[發明專利]一種快速3D打印的方法

有效

• 申請號: 201611040841.0
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106696258B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 謝濤;吳晶軍;趙騫;黃麗媚
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y40/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 陳華

本發明公開了一種快速3D打印的方法，使用DLP投影儀按預設二維圖案對光敏樹脂前驅液進行多次局部投影、曝光固化，得到非均質二維平面。將固化得到的非均質二維平面浸泡于融化的石蠟中溶脹，取出冷卻；或者光敏樹脂前驅液中，取出，光照固化，獲得三維立體結構。本發明中溶脹過程中的任意結構都可以固定下來，并且得到的三維結構中不含水及揮發性溶劑，實用性強。

技術領域

本發明涉及聚合物加工制造領域，尤其涉及一種快速3D打印的方法。

背景技術

具有三維立體結構的聚合物制品通常是通過模具塑形的方法加工而成。這種傳統方法由于模具加工及后期脫模的限制，往往只能加工一些簡單的三維結構。而且，模具的開發周期長、投入大、效率低。

3D打印(增材制造)是一種以數字模型文件為基礎，通過逐層打印的方式來構造物體的成型技術，已經被廣泛用于模具、工業設計的模型制造及一些產品的直接制造。3D打印技術是一種直接成型技術，不需要使用模具。另外，其最突出的優勢是能夠構建一些不規則、復雜的三維結構。但是，所有3D打印技術(包括熔融沉積FDM、選擇性立體光固化SLA、數字光處理DLP、選擇性激光燒結SLS等)都需要將目標物體切片，層層打印，所以打印單個物體所需的時間相對較長。特別是需要較高的打印精度時，需要層厚更薄，層數更多，其打印時間也就更長。Carbon公司的CLPS技術雖然大大提高了常規DLP技術的打印速度，但其絕對速度還是較慢。

中國發明專利(CN 105818382 A)公布了一種基于數字光處理構建三維結構的方法，該方法首先通過數字化投影技術打印得到一個精確控制的非均質二維平面，然后將此二維平面浸泡在特定的溶劑中溶脹，即可得到一個預先設定的三維結構。該專利披露的技術原理是非均質的二維平面內部存在著物質的分布密度和梯度，不同區域對同種溶劑的溶脹度不同，達到溶脹平衡的時候就會形成一個穩定的三維結構。該專利大大提升了3D打印的速度，但是也存在一些局限：需要等到完全溶脹平衡才能得到一個穩定的結構，溶脹過程中的一些可能有用的中間形態無法固定下來；使用的溶劑為水或者揮發性的有機溶劑，限制其在特定場合的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種快速3D打印的方法，溶脹時無需等到完全溶脹平衡，能夠保留有用的中間形態，且所用的溶劑含水或者揮發性有機溶劑，使其得到的三維結構具有更大的使用范圍和實用價值。

本發明所提供的技術方案為：

一種快速3D打印的方法，包括如下步驟：

步驟(1)：將包含單體和光引發劑的光敏樹脂前驅液置于平面模腔內；

步驟(2)：使用DLP投影儀按預設二維圖案對光敏樹脂前驅液進行多次局部投影、曝光固化，得到非均質二維平面；

步驟(3)：將固化得到的非均質二維平面浸泡于融化的石蠟中溶脹，取出，冷卻，即可獲得三維立體結構；

或者，將非均質二維平面浸泡于光敏樹脂前驅液中溶脹，取出，光照固化，即可獲得三維立體結構。

本發明的創新點是使用融化的石蠟或光敏樹脂前驅液作為二維平面溶脹的溶劑，從而產生與專利201610239890.0完全不同的機理和效果。

本發明通過數字化投影技術得到一個精確控制的非均質二維平面，由于在二維平面的不同區域的溶脹速率不同，至溶脹平衡時該二維平面可轉化為預先設定的三維結構，而且溶脹過程中的任意一個中間形態都可以被固定下來。當使用融化的石蠟作溶劑時，在溶脹過程的任意階段只要將樣品取出，在室溫下石蠟冷卻、凝固，就能將三維結構固定下來；當使用光敏樹脂前驅液作溶劑時，在任意時刻將樣品取出后，將其置于特定吸收波長的光源下充分固化也能將三維結構固定下來。