一种3D打印用光敏树脂的测试件及其打印方法与流程

本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种3d打印用光敏树脂的测试件及其打印方法。

背景技术：

光固化的3d打印方式，由于其精度高速度快，越来越多地受到用户的青睐。光固化3d打印采用光敏树脂作为耗材，通过光辐射的方式逐层固化树脂完成打印实体。光敏树脂需要吸收光辐射的能量启动固化过程，确定光敏树脂的单层曝光时间对于最终打印实体的强度和精度起到了关键作用，甚至曝光不足会使各层之间无法紧密结合，导致打印过程的失败。

3d打印的基本构建单位是成型层，是指某个三维模型在特定位置上的截面几何形状，若干成型层结合叠加就构成了打印的三维实体。层曝光时间是为使树脂固化产生成型层所需的光辐射时间，成型层经过曝光面曝光辐射形成固化层。在给定光功率的情况下，层曝光时间和给定光功率的乘积就是树脂所受到的辐照能量。

有实践经验的操作人员根据大致确定单层曝光时间，然后通过实验的方式对单层曝光时间进行优化调整，这种方式操作繁琐，而且缺乏对树脂曝光特性的准确把握。

在现有专利文献中，中国专利申请号为：cn201510809664.7的专利公布了一种3d打印机及其打印方法，包括打印机本体，打印机本体包括柜体及设在柜体一侧的支架，柜体的底面设有激光扫描装置，柜体的底面中央设反射镜，反射镜的正上方设有树脂槽，树脂槽的底面固设有高透石英玻璃，高透石英玻璃固设于铁板上，树脂槽的正上方设吊台，铁板连接第一升降装置，吊台连接第二升降装置；由于所述第一升降装置和第二升降装置联动，因此，该发明所述3d打印机及其打印方法不仅使控制过程简单化，而且有利于产品截面轮廓的树脂薄片厚度的准确控制。但是，该发明所述的打印方法中，没有给出一个光敏树脂测试件的结构和打印方法，这就使得在实际操作过程中，缺乏对树脂特性的准确把握，可能导致3d打印产生瑕疵，甚至可能会打印失败。

技术实现要素：

本发明的目的是根据现有技术存在的缺陷，提供一种3d打印用光敏树脂的测试件及其打印方法。

所述3d打印用光敏树脂的测试件包括：基础区和设置在所述基础区上的测试区，其中，所述基础区构建在打印底板上，所述基础区设置1～500层成型层，所述基础区的成型层厚度设置为0.005～1mm，所述基础区总厚度为0.015～50mm；所述测试区包含若干测试块，每个所述测试块至少设置一层成型层；所述测试块至少分成两组，同组内所述测试块的成型层厚度相同，组间的所述测试块分别设置成型层厚度；同组内各个所述测试块的成型层曝光时间不同，并按照梯度方式设置，所述测试块的成型层曝光时间为1～60s，间隔为0.1～5s；所述测试块设置1～500层成型层；所述测试块的成型层厚度设置为0.005～1mm；所述测试块总厚度为0.1～50mm。

进一步地，所述测试块内部设有边长为0.001～5mm的多边形或者直径为0.01～5mm的圆形的内部测试开口。

进一步地，所述测试块边缘设置若干外部测试开口，所述外部测试开口宽度为0.005～1mm、间隔距离为0.005～1mm、开口深度0.1～30mm。

进一步地，所述测试块内部设有与测试块边缘抵邻或相切的多边形或圆形薄壁孔洞，以与所述测试块边缘构成薄壁结构，所述薄壁结构宽度为0.001～5mm，并呈梯度变化。

进一步地，在所述基础区的外沿设有外沿区，所述外沿区为平面片状结构，所述外沿区的上平面与所述基础区的平面平行或重合，所述外沿区的下平面悬空，所述外沿区与所述基础区的边缘相接，所述外沿区的成型层曝光时间为0.1～300s。

进一步地，所述外沿区划分为若干个位置区域，每个所述位置区域分别设置成型层曝光时间。

本发明专利申请提供一种3d打印用光敏树脂的测试件的打印方法，所述打印方法包括如下步骤：

步骤1：设置待测试的光敏树脂的测试件，所述测试件包括基础区和设置在所述基础区上的测试区，所述测试区包含若干测试块，所述测试块的至少设置两组，每组所述测试块具有不同的成型层厚度，同组内所述测试块的成型层厚度相同；所述测试块的成型层厚度设置范围为0.005mm至1mm；所述测试块的成型层数量为1到500层；计算所有所述测试块的成型层的高度位置，并按照递增方式排序，形成递增的测试块成型层高度序列；同组内各个所述测试块设置不同的成型层曝光时间，并按照梯度方式形成测试块成型层曝光时间序列，所述测试块的成型层曝光时间为1～60s，间隔为0.1～5s；

