一種3D列印設備的製作方法
2023-06-08 01:34:26
本發明屬於3d列印領域，具體涉及一種3d列印設備。
背景技術：
現有的3d列印設備，例如雷射快速成型機包括機櫃本體、液體槽、工作檯、雷射系統、雷射掃描系統、電動系統和控制系統，所述的雷射系統一般設置在機櫃本體的頂部，液體槽設置在機櫃本體的側下方。現有光固化快速成型是基於液態光敏樹脂的光聚合原理工作的。這種液態材料在一定波長和強度的光照射下能迅速發生光聚合反應，分子量急劇增大，樹脂材料也就從液態轉變成固態。該方法首先將光敏樹脂注入到液體槽中，然後光束從液體槽的上方自上而下在光敏樹脂上進行照射，照射的路徑、圖案及光束的開關均由計算機進行控制，光束照射到的位置，光敏樹脂由液態轉變為固態，然後工作檯下降一層高度，再進行下一個層面的照射，如此重複直到整個三維物體製造完畢。該方法的缺點在於：由於每列印完一層，工作檯下降一層高度，傳送杆多浸入樹脂液體一層高度的體積，使工作檯上的樹脂大於所需列印的量，其解決辦法通常是通過蠕動泵或其他泵來吸收多餘的樹脂，吸收的過程可能導致樹脂吸收過量或吸收不足，需要一次或多次調整，這樣不僅增加列印的時間，也對樹脂造成了浪費，既費時費力，又降低了成型效率。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種3d列印設備，不需要吸收或調節因工作檯下沉而產生的多餘可聚合液體，能提高列印效率。
本發明提出的一種3d列印設備，該3d列印設備包括液體槽、傳送部件和工作檯，所述液體槽底部有通孔；
所述工作檯與所述傳送部件連接，並能固定在該傳送部件上；所述傳送部件能夠上下運動，從而在工作檯固定在傳送部件上時帶動工作檯一起上下運動；
所述傳送部件中位於工作檯固定處下方的部分為傳送部件的下部，傳送部件的下部能夠 插入該通孔中，並且在列印過程中所述傳送部件的下部與通孔密封配合，從而所述傳送部件能夠貫穿液體槽上下活動，並且液體槽中的可聚合液體不會洩漏；
其中，所述傳送部件在列印過程中浸入可聚合液體的體積保持不變。
進一步地，所述通孔內壁上形成或設置密封結構，以防止列印過程中液體槽中的可聚合液體通過通孔洩漏。
進一步地，所述密封結構包括環形凹槽和密封部件，該環形凹槽設置在該通孔內壁上，該密封部件能夠放入該環形凹槽中。
進一步地，在液體槽盛裝可聚合液體前，傳送部件的下部的一部分已經插入通孔中。
進一步地，所述傳送部件為一個或多個，並且所述通孔的數量與傳送部件的數量匹配。
本發明還提出了一種3d列印設備，該3d列印設備包括液體槽、傳送部件和工作檯，所述液體槽底部有通孔；所述液體槽底部環繞該通孔向內或向外凸出形成中空結構體；
所述工作檯與所述傳送部件連接，並能固定在該傳送部件上；所述傳送部件能夠上下運動，從而在工作檯固定在傳送部件上時帶動工作檯一起上下運動；
所述傳送部件位於工作檯固定處傳送部件的下部能夠插入該中空結構體中，並且所述傳送部件的下部與中空結構體密封配合，防止列印過程中液體槽中的可聚合液體通過中空結構體洩漏；
其中，所述傳送部件在列印過程中浸入可聚合液體的體積保持不變。
本發明還提出了一種3d列印設備，該3d列印設備包括液體槽、傳送部件和工作檯，所述液體槽底部向內和/或向外凸出形成中空結構體，中空結構體的底部設置有通氣孔；
所述工作檯與所述傳送部件連接，並能固定在該傳送部件上；所述傳送部件能夠上下運動，從而在工作檯固定在傳送部件上時帶動工作檯一起上下運動；
