一种光固化3D打印设备的制作方法

文档序号:39919399发布日期:2024-11-08 20:11阅读:26来源:国知局
一种光固化3D打印设备的制作方法

本技术涉及3d打印,更具体地,涉及一种光固化3d打印设备。


背景技术:

1、光固化3d打印是一种常见的增材制造(additive manufacturing)技术,它使用紫外线(uv)光源或其他适当的光源来逐层固化光敏树脂,以构建三维物体。常见的光固化3d打印可分为三类:sla、dlp和lcd。其中sla使用激光光束来逐点照射光敏树脂,将其逐层固化;sla通常提供较高的分辨率,适用于制造精细和高精度的零件。dlp使用数字投影设备来投射整个层的图像,而不是逐点照射,以固化光敏树脂;这使得打印速度相对较快,因为整层可以在一次光照下固化,而不需要逐点扫描。lcd使用液晶显示器(lcd)来控制光的透过和阻挡,以形成层次化的图案,然后使用uv光源来照射光敏树脂,通常lcd光固化具有较低的成本。

2、根据3d打印过程中成型平台的运动方向,光固化3d打印技术分为:下沉式和上拉式。其中,上拉式不需要深的液体树脂池,适用于制造浅槽和薄壁结构,但其存在重力变形问题以及大幅面离型问题,从而限制了其在大尺寸以及较重模型的应用,通常用于桌面级光固化3d打印。与上拉式不同,下沉式通常表面质量较大,可避免重力引起的零件变形,支持制造较大的零件,基于此,工业应用上更倾向于使用下沉式光固化3d打印,尤其是sla下沉式3d打印。但下沉式3d打印同样存在一些问题,比如料槽深度必须大于机器所允许的模型最大制作高度,为制作大模型需要大量的光敏树脂,而树脂在暴露状态下极易由于可见光以及水蒸气等外部原因性质发生改变;同时,模型在打印过程中始终浸泡在树脂溶液中,从而会导致液态树脂对模型表面的粘附,以及更进一步的液态树脂渗透进入成型模型内部,使模型发生溶胀现象,而溶胀现象可能对打印零件的尺寸和性能产生多方面的负面影响。

3、此外,现有的下沉式3d打印设备包括主料缸和用于向主料缸补充3d打印材料溶液的补料机构,其中,主料缸内溶液的液位高度或溶液体积仅可基于补料机构的补料速率进行调节,控制手段单一,而且当主料缸中需要容纳其他与3d打印材料溶液互不相溶的溶液时,则基于现有的辅料缸及与主料缸相连通的补料机构,显然无法满足多种溶液的液位控制需求,这可能影响3d打印工作的持续进行。


技术实现思路

1、本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷,提供一种光固化3d打印设备,用于解决现有技术溶液液位调节手段单一、调节精度差的问题。

2、本实用新型采取的技术方案是,提供一种光固化3d打印设备,包括主料缸、补料机构、固化光源发生装置和成型平台;所述补料机构与所述主料缸连通,所述固化光源发生装置设于所述主料缸的上方且朝向所述主料缸的上表面发出固化光源,所述成型平台相对所述主料缸的下表面可升降运动;还设有用于下调所述主料缸内的溶液液位高度的液位调节机构,所述液位调节机构与所述主料缸连通。

3、本方案中,主料缸可主要用于容纳3d打印材料溶液,成型平台为多孔网板,固化光源发生装置发出固化光源照射在主料缸表层使表面的一层3d打印材料溶液发生固化反应,在成型平台上形成成型模型基层,此后,成型平台下移一层层厚距离将成型模型基层沉入3d打印材料溶液中,该层成型模型基层上表面重新填充一层3d打印材料溶液,固化光源继续照射位于主料缸表层的3d打印材料溶液,成型平台继续下移一层,如此循环,从而一层一层地固化3d打印材料溶液,最终,多层成型模型基层堆叠形成待打印的成型模型。在此过程中,补料机构适时地往主料缸补充3d打印材料溶液,以满足主料缸中的打印需求。然而,当补料机构补充过量的3d打印材料溶液时,堆积在最上层成型模型基层表面的3d打印材料溶液厚度可能超过既定的需求量,此时,需要降低主料缸内的3d打印材料溶液液位高度,通过本方案增设的液位调节机构即可达到下调3d打印材料溶液液位高度的功能,且由于补料机构和下调液位的液液位调节机构为分开独立设置,可使针对主料缸的补料或卸料控制更加稳定,便于实现精确的液位调节。因此,基于本方案的光固化3d打印设备具有两种液位调节手段,便于对主料缸内的溶液量进行精细调控,提升3d打印质量。

