[發明專利]一種3D打印機

在審

• 申請號: 201610147998.7
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN107199702A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 梁概泉
• 申請（專利權）人: 梁概泉
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/227;B29C64/321;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙)11548
• 代理人: 李靜

技術領域

本發明涉及一種利用激光技術進行三維實物模型制作的增材制造(即3D打印)設備，尤其是光固化的3D打印設備。

背景技術

目前公知的3D打印技術被譽為“第三次工業革命”，被廣泛的應用于工業設計、醫療、教學、航空航天等領域。3D打印技術的主流技術包括激光立體光固化技術(SLA)、熔融沉積成型(FDM)、選擇性激光熔化技術(SLM)、數字光處理技術(DLP)、三維打印黏結成型(3DP)等。

激光立體光固化技術(StereoLithographyAppearance，簡稱SLA)，是最早出現的快速原型制造工藝，SLA技術所用光源為激光，具有波長單一、光斑尺寸小和功率密度大的特點，通過精確控制掃描頭，可以實現零件高速度、高精度加工。但現有的SLA系統設計復雜，在成型過程中，為了保證樹脂液體加工表面的平整度，需要復雜且昂貴的設備去調節液面平整度，使得整體系統體積過大并且造價昂貴；另一方面，在成型過程中，往往需要一個大體積樹脂儲池，導致樹脂材料利用率很低，昂貴的成本和過重的設備不利于SLA技術的推廣及實用化。

熔融沉積成型(FusedDepositionModeling，簡稱FDM)，又稱熔絲 沉積，是一種快速成型技術。FDM是將低熔點材料熔化后，通過由計算機數控的精細噴頭按CAD分層截面數據進行二維填充，噴出的絲材經冷卻粘結固化生成一薄層截面，層層疊加成三維實體。其特點是不采用激光系統，使用和維護簡單，設備體積小巧，易于搬運，適用于辦公環境易于被大眾人群接受，但由于其需要保證出絲過程擠出速度和填充速度進行合理匹配，影響加工速度，擠出絲實際輪廓線超出理想輪廓線區域，影響成型件精度，相比SLA、DLP技術精度和打印速度有很大差距。

發明內容

針對以熔融沉積成型(FDM)技術為依托的3D打印設備打印速度低、成型精度低，以激光立體光固化(SLA)技術為依托的3D打印設備造價高、成型幅面偏小、樹脂利用率低的特點，提出一種集加工速度快、成型精度較高、成型幅面大，樹脂利用率高、成本較低的特點于一體的3D打印機。

一種3D打印機，其特征在于：包括計算機控制系統，紫外激光器，Z軸方向運動電機、Z軸平臺，x/y軸數控系統，搭載在直線電機上的反射鏡、儲液池和補液箱；紫外激光經搭載在Y直線電機轉子上的反射鏡，反射至搭載在X直線電機轉子上的反射鏡，最終輻照到儲液池中液態光敏樹脂表面；儲液池中有Z軸方向運動電機驅動的Z軸平臺，Z軸平臺上方為基托板，儲液池通過壓力控制裝置與補液箱相連接；通過控制反射鏡和Z軸平臺的運動實現紫外激光束對液態樹脂的 固化，所述基托板的材質為聚苯乙烯樹脂，所述聚苯乙烯樹脂的成分組成包括高抗沖聚苯乙烯、通用級聚苯乙烯、抗氧劑、白油和炭黑；其中高抗沖聚苯乙烯的重量含量為85％-95％，通用級聚苯乙烯的重量含量為8％-27％,抗氧劑、白油和炭黑為余量。

進一步，Z軸平臺下方的設有活動隔板與儲液池的底部密閉連接，所述丙烯酸酯橡膠的制備步驟為：

(1)首先將各原料按照重量含量用高速攪拌機攪拌混勻15min；

(2)然后轉入雙螺桿擠出機中熔融擠出，冷卻；其中，擠出時雙螺桿擠出機的料筒溫度為：后段190-220℃，中段220-230℃，前段225-230℃，機頭溫度245-250℃，機頭壓力：5-9Mpa；

(3)最后造粒得圓柱狀顆粒產品；

所述加工助劑為白油；

所述穩定劑為抗氧劑；

所述染料為炭黑。

進一步，紫外激光器波長在355～405nm。

X方向直線電機運動速度在2m/s～7m/s，加速度40～50m/s2；Y方向直線電機運動速度在2m/s～7m/s，加速度20～30m/s2。

本發明中所用的紫外激光器波長單一、光斑尺寸小、功率密度大，在極端的時間內即可實現樹脂的固化，故可實現比FDM技術更快速、更精確的成型。而該方法所用激光器僅為普通紫外光源，對光束進行一定準直聚焦后通過反射鏡的運動即可控制光束在加工件正上方的移動，而不需要復雜的光學系統，也不需要苛刻的工作環境，加之使 用帶活動隔板和補液箱的儲液池，設備成本和使用成本相對SLA技術要更低。