三維列印裝置及三維列印方法與流程

2023-06-01 22:21:51

本發明涉及三維製造技術及其配套設備技術領域，特別涉及一種三維列印裝置。本發明還涉及一種應用該三維列印裝置的三維列印方法。

背景技術：

三維列印技術，又稱3d列印技術，通常包括雷射光固化、熔融沉積造型和三維列印成型等主流技術。其中，雷射光固化以其速度快、精度高、小型化等特點成為目前主流發展方向。但雷射光固化技術也存在明顯缺點。

具體說來，向上拉出型光敏樹脂雷射光固化型技術存在以下主要問題。光敏樹脂託盤基底是一層透明的有機物薄膜，光敏樹脂在它的表面形成的表面張力很大，因此無論是液態樹脂還是成型的固化樹脂都與它的粘附力比較小，但是儘管粘附力小，當成型樹脂固化層從薄膜基底垂直拉出時，這種粘附力還是足以對薄膜和固化層樹脂本身造成毀壞，這樣就有損薄膜的厚度和固化模型的機械強度。行業內的解決方案是設計一種複雜的機械結構，每一層成型後讓託盤左右切向轉動，相當於讓薄膜斜著從固化層掀起來，這樣附著力就小很多，對薄膜和模型的損傷降到最低。然而這種解決方法沒有從根本上解決固化層玻璃的問題，而且增加了機器成本和列印時間。

因此，如何使三維列印過程更加簡便高效，並避免設備和產品損傷是本領域技術人員目前需要解決的重要技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種三維列印裝置，該三維列印裝置能夠使三維列印過程更加簡便高效，並避免設備和產品損傷。本發明的另一目的是提供一種應用上述三維列印裝置的三維列印方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種三維列印裝置，包括底盤、光源和控制器，所述底盤的中部具有儲液槽，所述儲液槽的內壁上具有阻粘元件，所述儲液槽的內部盛放有可聚合液體；

還包括與所述儲液槽對位適配的基座，所述基座上連接有驅動裝置，所述光源與所述基座的底部相配合。

優選地，所述阻粘元件的外表面具有若干微觀三維模塊，所述微觀三維模塊的裝配端與其自由端間的長度與其縱向截面的最大橫向邊長的比值為1～1000，且所述微觀三維模塊的裝配端與其自由端間的長度與相鄰兩所述微觀三維模塊的裝配端橫向間距比值為1～1000。

優選地，同材質構築件與所述阻粘原件間的粘滯力小於同材質構築件與具備平整表面的聚四氟乙烯製件間的粘滯力的50％。

優選地，各所述微觀三維模塊為柱形模塊、圓錐形模塊、塔形模塊、凸臺模塊、纖維模塊或孔洞模塊中的任一種。

優選地，所述微觀三維模塊的縱向截面的最大橫向邊長為0.01微米～10微米。

優選地，所述阻粘元件為聚合物薄膜。

優選地，所述阻粘元件為含氟聚合物薄膜。

優選地，所述阻粘元件為聚三氟氯乙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、聚氟乙烯薄膜、聚三氯乙烯薄膜、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜、四氟乙烯-全氟烷基醚共聚物薄膜、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物薄膜、偏氟乙烯-六氟丙稀共聚物薄膜、乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜、乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜、含氟丙烯酸脂共聚物薄膜、氟化乙丙烯薄膜中的任一種。

優選地，所述阻粘原件與所述儲液槽為一體式結構。

優選地，所述光源為全波段滷素燈、紫外波段發光二極體或雷射二極體中的任一種。

本發明還提供一種三維列印方法，採用了如上述權利要求中任一項所述的三維列印裝置，包括步驟：

初步成型，利用光源對基座底部與儲液槽內可聚合液體接觸的部分實施光照，一定時間後該光照處的可聚合液體固化成型為構築件並附著於基座底部；

移動脫離，構築件成型後停止光照，之後控制器通過驅動裝置控制基座向遠離光源的方向移動一定距離，此時由於阻粘元件的作用使得構築件與基座間的附著力大於構築件與阻粘元件間的附著力，從而使構築件與阻粘元件直接脫離接觸並隨基座聯動；

繼續成型，基座帶動已成型的構築件繼續上升至一定高度，以使構築件與阻粘元件間形成一定間隙，然後由光源重新對相應位置的可聚合液體實施光照以使其固化成型並與之前的已成型構築件形成一體式結構，並在成型後再次與阻粘元件脫離；

循環加工，重複上述繼續成型步驟，直至構築件的形態已符合最終的加工產品要求，並將最終的成型構築件由三維列印裝置上取下。

優選地，所述構築件沿基座移動方向上的成型速率為2釐米/小時～200釐米/小時。

相對上述背景技術，本發明所提供的三維列印裝置，其工作過程中，由於採用了阻粘元件作為儲液槽的包覆件，使得由可聚合液體固化成型後的構築件能夠快速高效地與阻粘元件脫離接觸，以便實施進一步的成型加工作業，從而使得整個三維列印過程更加快捷高效，同時有效避免了成型產品與設備組件間脫離過程中因附著力過大而導致的產品或組件結構損傷，保證了產品的加工效果和設備組件的穩定工作運行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明一種具體實施方式所提供的三維列印裝置的初始工作狀態結構示意圖；