所述傳送部件中位於工作檯固定處下方的部分為傳送部件的下部，該傳送部件的下部能夠插入該中空結構體中，並且所述傳送部件的下部與中空結構體密封配合，防止列印過程中液體槽中的可聚合液體通過中空結構體洩漏；
其中，所述傳送部件在列印過程中浸入可聚合液體的體積保持不變，中空結構體的中空結構能夠容納傳送部件下移到最低處時進入中空結構體的傳送部件的下部。
進一步地，所述中空結構體內壁上形成或設置密封結構以使所述傳送部件的下部與中空結構體密封配合。
進一步地，所述密封結構包括環形凹槽和密封部件，該環形凹槽設置在該中空結構體內壁上，該密封部件能夠放入該環形凹槽中。
進一步地，所述中空結構體與所述液體槽一體成型或單獨成型。
進一步地，在液體槽盛裝可聚合液體前，傳送部件的下部的一部分已經插入液體槽的中空結構體中。
進一步地，所述傳送部件的下部為圓形杆或方形杆，其形狀與中空結構體匹配。
進一步地，所述傳送部件為一個或多個，並且所述中空結構體的數量與傳送部件的數量匹配。
進一步地，該3d列印設備還包括電動系統，電動系統中的電機控制所述傳送部件上下運動。
進一步地，所述可聚合液體選自光可聚合、或自由基可聚合單體、酸催化可聚合液體、水凝膠、可光固化的矽酮樹脂、可生物降解的樹脂、可光固化的聚氨酯、高性能樹脂。
根據本發明，任何適合的可聚合液體都可以適用。液體(有時也稱為「液體樹脂」、「油墨」)可包括單體，特別是光可聚合和/或自由基可聚合單體，和適合的引發劑例如自由基引發劑，和它們的組合。具體的可聚合液體包括：(甲基)丙烯酸類、丙烯醯胺、苯乙烯類、烯烴、滷代烯烴、環狀烯烴、馬來酸酐、官能化低聚物、多官能固化位點單體、官能化peg等，包括它們的組合。液體樹脂、單體和引發劑的實例包括但不限於：us8,232,043；us8,119,214；us7,935,476；us7,767,728；us7,649,029；wo2012129968a1；cn102715751a；jp2012210408a中公開的內容，其全文引入本文作為參考。
進一步地，可聚合液體選自酸催化可聚合液體。在一些實施方案中，可聚合液體包含自由基可聚合液體(在這樣情況下，如下所述抑制劑可為氧)，在其它實施方案中，可聚合液體包含酸催化或陽離子聚合的可聚合液體。在這些實施方案中，可聚合液體包含的單體含有適合於酸催化的基團，例如環氧基團、乙烯醚基團等。因此，適合的單體包括烯烴，例如甲氧基乙烯、4-甲氧基苯乙烯、苯乙烯、2-甲氧基丙-1-烯、1,3-丁二烯等；雜環單體(包括內酯、內醯胺和環胺)例如氧雜環己烷、硫雜環丁烷、四氫呋喃、等，和它們的組合。適合的(通常為離子或非離子)光致產酸劑(pag)包括在酸催化可聚合液體中，其實例包括鎓鹽、鋶和碘鎓鹽等，例如，二苯基碘化六氟磷酸鹽、二苯基碘化六氟砷酸鹽、二苯基碘化六氟銻酸鹽、二苯基對甲氧基苯基三氟甲磺酸鹽、三苯基鋶六氟磷酸鹽、三苯基鋶六氟砷酸鹽、三苯基鋶六氟銻酸鹽、三苯基鋶三氟甲磺酸鹽、二丁基萘鋶三氟甲磺酸鹽等，包括它們的混合物。例如參見，us7,824,839；us7,550,246；us7,534,844；us6,692,891；us5,374,500；和us5,017,461；其全文引入本文作為參考。
進一步地，可聚合液體選自水凝膠。在一些實施方案中，適合的樹脂包括可光固化的水 凝膠，如聚(乙二醇)(peg)和明膠。明膠通過膠原質的熱變性或化學和物理降解獲得。有三種類型的明膠，包括在動物、魚和人中發現的那些。認為由冷水魚皮獲得的明膠在藥品應用中是安全的。uv或可見光可用於交聯適當改性的明膠。