步骤2，采用待测试的光敏树脂在打印底板上逐层打印所述基础区，形成总厚度0.1mm至50mm的所述基础区；

步骤3，按照所述测试块成型层高度序列中的位置，将所述打印底板移动到待打印的所述测试块成型层高度位置，并确定对应所述高度位置的待打印的所述测试块的成型层；

步骤4，对于步骤3中确定的待打印的所述测试块的成型层，采用所述测试块成型层曝光时间序列中相应的曝光时间，打印对应的所述测试块的成型层；

步骤5，重复步骤3、步骤4直至测试区的所述测试块打印完成，即完成整个所述测试件的打印。

进一步地，步骤2所述基础区采用待测试的光敏树脂在打印底板上逐层打印，并在打印所述基础区1过程中打印外沿区3；包括以下细分步骤：

步骤2.1，设置外沿区；

步骤2.2，打印所述基础区的第一层成型层；

步骤2.3，打印所述基础区的下一层成型层；

步骤2.4，当所述基础区的成型层设置有所述外沿区，打印对应所述外沿区的成型层；

步骤2.5，重复步骤2.3、步骤2.4直至所述基础区打印完成。

进一步地，步骤4对于步骤3中确定的待打印所述测试块的成型层，采用所述测试块成型层曝光时间序列中的曝光时间，通过叠加曝光的方式，打印对应的所述测试块的成型层；包括如下步骤：

步骤4.1，设置已曝光计时和间隔计时两个时间变量；

步骤4.2，所述已曝光计时初始设置为0，所述间隔计时初始设置为所述测试块成型层曝光时间序列中的最小时间；

步骤4.3，将曝光时间大于所述已曝光计时的所述测试块的成型层进行曝光，曝光时长为所述间隔计时的时间；

步骤4.4，将所述间隔计时累加到所述已曝光计时；

步骤4.5，当累加后的所述已曝光计时为所述测试块成型层曝光时间序列中的最大时间，该叠加曝光过程完成，否则继续以下步骤；

步骤4.6，在所述测试块成型层曝光时间序列序列中寻找下一个曝光时间，所述下一个曝光时间大于所述已曝光计时并与所述已曝光计时的差值最小，所述间隔计时设置为所述差值；

步骤4.7，从步骤4.3开始重复。

进一步地，步骤4对于步骤3中确定的待打印所述测试块的成型层，采用所述测试块成型层曝光时间序列中的曝光时间，通过叠加曝光的方式，打印对应的所述测试块的成型层；包括如下步骤：

步骤4.1，设置待曝光计时和间隔计时两个时间变量；

步骤4.2，所述待曝光计时初始设置为所述测试块的成型层曝光时间序列中的最大时间；

步骤4.3，在所述测试块的成型层曝光时间序列中寻找下一个曝光时间，所述下一个曝光时间小于所述待曝光计时并与所述待曝光计时的差值最小，所述间隔计时设置为所述差值；当所述待曝光计时是所述测试块的成型层曝光时间序列中的最小值时，则所述间隔计时设置为所述最小值；

