面到光敏树脂上表面之间的距离为预设值，能满足无氧状态固化要求。紫外光照射到集液袋中，集液袋中处于无氧状态且能被紫外光照射下固化的光敏树脂进行固化。打印平台向上运动，液体槽内充入新液体，液面上升，在压强作用下，集液袋中的光敏树脂补给到已固化的光敏树脂上面在紫外光照射下继续固化，由此，打印平台连续上行，液体袋连续充入新液体，光敏树脂连续固化，连续快速生产所需的3d产品。逾越了逐层制造的技术瓶颈，真正实现了3d打印物件的连续式一体化铸造。这不仅使得3d打印物件不再受打印机的机械结构精度影响，在较低成本情况下即获得完全光滑的表面外观结构，而且因去除了常规逐层制造所采用的往复式机械运动，其打印速度大幅度提高。此外，因其采用了连续式一体化打印工艺，从传统的各层之间的简单叠加，转变成无分层的整体铸造，尽最大可能地保障了3d打印物件的内部材料结构强度。
附图说明
图1为本发明一种实施例中的无分层连续式3d打印系统的示意图。
注：1打印平台；2集液袋；3滑轨；4液体供应结构；5数字化光处理投影仪；6菲涅尔透镜；7液体袋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。“当前”在执行某动作之时的时刻，文中出现多个当前，均为随时间流逝中实时记录。
为了解决现有无法连续3d打印的问题，本发明给出液气交互平面的无分层连续式3d打印系统、液气交互平面的无分层连续式3d打印系统的打印方法、利用液气交互平面的无分层连续式3d打印系统连续打印光学元件的方法和光学透镜元件。
下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。
本发明提供一种液气交互平面的无分层连续式3d打印系统，如图1所示，其包括：紫外光源、装载液态光敏树脂的集液袋2、液体袋7和打印平台1；其中，集液袋2内装载液态光敏树脂，液体袋7中装载液体(比如水)；光敏树脂集液袋2置于液体袋7中，打印平台1自下向上将液体袋7的袋底和光敏树脂结集液袋2的袋底顶起，使液体袋7的形状和光敏树脂结集液袋2的形状均呈类“w”形；液体袋7的袋底和光敏树脂结集液袋2被打印平台1顶起的位置相互贴合。液体袋7连接液体供应结构4；紫外光源处于光敏树脂集液袋2上方，正对打印平台1，紫外光源将紫外光射向打印平台1，打印平台1上方的光敏树脂在预设位置发生固化，打印平台1可上下运动。
紫外光源包括数字化光处理投影仪5和菲涅尔透镜6，数字化光处理投影仪5发出近紫外光波段的光，照射到菲涅尔透镜6上，菲涅尔透镜6将数字化光处理投影仪5发出的散射光光变成平行光，照射到集液袋2。
打印平台1将集液袋2、液体袋7顶起，集液袋2、液体袋7的边缘高于顶起处的高度。打印平台1上移，液体袋7内充入液体，液体袋7的液面上升，依靠液压将集液袋2向上推，促使光敏树脂流入打印平台1上方的已固化光敏树脂的上方并填充孔位，连续固化，从而快速生产得到所需的3d产品。
为了促进受力的均匀性和光敏树脂补入的均匀性，及受液体袋7内液体的液压均匀性，光敏树脂结集液袋2被打印平台1顶起的位置为光敏树脂结集液袋2的袋底中部；液体袋7被打印平台1顶起的位置为液体袋7的袋底中部。
打印平台1需要连续上移(比如打印中)下移(比如打印后或打印前)，因此打印平台1配有驱动结构，打印平台1在驱动结构的作用下上下运动。该驱动结构可以为电机驱动也可以是手持驱动。当为电机驱动是，电机受控制器控制，控制器根据打印进度确定打印平台1的上升速度、上升高度等。而且，打印平台1在运动时沿导轨3滑行。
同时距离传感器用以测量打印平台1上表面和光敏树脂上表面之间的距离，二者距离在4.8-5.2mm之间，尤其5mm。
光敏树脂反应体系是通过在无氧状态下，受紫外光照射固化，从而实现3d打印增材制造要求的。其反应体系受紫外线和无氧两个条件的制约，在两个条件不同时满足的情况下，反应体系不固化。
传统sla或dlp3d打印机为避免氧气对反应体系的干扰，均是采取倒置式结构设计，即将激光发生器或投影仪放置在液态树脂槽下方，将树脂槽透明槽底作为打印平面，进行逐层打印。此种设计虽然通过液态树脂将氧气隔绝开，很好的保障了固化反应的顺利进行，但被迫通过机械往复运动来叠加打印层面，同时打印过程对透明槽底材料亦有明显损害。