4、此外,液位调节机构还可以用于实现进一步的技术效果,当主料缸以上下分层的方式容纳3d打印材料溶液以及非光固化介质溶液,如前述,可将待成型模型视为通过若干层成型模型基层堆叠连接构成,每形成一层所述的成型模型基层,液位调节机构相应下调介质溶液在主料缸内的液面高度,之后成型平台向下移动该成型模型基层,以使所述成型模型基层均下移浸没在所介质溶液中,如此,完成光固化的成型光敏树脂在3d打印过程中均迅速地浸没在介质溶液中,由于介质溶液不具有光固化性,可解决成型模型基层浸泡在3d打印材料溶液中发生溶胀的问题,同时,成型模型基层在介质溶液中不会发生树脂粘附的现象,可以优化后处理程序,同时提高二次固化效率。此外,由于介质溶液在主料缸中占据一定的体积,可减少3d打印材料溶液在主料缸中的用量,且由于成型模型基层通过成型平台的持续下移浸没到介质溶液中,此时配合液位调节机构对介质溶液的液位高度进行调节,则可维持介质溶液和上层的3d打印材料溶液之间的分界液面处于动态平衡,从而本实用新型仅需要在主料缸上层保持少量的3d打印材料溶液(比如满足对应一层成型模型基层的光固化要求)即可满足实时的成型需求,避免在主料缸中预先准备大量的3d打印材料溶液,有效降低由于长时间暴露在光照、水蒸气环境中导致的树脂材料损耗。

5、可选地,所述液位调节机构包括卸料槽体以及可启闭调节的连通装置,所述卸料槽体和所述主料缸的下部之间通过所述连通装置连通。

6、本方案中,卸料槽体和主料缸的下部连通,则主料缸内的溶液在排出至卸料槽体时采用的是下层流出的方式,可避免卸料过程中主料缸表层的液体出现剧烈波动,有助于优化新一层成型模型基层的固化效果。

7、进一步地,本方案中,当主料缸以上下分层的方式容纳3d打印材料溶液以及非光固化介质溶液,通过启闭连通装置将位于主料缸下层的介质溶液的一部分排出至卸料槽体中,先降低介质溶液的液位高度,之后,再将完成光固化的成型模型基层通过成型平台完全下移到介质溶液中,可避免由于成型模型基层的浸没导致介质溶液的液位高度发生急剧变化,防止工作人员对主料缸内溶液量进行频繁调节,降低劳动强度。此外,如果调节卸料的介质溶液体积与对应已完成光固化的一层成型模型基层的体积相同,则位于最上层的成型模型基层的上端面刚好下移至与两种溶液的分界液面齐平时,介质溶液的液位可重新回复至初始高度,之后通过补料机构补充3d打印材料溶液即可,可使两种溶液的分界面处于动态平衡,从而即可避免浸泡在3d打印材料溶液中时发生溶胀现象,又能降低主料缸内的3d打印材料溶液的用量。

8、可选地,所述液位调节机构包括密封舱体和调节部件,所述密封舱体与所述主料缸的下部之间具有连通孔,所述调节部件封堵设于所述连通孔,且所述调节部件可活动调节其在所述主料缸内或所述密封舱体内的体积。

9、本方案中,当调节部件往密封舱体方向移动调节时,其位于主料缸内部分的体积减小,相当于调节部件浸没在溶液中的体积变小,从而引起主料缸内的溶液液位下降,起到下调主料缸液位高度的目的。同理,调节部件封堵设于主料缸的下部,则下调液位时,主料缸的上层表面未出现明显波动,可确保上层的3d打印材料溶液表面平整,有助于提升固化形成成型模型基层的产品效果。

