[發明專利]一種光固化硅膠3D打印裝置及其打印方法

在審

• 申請號: 201710299082.8
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107053662A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 徐方遠;宮海波;仝戰國;毛蒙
• 申請（專利權）人: 寧波創導三維醫療科技有限公司
• 主分類號: B29C64/124
• 分類號: B29C64/124;B29C64/209;B29C64/40;B33Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及3D打印領域，具體涉及一種光固化硅膠3D打印裝置及其打印方法。

背景技術

近年來，3D打印技術在學術與商業領域均受到了極大的關注，與其相關的成型技術及打印材料得到了迅猛發展。目前，常見的打印技術主要包括熔融沉積成型、光固化成型、激光熱成型等；可打印的材料包括：金屬、光敏樹脂、熱塑性塑料等。然而，硅膠作為一種在日常生活及工業應用等領域中常見的材料，卻很少有相關技術可實現該材料的3D打印成型。目前，常見的硅膠以硫化硅膠為主，其成型機理通常為以硅氧烷為基體、在交聯劑和催化劑的作用下交聯成彈性體。此外，也可以在聚有機硅氧烷分子鏈上引入可光固化基團，從而在紫外光照射下進行固化成型。這類硅膠具有固化速度快、效率高、室溫下固化等優點，在市場上已有相關產品。

在中國專利CN201610122318.6中公開了一種熱固化成型的硅膠3D打印方法，其技術方案主要為通過實時加熱固化從噴頭中擠出的硅膠、最終逐層堆積成三維結構。根據實際使用經驗及硅膠生產商提供的產品信息，高性能硅膠的硅膠原液粘度通常較大，其粘度值一般超過10000cps，容易堵塞毛細噴頭，而通過內徑較大的噴頭擠出的硅膠液滴由于硅膠液滴的自由流淌以及較大的噴頭內徑等原因，造成打印單元線寬粗大，無法獲得具有較高精度的打印結構。

發明內容

鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種高精度、表面質量佳的光固化硅膠3D打印裝置及其打印方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種光固化硅膠3D打印裝置，包括：運動模塊，打印單元，紫外光源和軟件控制系統，所述運動模塊包括沿坐標系方向設置的X軸電動模塊，Y軸電動模塊和Z軸電動模塊，所述打印單元包括打印底板、支撐材料噴頭、硅膠噴頭和氣源，所述打印底板與所述Y軸電動模塊固定連接，所述支撐材料噴頭和所述硅膠噴頭與所述X軸電動模塊固定連接，在所述支撐材料噴頭和所述硅膠噴頭上均設置有進氣口和進料口，所述進氣口與所述氣源連通，所述支撐材料噴頭的噴嘴和所述硅膠噴頭的噴嘴在同一水平線上，所述紫外光源設置在所述打印底板的上方，所述軟件控制系統對所述X軸電動模塊、Y軸電動模塊、Z軸電動模塊、支撐材料噴頭、硅膠噴頭和紫外光源進行通信控制。

優選的，所述Z軸電動模塊是一對平行的電動模塊，所述X軸電動模塊被固定安裝在所述Z軸電動模塊上，所述Y軸電動模塊和所述Z軸電動模塊被固定安裝在機架上。

優選的，所述硅膠噴頭上的進料口與硅膠料桶連通，所述硅膠料桶里的硅膠原液是紫外光固化成型有機硅材料，粘度范圍是200cps～100000cps。

優選的，所述支撐材料噴頭上的進料口與支撐材料料桶連通，所述支撐材料料桶里的支撐材料是可溶性的紫外光固化材料，粘度范圍是1cps～1000cps，優選為100cps～530cps。

優選的，所述硅膠噴頭的噴嘴內徑是0.1mm～1mm，最小點膠液滴的直徑是0.2mm～1.5mm，點膠頻率是60～400次/分鐘，所述硅膠噴頭的打印速度是1mm/s～50mm/s。

優選的，所述支撐材料噴頭的噴嘴內徑是0.05mm～0.1mm，最小點膠液滴的直徑是0.1mm～0.2mm，點膠頻率是60～600次/分鐘，所述支撐材料噴頭的打印速度是1mm/s～50mm/s。

優選的，所述氣源的壓力是0.2MPa～2MPa，優選為0.6～1.5MPa。

本發明解決其技術問題所采用的另一個技術方案是：

一種光固化硅膠3D打印裝置的打印方法，包括下列步驟：

A、軟件控制系統根據待打印的三維模型的數據信息將所述三維模型劃分成若干層；

B、所述三維模型包括硅膠結構和支撐結構，所述支撐結構由外層邊界和內層邊界之間的封閉區域所限定，所述外層邊界是所述三維模型以Z軸方向投影的最大輪廓為基準線向外法線方向延伸1～3mm圍成的封閉曲線，所述內層邊界是所述三維模型在當前層投影的外輪廓圍成的封閉曲線，所述硅膠結構是所述三維模型在當前層投影的圖形結構；

C、當打印第N層時，所述軟件控制系統根據待打印的三維模型的數據信息控制一對平行的Z軸電動模塊使得支撐材料噴頭和硅膠噴頭運動到第N層高度，先控制所述支撐材料噴頭進行所述支撐結構的打印，利用紫外光源固化所述支撐結構，再控制所述硅膠噴頭進行所述硅膠結構的打印，利用所述紫外光源固化所述硅膠結構；

D、重復步驟C轉入第N+1層結構的打印，直至完成所述三維模型的打??；