本技术创新设计，寻找到液态反应体系中无氧条件和紫外线条件的平衡点。采用正列式设计，将紫外光源放于集液袋2上方，避免了机械往复运动，同时抛弃了易损耗的昂贵透明槽底材料作为打印平台1。
其打印平面在光敏树脂与空气交接的气液平面下方5mm处。此位置上方的光敏树脂原液可以与氧气接触，不发生固化反应。而此位置下方的光敏树脂原液亦受到树脂原液中紫外线吸收剂的保护，不能获得足够强度的紫外线，从而也不发生固化反应。仅有打印平面处的光敏树脂原液同时满足无氧条件和紫外线照射条件，发生固化反应。
控制器显示stl格式文件，并可以对其任意水平剖面进行查看；将电子滑轨测距仪数据与投影仪相关联。通过软件计算，根据测距仪所反馈的数据，将stl格式文件中特定的水平剖面图像通过投影仪进行投放，从而实现无分层连续式打印。
在软件系统的控制下，通过精密电子滑轨与投影仪的联动，液态的光敏树脂不断的通过气液平面下方5mm处的打印平面，固化并粘合到其下的固态打印产物上，新的原液不断从周边涌入并填充空缺，从而实现无分层的连续性3d打印，从而获得与一体铸造相同的具有光滑表面结构的3d打印产物。
接下来提供无分层连续式3d打印系统的打印方法，其包括：
步骤a，将打印平台顶住液体袋的袋底和光敏树脂结集液袋的袋底，促使打印平台的上表面距离液态光敏树脂上表面的距离达到预设位置；
本步骤是为了在打印前对打印系统进行装配和准备工作。
在该步骤之前还可以增加准备打印原液，并将打印原液置于集液袋中。
打印平台所处位置由控制器控制。
步骤b，紫外光源按照数字化数据向集液袋发射紫外光；集液袋内部分光敏树脂在紫外光作用下固化；
集液袋内表面为有氧区，不发生固化，集液袋底部的光敏树脂内有紫外线阻断剂也不会固化，在二者之间的光敏树脂固化。
步骤c，打印平台连续上行，液体供应结构连续为液体袋供应液体，液体带的液面上移，通过液体压强推动集液袋的部分液态光敏树脂连续流入打印平台上已固化光敏树脂的上面，新流入的液态光敏树脂在紫外光照射下固化，直至3d打印结束。
下面给出一个更为具体的实施步骤：
步骤110，向集液袋中装载打印原液；
步骤111，将待打印产品的水平剖面图数据发送到数字化光处理投影仪；
步骤112，数字化光处理投影仪按照接受的数据发射紫外光；
步骤113，菲涅尔透镜将散射的紫外光转变成平行的紫外光源；
步骤114，将打印平台顶住液体袋的袋底和光敏树脂结集液袋的袋底，促使打印平台的上表面距离液态光敏树脂上表面的距离达到预设位置；
步骤115，紫外光源按照数字化数据向集液袋发射紫外光；集液袋内部分光敏树脂在紫外光作用下固化；
步骤116，打印平台连续上行，液体供应结构连续为液体袋供应液体，液体带的液面上移，通过液体压强推动集液袋的部分液态光敏树脂连续流入打印平台上已固化光敏树脂的上面，新流入的液态光敏树脂在紫外光照射下固化，直至3d打印结束。
接下来给出一种利用无分层连续式3d打印系统连续打印光学元件的方法，其包括：
向集液袋中装入光敏树脂原液和光学透镜元件原液；
执行上述打印方法，得到光学透镜元件。
其中光敏树脂原液包括：按质量百分数计，0.4％光引发剂(2,4,6—三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮等，一种或多种混合)、0.16％紫外线阻断剂(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、2,2’-(2,5-二苯基硫代)双[5-(1,1-二甲基乙基)]苯并恶唑等，一种或多种混合)和19.89％活性稀释剂正丁基氨基甲酸丙烯酰氧基乙基酯genomer1122。此处我们可以制备多种光学透镜元件，下面针对不同光学透镜元件，提供不同光学透镜元件原液：
实施例1，人工晶状体、可植入式隐形眼镜等眼内可植入式光学透镜元件——丙烯酸羟乙酯(hema)材料光学透镜元件：
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，丙烯酸羟乙酯(hema)49.78％+调节材料性状的辅助反应单体(乙烯基吡咯烷酮nvp、甲基丙烯酸甲酯mma等)19.77％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％