進一步地，可聚合液體選自可光固化的矽酮樹脂。適合的樹脂包括可光固化的矽酮。uv固化矽酮橡膠，例如silioprentmuv固化矽酮橡膠可用作loctitetm固化矽酮粘合密封劑。應用包括光學儀器、醫學和手術器械、外部照明設備和外殼、電連接器/傳感器、纖維光學裝置和墊片。
進一步地，可聚合液體選自可生物降解的樹脂。如可生物降解的螺絲和支架(us7,919,162；6,932,930)。乳酸和羥基乙酸的可生物降解的共聚物(plga)可溶於peg二甲基丙烯酸酯以產生適用的透明樹脂。聚己酸內酯和plga低聚物可用丙烯酸或甲基丙烯酸基團官能化，以使它們成為有效使用的樹脂。
進一步地，可聚合液體選自可光固化的聚氨酯。特別有用的樹脂為可光固化的聚氨酯。光可聚合聚氨酯組合物包含(1)基於脂族二異氰酸酯、聚(六亞甲基間苯二甲酸酯二醇)和任選1,4-丁二醇的聚氨酯；(2)多官能丙烯酸酯；(3)光引發劑；和(4)抗氧化劑，可配製使得其提供硬的、耐磨損的和耐汙染材料(us4,337,130)。可光固化的熱塑性聚氨酯彈性體結合光反應性丁二炔二醇作為增鏈劑。
進一步地，可聚合液體選自高性能樹脂。這些高性能樹脂有時可需要使用加熱以熔融和/或減少它們的粘度，這些樹脂的實例包括酯、酯-醯亞胺和酯-醯胺低聚物的液晶聚合物的那些材料的樹脂，如us7,507,784；us6,939,940所述。因為這些樹脂有時作為高溫熱固性樹脂使用。
在本發明中，它們還包含適合的光引發劑，例如苯甲酮、蒽醌和芴酮引發劑(包括它們的衍生物)，以在照射下引發交聯。
進一步地，可聚合液體選自其它的實例樹脂。用於牙齒應用的特別有用的樹脂包括envisiontec的clearguide，envisiontec的e-denstone材料。用於助聽器工業的特別有用的樹脂包括envisiontec的e-shell300系列樹脂。特別有用的樹脂包括envisiontec的htm140iv高溫模具材料，在模塑/流延應用中直接與硫化橡膠一起使用。製造韌性和硬性部件的特別有用的材料包括envisiontec的rc31樹脂。熔模鑄造應用中特別有用的樹脂包括envisiontec的easycastec500。
進一步地，可聚合液體還可以為其它的樹脂成分。液體樹脂或可聚合材料可具有懸浮或分散在其中的固體顆粒。
可使用任何適合的固體顆粒，取決於製造的最終產品。顆粒可為金屬的、有機/聚合的、無機的或它們的複合物或混合物。顆粒可為非導電的、半導電的或導電的(包括金屬和非金屬或聚合物導體)；和顆粒可為磁性的、鐵磁性的、順磁性的或非磁性的。顆粒可為任何適合的形狀，包括球狀、橢圓、圓柱等。顆粒可包含如下所述的活性劑或可檢測的化合物，但是這些還可溶解在液體樹脂中提供。例如，可使用磁性的或順磁性顆粒或納米顆粒。
液體樹脂可具有溶解在其中的其它成分，包括顏料、染料、活性化合物或藥用化合物、可檢測的化合物(例如螢光的、磷光的、放射性的)等，同樣取決於製造的產品的具體目的。這些其它成分的實例包括但不限於蛋白質、肽、核酸(dna、rna)例如sirna、糖、小的有機化合物(藥物和類似藥物的化合物)等，包括它們的組合。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