步骤4.4，将曝光时间大于或等于所述待曝光计时的所述测试块的成型层进行曝光，曝光时间为所述间隔计时的时长；

步骤4.5，将所述间隔计时从所述待曝光计时累减；

步骤4.6，当累减后的所述待曝光计时为0时，该叠加曝光过程完成，否则从步骤4.3开始重复。

本发明所述光敏树脂的测试件及其打印方法有益效果是：

1、通过本发明所述3d打印用光敏树脂的测试件的打印方法，打印本发明所述光敏树脂的测试件便于确定打印的层曝光时间。

2、本发明所述光敏树脂的测试件设置测试开口和薄壁结构，能够反映光敏树脂的固化性能。

3、本发明所述光敏树脂测试件结构精巧，打印过程优化，便于光敏树脂3d打印机自动打印生成。

附图说明

图1为所述光敏树脂的测试件结构示意图；

图2为图1的a向视图；

图3为所述光敏树脂的测试件的测试块结构示意图；

图4为所述光敏树脂测试件的打印成品示意图。

图中所示：1-基础区，2-测试块、21-内部测试开口、22-外部测试开口、23-薄壁结构，3-外延区，4-打印底板，5-缺失的测试块位置。

具体实施方式

下面结合说明书附图1～4对本发明具体实施方式做进一步详细描述。

实施例1

如图1、图2、图3所示，所述3d打印用光敏树脂的测试件包括：基础区1和设置在所述基础区1上的测试区(图中未标注)，其中，所述基础区1构建在打印底板4上，所述基础区1设置1～500层成型层，成型层指在同一成型高度3d打印设备所打印的实体，所述基础区1的成型层厚度设置为0.005～1mm，所述基础区1总厚度为0.015～50mm；所述测试区包含若干测试块2，每个所述测试块2至少设置一层成型层；所述测试块2至少分成两组，同组内所述测试块2的成型层厚度相同，组间的所述测试块2分别设置成型层厚度；同组内各个所述测试块2的成型层曝光时间不同，并按照梯度方式设置，所述测试块2的成型层曝光时间为1～60s，间隔为0.1～5s；所述测试块2设置1～500层成型层；所述测试块2的成型层厚度设置为0.005～1mm；所述测试块2总厚度为0.1～50mm。

作为一个优选实施例，所述基础区1的成型层厚度为0.05mm，层曝光时间为30秒，设置20层成型层，形成1mm厚的所述基础区1；所述测试区包含3组所述测试块2，每组设有20个所述测试块2并排列成一排，3组所述测试块2的成型层厚度分别为0.025mm、0.05mm和0.1mm，对应的成型层数量为40层、20层和10层，形成总高度为1mm的所述测试块2；每组内从右到左，每个所述测试块2的成型层的曝光时间分别为6秒，7秒，8秒……，按1秒的间隔递增直至25秒。

进一步地，所述测试块2内部设有边长为0.001～5mm的多边形或者直径为0.01～5mm的圆形的内部测试开口21。所述内部测试开口的轮廓完全包含在所述测试块外轮廓内，并且所述内部测试开口的轮廓不与所述测试块外轮廓内发生接触。

进一步地，所述测试块2边缘设置若干外部测试开口22，所述外部测试开口22宽度为0.005～1mm、间隔距离为0.005～1mm、开口深度0.1～30mm。所述外部测试开口的轮廓构成了所述测试块外轮廓的一部分。

进一步地，所述测试块2内部设有与所述测试块2边缘抵邻或相切的多边形或圆形薄壁孔洞，以与所述测试块2边缘构成薄壁结构23，所述薄壁结构23宽度为0.001～5mm，并呈梯度变化。所述抵邻或相切意味着所形成的薄壁结构的最小部分宽度尺寸小于3d打印设备的最小成型尺寸。

进一步地，在所述基础区1外沿设有外沿区3；所述外沿区3为平面片状结构，所述外沿区3的上平面与所述基础区1的平面平行或重合，所述外沿区3的下平面悬空，即所述外沿区3的成型层在设计上不与所述打印底板4接触，所述外沿区3与所述基础区1的边缘相接；所述外沿区3的成型层曝光时间为0.1～300s，例如，所述外沿区3的成型层曝光时间为30s。

进一步地，所述外沿区3划分为若干个位置区域，每个所述位置区域分别设置成型层曝光时间，即每个所述外沿区3的所述位置区域的成型层可以有不同的曝光时间。

例如，本实施例中，所述外沿区3设置在所述基础区1长边的两侧，一侧所述外沿区3的曝光时间为30s，另一侧所述外沿区3的成型层曝光时间为60s，通常所述外沿区3只包含一个成型层，所述外沿区3不同位置的成型层曝光时间分别设置，用于测试不同曝光能量下能够固化的光敏树脂厚度。

本发明专利申请提供一种3d打印用光敏树脂的测试件的打印方法，所述打印方法包括如下步骤：

步骤1：设置待测试的光敏树脂的测试件，所述测试件包括基础区1和设置在所述基础区1上的测试区，所述测试区包含若干测试块2，所述测试块2的至少设置两组，每组所述测试块2具有不同的成型层厚度，同组内所述测试块2的成型层厚度相同；所述测试块2的成型层厚度设置范围为0.005mm至1mm；所述测试块2的成型层数量为1到500层；计算所有所述测试块2的成型层的高度位置，并按照递增方式排序，形成递增的测试块成型层高度序列；同组内各个所述测试块2设置不同的成型层曝光时间，并按照梯度方式形成测试块成型层曝光时间序列，所述测试块2的成型层曝光时间为1～60s，间隔为0.1～5s；

例如，如图1、图2、图3所示，所述基础区1的成型层厚度为0.05mm，层曝光时间为30秒，设置20层成型层，形成1mm厚的所述基础区1；所述测试区包含3组所述测试块2，每组有设有20个所述测试块2并排列成一排，形成3排20列的矩阵，第一组所述测试块2的成型层厚度为0.025mm，第二组为0.05mm，第三组为0.1mm，第一组所述测试块2的成型层数量为40层，第二组为20层，第三组为10层，形成总高度为1mm的所述测试块2；所述测试块成型层高度序列即为0.025mm,0.05mm,0.075mm,0.1mm,0.125mm,