圖2為圖1中三維列印裝置的構築件初步成型狀態下的結構示意圖；

圖3為圖1中三維列印裝置的構築件初步成型後基座上升一定距離後的結構示意圖；

圖4為圖1中三維列印裝置的構築件連續固話成型狀態的結構示意圖；

圖5為本發明一種具體實施方式所提供的三維列印方法的流程圖。

具體實施方式

本發明的核心是提供一種三維列印裝置，該三維列印裝置能夠使三維列印過程更加簡便高效，並避免設備和產品損傷；同時，提供一種應用上述三維列印裝置的三維列印方法。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

請參考圖1至圖4，圖1為本發明一種具體實施方式所提供的三維列印裝置的初始工作狀態結構示意圖；圖2為圖1中三維列印裝置的構築件初步成型狀態下的結構示意圖；圖3為圖1中三維列印裝置的構築件初步成型後基座上升一定距離後的結構示意圖；圖4為圖1中三維列印裝置的構築件連續固話成型狀態的結構示意圖。

在具體實施方式中，本發明所提供的三維列印裝置，包括底盤11、光源21和控制器(圖中未示出)，底盤11的中部具有儲液槽111，儲液槽111的內壁上具有阻粘元件12，儲液槽111的內部盛放有可聚合液體22，還包括與儲液槽111對位適配的基座13，基座13上連接有驅動裝置(圖中未示出)，光源21與基座13的底部相配合。

工作過程中，由於採用了阻粘元件12作為儲液槽11的包覆件，使得由可聚合液體22固化成型後的構築件23能夠快速高效地與阻粘元件12脫離接觸，以便實施進一步的成型加工作業，從而使得整個三維列印過程更加快捷高效，同時有效避免了成型產品與設備組件間脫離過程中因附著力過大而導致的產品或組件結構損傷，保證了產品的加工效果和設備組件的穩定工作運行。

應當說明的是，具體到實際應用中，上述基座13的位置並不局限於如圖所示的儲液槽111上方，其還可以位於儲液槽111的內部或其他能夠與儲液槽111內可聚合液體配合的位置，原則上，只要是能夠滿足所述三維列印裝置的實際使用需要均可。

進一步地，阻粘元件12的外表面具有若干微觀三維模塊，微觀三維模塊的裝配端與其自由端間的長度與其縱向截面的最大橫向邊長的比值為1～1000，且微觀三維模塊的裝配端與其自由端間的長度與相鄰兩微觀三維模塊的裝配端橫向間距比值為1～1000。各微觀三維模塊具備一定的凸出結構，能夠顯著降低構築件23與阻粘原件12間的有效接觸面積，從而進一步降低阻粘元件12與構築件23間的附著力，以進一步提高構築件23的脫離效率和成型效果。

具體地，同材質構築件23和阻粘原件12間的粘滯力與同材質構築件23和具備平整表面的聚四氟乙烯製件間的粘滯力的比值小於50％。即，設同材質構築件23與阻粘原件12間的粘滯力為f，同材質構築件23與具備平整表面的聚四氟乙烯製件間的粘滯力為f，則f/f＜0.5。

更具體地，各微觀三維模塊為柱形模塊、圓錐形模塊、塔形模塊、凸臺模塊或孔洞模塊中的任一種。實際應用中，還可以根據工況需要靈活調整上述微觀三維模塊的形狀，原則上，只要是能夠滿足所述三維列印裝置的實際使用需要均可。

此外，微觀三維模塊的邊長為0.01微米～10微米。該尺寸規格僅為優選方案，實際應用中各圍觀微觀三維模塊的尺寸參數並不局限於此，只要是能夠滿足所述三維列印裝置的實際使用需要均可。

另一方面，阻粘元件12為聚合物薄膜，且進一步優選為含氟聚合物薄膜。該種聚合物薄膜，尤其是含氟聚合物薄膜的表面附著力更小，能夠使構築件23與阻粘元件12間的脫離作業進一步達到無損、高效。

另外，阻粘元件12為聚三氟氯乙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、聚氟乙烯薄膜、聚三氯乙烯薄膜、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜、四氟乙烯-全氟烷基醚共聚物薄膜、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物薄膜、偏氟乙烯-六氟丙稀共聚物薄膜、乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜、乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜、含氟丙烯酸脂共聚物薄膜、氟化乙丙烯薄膜中的任一種。上述各類薄膜僅為優選方案，實際應用中工作人員可以根據工況需要靈活選取阻粘元件12的材質，原則上，只要是能夠滿足所述三維列印裝置的實際使用需要均可。

進一步地，阻粘原件12與儲液槽111為一體式結構。該種一體式結構有助於提高儲液槽111總成結構的結構強度及阻粘原件12相關配合件的裝配可靠性，從而保證相關組件在設備運行過程中能夠平穩可靠工作。