本發明提出的3d列印設備在列印過程中傳送部件浸入可聚合液體的體積保持不變，因此列印過程中不需要對液體量進行調節，也就無需通過蠕動泵或其他泵來吸收多餘的可聚合液體，使得列印步驟得以精簡，提高了列印效率，同時節約了可聚合液體材料，降低列印成本。另外，本發明通過設置半封閉的中空結構體，不僅能夠提高設備整體的美觀度和傳送部件的運動穩定性，並且還特別適合用於對列印的環境要求較高的領域。
附圖說明
圖1是本發明實施例1的結構示意圖。
圖2和圖3是本發明實施例2的結構示意圖，其中，圖2示出了向外凸出形成中空結構體的結構示意圖，圖3是向內凸出形成中空結構體的結構示意圖。
圖4是本發明實施例4的結構示意圖。
部分附圖標記說明：1—液體槽，2—工作檯，3—中空結構體，4—傳送部件，5—通孔
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。但本領域技術人員知曉，本發明並不局限於附圖和以下實施例。
實施例1：
本發明提出的3d列印設備如圖1所示，該3d列印設備包括能量源、機櫃本體、液體槽1、工作檯2、電動系統和控制系統。對於雷射列印設備來說，能量源為雷射；對於其他類型的列印設備來說，能量源還可以是數字光處理系統(dlp)、數字微鏡元件(dmd)或雷射 器和掃描振鏡的組合等。
液體槽1底部設置有通孔5。
所述工作檯2與傳送部件4連接，並能固定在該傳送部件4上。所述傳送部件受電動系統中的步進電機控制，能夠上下運動，從而在工作檯2固定在傳送部件4上時帶動工作檯2一起上下運動，圖1中給出了電動系統位於液體槽上方的示例，電動系統也可以位於液體槽下方；並且傳送部件也可以採用手動控制的方式。傳送部件優選為傳送杆。
所述傳送部件4中位於工作檯下方的部分為傳送部件的下部，傳送部件的下部能夠插入該通孔中，從而能夠貫穿液體槽1上下活動；並且所述傳送部件的下部與通孔密封配合，從而保證在傳送部件上下移動時，液體槽中的可聚合液體不會洩漏。
為了防止可聚合液體洩漏，可以採用傳送部件的下部的形狀與通孔的中空結構形狀相匹配的方式，例如，在所述中空結構為中空圓柱體時，所述傳送部件的下部相應地為圓形杆；在所述中空結構為中空方形體，所述傳送部件的下部為方形杆。
還可以藉助密封結構來防止可聚合液體洩漏，例如，所述通孔內壁可以設置一圈環形凹槽，將密封圈或其他密封部件放入該凹槽中，使得可聚合液體不會通過通孔往下洩漏；或者，在所述通孔處固設密封圈，例如：液體槽在內表面和/或外表面環繞通孔設置密封圈、在通孔內套設空心結構的「工」型密封圈，或者在通孔內壁一體形成密封圈等密封結構。所述防洩漏還可以採用本領域技術人員知曉的其他方式。
所述傳送部件中位於工作檯固定處上方的部分為傳送部件的上部，在列印過程中，傳送部件的上部進入可聚合液體的部位的體積與傳送部件的下部離開可聚合液體的部位的體積相同，從而保證在列印過程中傳送部件浸入可聚合液體的體積不會發生改變。
在向液體槽1中倒入可聚合液體前，傳送部件4的下部已經插入液體槽1的通孔中。
所述3d列印設備在列印完一層，工作檯下降一層後，由於傳送部件的上部新進入可聚合液體的體積與傳送部件的下部離開可聚合液體的體積相同，因此傳送部件浸入可聚合液體的體積不會發生改變，無需通過蠕動泵或其他泵或其他調節手段對可聚合液體量進行調節。本實施例更進一步的技術效果在於可以對現有的液體槽進行改造，避免浪費。
所述可聚合液體選自光可聚合單體、或自由基可聚合單體、酸催化可聚合液體、水凝膠、可光固化的矽酮樹脂、可生物降解的樹脂、可光固化的聚氨酯或高性能樹脂。
