[發明專利]光固化三維打印機及三維物體的成型方法

有效

• 申請號: 201710495824.4
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107263873B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 何永剛
• 申請（專利權）人: 珠海天威飛馬打印耗材有限公司
• 主分類號: B29C64/268
• 分類號: B29C64/268;B29C64/20;B29C64/129;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 林永協

本發明涉及一種光固化三維打印機以及三維物體的成型方法,光固化三維打印機包括光敏樹脂槽，在光敏樹脂槽的至少兩個側面的外側設置有平面激光單元，光敏樹脂槽與平面激光單元對應的側壁上至少一部分為透明部分；平面激光單元具有激光器和聚焦透鏡，激光器產生平面型激光束，聚焦透鏡設置在激光器的光路上，平面型激光束在光敏樹脂槽內的聚焦位置可調節。本發明的三維物體的成型方法采用上述的三維打印機進行打印并且實現光固化。本發明的光固化三維打印機實現了光敏樹脂的逐層固化，成型效率提高，并且這種平面型激光束的控制過程比較簡單，易于操作。

技術領域

本發明涉及快速成型領域，具體地說，是涉及一種光固化三維打印機及三維物體的成型方法。

背景技術

現有的三維（3D）打印技術根據不同的成型原理，其使用的材料也是多種多樣的，這些材料包括光敏樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、臘型等材料，還包括不銹鋼、鈷鉻鉬合金、鋁合金等金屬類材料。然而，現有的打印方式一般只能逐行逐層打印，無法實現一次快速的成型一層或者是一次多層打印，因此存在打印速度慢的問題。

例如，如果打印的物體是圖1所示的物體80，該物體80包括多塊垂直延伸的板體81、82，還包括沿水平方向延伸的板體83，由于沿水平方向延伸的板體83并沒有垂直延伸的板體支撐，如果使用目前的打印方法，如使用DLP打印方式，即使用帶有噴頭的3D打印機將絲料加熱至熔融狀態后擠出成型，這種方式將無法打印如圖1結構的物體80。即使使用光固化技術，也無法直接打印獲得圖1結構的物體80，因此現有的3D打印技術對于打印特殊結構的物體存在技術上的障礙。

激光具有波長短，分辨率高，能量聚焦集中、穩定等優點，激光在某位置的能量密度與激光射出的光斑大小有關，光斑越小，能量密度越大。而激光光斑大小可利用不同焦距透鏡進行調節。通過適當聚焦后，可以使激光的能量密度進入加工區域之前低于加工材料的穩定值。而在加工區域，能量密度大于其穩定臨界值，從而可以直接破壞材料的化學鍵，改變其形態。而不會對其它部分的打印材料進行加熱，通常利用激光這些特點得到加工表面良好，尺寸精度高的工件。利用上面激光的特點和一些新型的材料，開發一種快速的3D打印機和打印方法就十分必要。

申請號為CN201110107639.6的中國發明專利申請公開了一種使用變光斑工藝的光固化快速成型方法，其雖然實現了三維打印中對激光強度的控制作用，但是其成型原理仍然是以點固化的方式進行，其成型效率較低。

申請號為CN201510666973.3的中國發明專利申請公開了一種3D投影式光固化3D打印機，該打印機包括3D 立體投影系統、樹脂盒和計算機控制的激光器;將三維模型根據成型精度沿著Z 軸切片為二維面圖案;利用計算機控制激光經過Z 軸聚焦振鏡和xy掃描，在液態光敏樹脂中形成三維立體圖像;激光焦點處能量密度最高使光敏樹脂固化，而其他地方由于激光能量密度低，光敏樹脂仍然保持液態，經過照射，在液體中固化出所需要的三維模型。這種成型方式在理論上具有成型快的特點，但是實際上其實現難度是非常高的，一方面，這種3D立體投影技術仍處于試驗階段，技術并不成熟，其在三維空間內控制激光的強度不易實現，這就對成型過程的精度產生不良影響。并且，對于內部有空隙、空穴的三維物體，這種三維成型方式的效果也不理想，特別是在空穴的周圍表面的成型，有的時候是無法實現的。

發明內容

針對現有的三維打印機存在的缺陷，本發明的主要目的是提供一種成型速率較高且成型過程合理、易控制的光固化三維打印機。

本發明的另一目的是提供一種成型速率快且易于控制成型過程的三維物體的成型方法。

本發明提供的光固化三維打印機,包括光敏樹脂槽，在光敏樹脂槽的至少兩個側面的外側設置有平面激光單元，光敏樹脂槽與平面激光單元對應的側壁上至少一部分為透明部分；平面激光單元具有激光器和聚焦透鏡，激光器產生平面型激光束，聚焦透鏡設置在激光器的光路上，平面型激光束在光敏樹脂槽內的聚焦位置可調節。