0.15mm,……,1.0mm；每组内从右到左，每个所述测试块2的成型层的曝光时间分别为6秒，7秒，8秒…25秒，时间间隔为1秒；所述测试块成型层曝光时间序列为6秒,7秒，8秒,…,25秒，并将对应所述测试块2按照从右到左的方式排列，也就是第一列所述测试块2的成型层曝光时间为6秒，第二列所述测试块2的成型层曝光时间为7秒，第三列所述测试块2的成型层曝光时间为8秒，直至第20列所述测试块2的成型层曝光时间为25秒。

步骤2，采用待测试的光敏树脂在打印底板上逐层打印所述基础区1，形成总厚度0.1mm至50mm的所述基础区1；

步骤3，按照所述测试块成型层高度序列中的位置，将所述打印底板4移动到待打印的所述测试块2的成型层高度位置，并确定对应所述高度位置的待打印的所述测试块2的成型层；例如，初始将所述打印底板4移动到0.025mm的位置，并确定待打印的所述测试块2为第一组；当进行下一个回合时，所述打印底板4移动到0.05mm的位置，因为第一组的所述测试块2的成型层厚度为0.025mm，在0.05mm这个位置上需要进行打印，第二组的所述测试块2的成型层厚度为0.05mm，在0.05mm这个高度位置上也需要进行打印，而第三组的所述测试块2成型层厚度为0.1mm，在0.05mm这个高度位置上不需要进行打印，所以这个0.05mm的高度位置对应第一组和第二组的所述测试块2，也就是确定第一组和第二组的所述测试块2的成型层为待打印成型层；依次类推来确定后续高度位置的待打印的所述测试块2的成型层。

步骤4，对于步骤3中确定的待打印的所述测试块2的成型层，采用所述测试块成型层曝光时间序列中相应的曝光时间，打印对应的所述测试块2的成型层；例如，在0.025mm高度位置上，第一组所述测试块2的成型层为待打印成型层，用6秒曝光第一组第一列的所述测试块2的成型层，用7秒曝光第一组第二列的所述测试块2的成型层，用8秒曝光第一组第三列的所述测试块2的成型层，直至用25秒曝光第一组最后一列的所述测试块2的成型层；在0.05mm高度位置上，第一组和第二组的所述测试块2的成型层为待打印成型层，用6秒曝光第一组和第二组的第一列所述测试块2的成型层，用7秒曝光第一组和第二组的第二列的所述测试块2的成型层，用8秒曝光第一组和第二组的第三列的所述测试块2的成型层，直至用25秒曝光第一组和第二组的最后一列的所述测试块2的成型层；后续其它确定待打印的所述测试块2的成型层，同样采用上述方式曝光。

步骤5，重复步骤3、步骤4直至所述测试区的所述测试块2打印完成，即完成整个所述测试件的打印。

进一步地，步骤2采用待测试的光敏树脂在打印底板4上逐层打印所述基础区1，并在打印所述基础区1过程中打印外沿区3；包括以下细分步骤：

步骤2.1，设置所述外沿区3；

步骤2.2，打印所述基础区1的第一层成型层；

步骤2.3，打印所述基础区1的下一层成型层；

步骤2.4，当所述基础区1的成型层设置有所述外沿区3，打印所述外沿区3的成型层；

步骤2.5，重复步骤2.3、步骤2.4直至所述基础区1打印完成。

进一步地，步骤4对于步骤3中确定的待打印所述测试块2的成型层，采用所述测试块成型层曝光时间序列中的曝光时间，通过叠加曝光的方式，打印对应的所述测试块2的成型层；包括如下步骤：

步骤4.1，设置已曝光计时和间隔计时两个时间变量；

步骤4.2，所述已曝光计时初始设置为0，所述间隔计时初始设置为所述测试块成型层曝光时间序列中的最小时间；

步骤4.3，将曝光时间大于所述已曝光计时的所述测试块2的成型层进行曝光，曝光时长为所述间隔计时的时间；

步骤4.4，将所述间隔计时累加到所述已曝光计时；

步骤4.5，当累加后的所述已曝光计时为所述测试块成型层曝光时间序列中的最大时间，该叠加曝光过程完成，否则继续以下步骤；

步骤4.6，在所述测试块成型层曝光时间序列序列中寻找下一个曝光时间，所述下一个曝光时间大于所述已曝光计时并与所述已曝光计时的差值最小，所述间隔计时设置为所述差值；