实施例2，人工晶状体、可植入式隐形眼镜等眼内可植入式光学透镜元件——疏水性丙烯酸酯材料光学透镜元件：
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，丙烯酸苯乙酯(pea)35％+甲基丙烯酸苯乙酯(pema)35％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％
实施例3，透氧性硬性角膜塑形镜(rigidgaspermeable,rgp)——硅氧烷甲基丙烯酸酯/氟硅丙烯酸酯材料光学透镜元件：
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，硅氧烷甲基丙烯酸酯/氟硅丙烯酸酯低聚物70％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％
实施例4，眼镜镜片、人工角膜——聚氨酯材料光学透镜元件:
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，甲苯二异氰酸酯(tdi)20％+聚碳酸酯二醇(pcdl)20％+聚乙二醇(peg)15％+丙烯酸羟乙酯15％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％
实施例5，导光纤维——环氧树脂材料光学透镜元件：
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，双酚a型环氧树脂70％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％。
接下来给出一种无分层连续式3d打印系统连续打印光学透镜元件的方法打印的光学透镜元件。
实施例1，人工晶状体、可植入式隐形眼镜等眼内可植入式光学透镜元件——丙烯酸羟乙酯(hema)材料光学透镜元件：
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，丙烯酸羟乙酯(hema)49.78％+调节材料性状的辅助反应单体(乙烯基吡咯烷酮nvp、甲基丙烯酸甲酯mma等)19.77％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％
实施例2，人工晶状体、可植入式隐形眼镜等眼内可植入式光学透镜元件——疏水性丙烯酸酯材料光学透镜元件：
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，丙烯酸苯乙酯(pea)35％+甲基丙烯酸苯乙酯(pema)35％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％
实施例3，透氧性硬性角膜塑形镜(rigidgaspermeable,rgp)——硅氧烷甲基丙烯酸酯/氟硅丙烯酸酯材料光学透镜元件：
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，硅氧烷甲基丙烯酸酯/氟硅丙烯酸酯低聚物70％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％
实施例4，眼镜镜片、人工角膜——聚氨酯材料光学透镜元件:
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，甲苯二异氰酸酯(tdi)20％+聚碳酸酯二醇(pcdl)20％+聚乙二醇(peg)15％+丙烯酸羟乙酯15％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％
实施例5，导光纤维——环氧树脂材料光学透镜元件：
光学透镜元件原液包括：按质量百分比计，双酚a型环氧树脂70％+交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸tegdma10％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。