此外，光源21為全波段滷素燈、紫外波段發光二極體或雷射二極體中的任一種。上述三種光源形式原則上可以無差別替換，但實際應用中由於工況和實際成本的考慮，工作人員可以靈活選用光源形式，以滿足不同條件下所述三維列印裝置的使用需要。

應當說明的是，實際應用中，基座13優選為不鏽鋼製件或鋁合金製件等剛性材料件，從而能夠在保證結構強度的同時，使基座13的整體結構更加輕巧。

請參考圖5，圖5為本發明一種具體實施方式所提供的三維列印方法的流程圖。

在具體實施方式中，本發明所提供的三維列印方法，用於如上文所述的三維列印裝置，包括：

步驟101，初步成型：

利用光源21對基座13底部與儲液槽111內可聚合液體22接觸的部分實施光照，一定時間後該光照處的可聚合液體22固化成型為構築件23並附著於基座底部。此步驟101對應的設備狀態可參考圖1和圖2。

步驟102，移動脫離：

構築件23成型後停止光照，之後控制器通過驅動裝置控制基座13向遠離光源的方向移動一定距離，此時由於阻粘元件12的作用使得構築件23與基座13間的附著力大於構築件23與阻粘元件12間的附著力，從而使構築件23與阻粘元件12直接脫離接觸並隨基座13聯動。此步驟102對應的設備狀態可參考圖3。

應當指出，具體到本方案中，由於本案附圖中所示的相對位置關係為基座13位於儲液槽111的上方，因此具體到本案中，上述步驟102中控制器通過驅動裝置控制基座13上升一定距離，但實際應用中該基座13與儲液槽111間的相對位置並不唯一，工作人員可以根據工況需要靈活調整基座13與儲液槽111間的相對位置及配合關係，原則上，只要是能夠滿足所述三維列印方法的實際作業需要均可。

此外需要說明的是，上述步驟102中，構築件23與阻粘元件12直接脫離接觸並隨基座13聯動，作為對比參考，現有技術中構築件23與儲液槽111處的配合件(其位置可參考本案中阻粘原件12的位置)間的脫離接觸並非直接動作，而是先由相應的動作組件帶動配合件單向扭轉或移位，以便使該配合件與構築件23間局部分離，之後再移動基座13，並通過基座13與構築件23間的聯動關係使構築件23與配合件間徹底分離，即，現有技術中採用兩步動作才能實現構築件23與儲液槽111處相應配合件的完全脫離，而本方案中由於採用了阻粘原件12作為與構築件23配合的部件，因此僅需基座13的單方單次動作即可直接實現構築件23與阻粘原件12間的徹底分離。

步驟103，繼續成型：

基座13帶動已成型的構築件23繼續上升至一定高度，以使構築件23與阻粘元件12間形成一定間隙，然後由光源21重新對相應位置的可聚合液體22實施光照以使其固化成型並與之前的已成型構築件23形成一體式結構，並在成型後再次與阻粘元件12脫離。此步驟103對應的設備狀態可參考圖4。

應當說明的是，具體到實際操作中，上述步驟103繼續成型中，基座13帶動已成型的構築件23的移動方式並不僅限於上文所述的上升一定高度等豎直方向的位移，還可以根據實際產品加工需要而進行一定距離的水平位移，豎直方向與水平方向均存在位移的成型效果可以參考圖4，但構築件23的實際成型效果並不局限於圖中所示，應以實際作業中的產品加工需求和最終產品成型效果為準。

步驟104，循環加工：

重複上述步驟103繼續成型，直至構築件23的形態已符合最終的加工產品要求，並將最終的成型構築件23由三維列印裝置上取下。此步驟104對應的設備狀態可以繼續參考圖4。

進一步地，上述工藝步驟中，構築件23沿基座13移動方向上的成型速率為2釐米/小時～200釐米/小時。當然，實際操作中可以根據工況需要和產品加工規格靈活調整構築件23的成型速率，原則上，只要是能夠滿足所述三維列印方法的實際操作需要均可。

綜上可知，本發明中提供的三維列印裝置，包括底盤、光源和控制器，所述底盤的中部具有儲液槽，所述儲液槽的內壁上具有阻粘元件，所述儲液槽的內部盛放有可聚合液體；還包括與所述儲液槽對位適配的基座，所述基座上連接有驅動裝置，所述光源與所述基座的底部相配合。工作過程中，由於採用了阻粘元件作為儲液槽的包覆件，使得由可聚合液體固化成型後的構築件能夠快速高效地與阻粘元件脫離接觸，以便實施進一步的成型加工作業，從而使得整個三維列印過程更加快捷高效，同時有效避免了成型產品與設備組件間脫離過程中因附著力過大而導致的產品或組件結構損傷，保證了產品的加工效果和設備組件的穩定工作運行。

此外，本發明所提供的應用上述三維列印裝置的三維列印方法，其能夠使三維列印過程更加簡便高效，並避免設備和產品損傷。

以上對本發明所提供的三維列印裝置以及應用該三維列印裝置的三維列印方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。