傳送部件可以為一個或多個，通孔的數量與傳送部件的數量一致。當傳送部件為多個時，可以有效提高列印過程中工作檯的穩定性。
另外，為了提高通孔的結構穩定性，可以適當增加液體槽底部的厚度，並且也便於在通 孔內設置密封部件。
實施例2：
本實施例如圖2和圖3所示，其與實施例1不同之處在於，本實施例中，所述液體槽環繞該通孔向外或向內凸出形成中空結構體3，所述傳送部件4的下部插入該中空結構體中，傳送部件的下部與該中空結構體密封配置，以防止可聚合液體洩漏。這種結構的好處在於可以把密封部件設置在中空結構體內，通過加厚中空結構體來增加密封部件的有效面積達到更好的密封效果，而不需要通過加厚樹脂槽底部在通孔內設置密封部件，同時，中空結構體可以引導傳送部件的運動方向，提高傳送部件的運動穩定性。另外，中空結構體3採用向外凸出的結構相對採用向內凸出的結構而言，能夠較大限度地利用可聚合液體，有利於節約可聚合液體的量。
在本實施例中，傳送部件的下部與該中空結構體密封配置以防止可聚合液體洩漏的方式可採用實施例1中的防洩漏方式。
該中空結構體3可以與液體槽一體成型，也可以與液體槽單獨設置。當中空結構體3與液體槽單獨設置時，方便更換中空結構體，例如，根據不同的傳送部件選擇不同的中空結構體，或者在中空結構體使用效果欠佳時，更換中空結構體。當該中空結構體3與液體槽一體成型時，不僅減少了成型步驟，並且提高了結構的整體穩定性和密封性。
在向液體槽1中倒入可聚合液體前，傳送部件4的下部已經插入液體槽1的中空結構體3中。
所述3d列印設備在列印完一層，工作檯下降一層後，由於傳送部件的上部新進入可聚合液體的體積與傳送部件的下部離開可聚合液體的體積相同，因此傳送部件浸入可聚合液體的體積不會發生改變，無需通過蠕動泵或其他泵或其他調節手段對可聚合液體量進行調節。
其他內容與實施例1類似，不再贅述。
實施例3：
本實施例與實施例2中圖3所示結構不同之處在於，本實施例中，液體槽底部不開設通孔，僅開設通氣孔，用於在傳送部件上下移時維持中空結構體3內的氣壓平衡。中空結構體3的中空結構能夠容納傳送部件下移到最低處時進入中空結構體的所述傳送部件的下部，這樣傳送部件在下移時不會凸出於液體槽，不僅提高了設備整體的美觀度和傳送部件的運動穩定性，並且還特別適合用在對列印的環境要求較高的領域，例如列印醫用材料或部件。
所述3d列印設備在列印完一層，工作檯下降一層後，由於傳送部件的上部新進入可聚合液體的體積與傳送部件的下部離開可聚合液體進入中空結構體的體積相同，因此傳送部件浸入可聚合液體的體積不會發生改變，無需通過蠕動泵或其他泵或其他調節手段對可聚合液體量進行調節。
實施例4：
本實施例如圖4所示，其與實施例2所示結構不同之處在於，所述液體槽環繞該通孔向外和向內凸出形成所述中空結構體3。所述中空結構體3的底部可以採用開口設計，也可以採用類似實施例3所示的開設通氣孔的半封閉設計。當所述中空結構體3的底部採用開口設計時，可以引導傳送部件的運動方向，提高傳送部件的運動穩定性。當中空結構體3的底部為半封閉設計時，傳送部件在下移時不會凸出於液體槽，不僅提高了設備整體的美觀度和傳送部件的運動穩定性，並且還特別適合用在對列印的環境要求較高的領域，例如列印醫用材料或部件。
以上，對本發明的實施方式進行了說明。但是，本發明不限定於上述實施方式。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。