步骤4.7，从步骤4.3开始重复

例如，起始已曝光计时为0，间隔计时为6秒，所有所述测试块2的层曝光时间均大于0，均按6秒进行曝光；接下来已曝光计时叠加为6秒，间隔计时为1秒，第一列所述测试块2的曝光时间为6秒，没有大于已曝光计时，不符和曝光条件，则从第二列所述测试块2开始到最后一列所述测试块2的成型层按1秒进行曝光；再接下来已曝光计时为7秒，间隔计时为1秒，第一列所述测试块2的曝光时间为6秒，不符合曝光条件，第二列所述测试块2的曝光时间为7秒，没有大于已曝光计时，不符合曝光条件，则从第三列所述测试块2开始到最后一列所述测试块2的成型层按1秒进行曝光；按前述方式累加，第一列所述测试块2共获得6秒的曝光时间，第二列所述测试块2共获得7秒的曝光时间，第三列所述测试块2共获得8秒的曝光时间，以此类推，最后一列所述测试块2获得累计25秒的曝光。

对于一种光敏树脂，其固化的深度由曝光能量决定；在曝光强度确定的同时，曝光能量由曝光时间决定；多次曝光能量的累加的效果和单次曝光相同累加能量的固化深度是一样的，多次曝光时间的累加的效果和单次曝光相同累加时间的固化深度也是一样的。通过这样累加曝光的方式缩短了打印完所有列所需要的总时间，例如，按照6秒打印第一列，7秒打印第二列，到25秒打印最后一列，步骤4共需要310秒，而用本发明的累加曝光方式打印只需要25秒。

实施例2

在实施例1的基础上，所述打印方法的步骤4对于步骤3中确定的待打印所述测试块2的成型层，采用所述测试块2的成型层曝光时间序列中的曝光时间，通过叠加曝光的方式，打印对应的所述测试块2的成型层，包括如下步骤：

步骤4.1，设置待曝光计时和间隔计时两个时间变量；

步骤4.2，所述待曝光计时初始设置为所述测试块2的成型层曝光时间序列中的最大时间；

步骤4.3，在所述测试块2的成型层曝光时间序列中寻找下一个曝光时间，所述下一个曝光时间小于所述待曝光计时并与所述待曝光计时的差值最小，所述间隔计时设置为所述差值；当所述待曝光计时是所述测试块2的成型层曝光时间序列中的最小值时，则所述间隔计时设置为所述最小值；

步骤4.4，将曝光时间大于或等于所述待曝光计时的所述测试块2的成型层进行曝光，曝光时间为所述间隔计时的时长；

步骤4.5，将所述间隔计时从所述待曝光计时累减；

步骤4.6，当累减后的所述待曝光计时为0时，该叠加曝光过程完成，否则从步骤4.3开始重复。

例如，起始待曝光计时为25，间隔计时为1秒，只有最后一列，即第20列所述测试块2的层曝光时间均大于或等于所述待曝光计时(25秒)，所以对第20列所述测试块2按1秒进行曝光；接下来，按照步骤4.5，待曝光计时被减为24秒，继续进行曝光过程，间隔计时确定为1秒，第20列所述测试块2和第19列所述测试块2的层曝光时间均大于或等于所述待曝光计时(24秒)，所以对第20列所述测试块2和第19列所述测试块2按1秒进行曝光；重复该过程，当进行到最后一列时，待曝光计时为6秒，间隔计时为6秒，所有所述测试块2的层曝光时间均大于或等于6秒，均按6秒进行曝光；按前述方式累加，第一列所述测试块2共获得6秒的曝光时间，第二列所述测试块2共获得7秒的曝光时间，第三列所述测试块2共获得8秒的曝光时间，以此类推，最后一列所述测试块2获得累计25秒的曝光。

实施例1或实施例2完成的所述光敏树脂测试件的打印成品示意如图4，通过打印本发明所述光敏树脂的测试件确定打印的层曝光时间，由于曝光时间不足导致曝光时间短的部分所述测试块2无法成型，产生缺失的测试块位置5。在实际打印过程中建议在成功的测试块2所对应的层曝光时间中选取层曝光时间。另外，本发明所述光敏树脂的测试件设置内部测试开口21、外部测试开口22和薄壁结构23，通过检查这些结构的成型情况，例如尺寸精度，是否有部分细节缺失等，能够进一步了解光敏树脂的固化性能，例如成型精度。

本发明适合面成型式光固化3d打印，采用扫描类型的3d打印也能够采用本发明公开的内容等效实现光敏树脂的测试件及其打印方法。

本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。