10、进一步地,当主料缸以上下分层的方式容纳3d打印材料溶液以及非光固化介质溶液,调节部件的一部分浸没在主料缸内的溶剂介质中,介质溶液所在溶液层的实际体积为介质溶剂的体积与实时浸没的部分调节部件的体积的总和,每次调节部件朝向密封舱体的方向移动,则浸没在介质溶液中的调节部件体积减少,介质溶液的液面高度随之发生下降,之后,再将完成光固化的成型模型基层通过成型平台完全下移到介质溶液中,可避免由于成型模型基层的浸没导致介质溶液的液位高度发生急剧变化。此外,如果每次调节调节部件的浸没部分的体积减少量与完成光固化相应的一层成型模型基层的体积相同,则位于最上层的成型模型基层的上端面刚好下移浸没至与两种溶液的分界液面齐平时,介质溶液的液位可重新回复至初始高度,之后通过补料机构补充3d打印材料溶液即可,可使两种溶液的分界面处于动态平衡,从而即可避免浸泡在3d打印材料溶液中时发生溶胀现象,又能降低主料缸内的3d打印材料溶液的用量。

11、进一步地,所述补料机构包括副料缸和输送装置,所述副料缸用于装盛所述3d打印材料溶液,所述输送装置用于将装盛在所述副料缸的所述3d打印材料溶液输送至所述主料缸。

12、进一步地,所述主料缸还设有溢料口,所述溢料口与所述补料机构相连通。

13、本方案中,主料缸中多于预设量的3d打印材料溶液可通过溢料口自动溢出至副料缸中,实现物料的自动回收。

14、可选地,所述输送装置为液压泵,所述液压泵设有进液口和出液口,所述进液口位于所述副料缸的下部,所述出液口位于所述主料缸的上部。

15、进一步地,还设有液面平整机构,所述液面平整机构用于平整位于所述主料缸内的溶液的液面。

16、进一步地,所述液面平整机构包括刮刀部件和驱动装置,所述驱动装置在3d打印时驱动所述刮刀部件相对所述主料缸的上层液面往复运动。

17、在一些实施方式中,所述刮刀部件为吸附式刮刀,所述吸附式刮刀包括中空的刮刀件,所述刮刀件的底部用于朝向装盛在所述主料缸内的溶液提供低压区。

18、本方案中,通过控制刮刀件内部气压,为刮刀底部提供一个低压区,超过预设液面高度的3d打印材料溶液由于压强差被吸附至刮刀内部,当刮刀件移动至补料机构上方时,刮刀件可进行加压,以使被吸附的3d打印材料溶液流入补料机构,本方案的刮刀计件从补料机构返回时空载,此刮刀可以有效减少树脂液面气泡。

19、进一步地,还设有液位传感器,所述液位传感器用于监控装盛在所述主料缸内的溶液的液位高度。

20、基于液位传感器的检测结果,评估3d打印材料溶液的液位高度是否满足光固化的要求,以作为加减3d打印材料溶液量的依据。

21、与现有技术相比,本实用新型的有益效果为:

22、1)本实用新型通过增设液位调节机构,当主料缸内的溶液过量时则液位调节机构可下调液位高度以获得既定的溶液量,从而配合补料机构实现对主料缸内的3d打印材料溶液液位高度进行精细调节,达到一层一层固化3d打印材料最终形成既定成型模型的目的,且成型效果与设定值偏差更小;

23、2)此外,分别采用卸料槽体、连通装置以及密封舱体、调节部件的方式与主料缸的下部之间形成具体的液位调节机构,以使下调液位时主料缸表层的3d打印材料溶液保持好的平整度,优化固化形成下一层成型模型基层的效果;

24、3)本实用新型通过液压泵抽取树脂,刮刀件将多余的3d打印材料溶液刮平后又通过溢料口流入补料机构,从而可以维持主料缸上表层(位于最上面一层成型模型基层以上)只有固化一层模型基层所需的3d打印材料溶液的动态平衡。

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