[發明專利]一種液體內連續光固化成型增材制造裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 202110678775.4
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113276408A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 黃紀剛;覃琴
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/386;B29C64/393;B29C64/268;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y50/02;B33Y30/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

本發明提供一種液體內連續光固化成型增材制造裝置及其制造方法，成型平臺設有電機驅動裝置實現上下移動；成型平臺位于樹脂槽上方，樹脂槽的底部為透光底板；樹脂槽內設有液態打印材料；分光裝置設置在光源的光路上，分光裝置的多條光路上分別設有第一偏光裝置、第二偏光裝置；第一偏光裝置、第二偏光裝置的光路均射向透光底板上方的樹脂槽內并形成交點，通過改變光路，交點的軌跡在液態打印材料內部一定空間范圍內某處形成交點；交點到透光底板留有空隙。通過控制交點按指定軌跡游走和控制光源開關，選擇交點所過之處的液態打印材料被固化，并附著在所述成型平臺上。本發明具有控制簡單，成型速度快，精度高，成型幅面大的特點。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種液體內連續光固化成型增材制造裝置及其制造方法。

背景技術

3D打印(3DP)即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

SLA是Stereo lithography Apparatus的縮寫,即立體光固化成型裝置.用特定波長與強度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由點到線,由線到面順序凝固,完成一個層面的繪圖作業,然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度,再固化另一個層面.這樣層層疊加構成一個三維實體.

SLA三維打印技術可以分為頂層掃描成型和底層掃描成型。頂層掃描成型中，激光由上而下掃描液態樹脂材料表面，新成型的樹脂層位于已成型部分的頂部，通過頂部不斷堆積新的固化層，從而實現三維固體的成型。每次激光掃描完成形成一層新的固態薄層之后，載有已經成型部分的成型臺會下降一個層厚，使得已成型部分低于樹脂液面一個層厚，因為光敏樹脂材料的高粘性，在每層固化之后，液面很難在短時間內迅速流平，這將會影響實體的精度。因此采用刮板刮切后，所需數量的樹脂便會被十分均勻地凃敷在上一疊層上，這樣經過激光固化后可以得到較好的精度，使產品表面更加光滑和平整。這一過程會中斷激光掃描過程，并占用相對較長時間而導致SLA三維打印的速度嚴重降低。此外頂層掃描成型中，已成型部分始終浸泡在液態樹脂中，當需要成型較高的物體，則需要一個超過該物體高度尺寸的樹脂槽用于成型，而且需要將大量樹脂填充入樹脂槽，打印完成后再回收剩余樹脂，導致成本高而且操作復雜。

底層掃描成型技術中，樹脂槽的底部使用透光底板，激光右下而上穿過樹脂槽底部透光板，在透光板之上的樹脂形成固定的薄層固態圖案。然后讓托盤上升一個層厚，激光再次掃描底部形成新的固化層，這樣逐層堆積最終形成三維固體。該方法的優點是已成型的固體層不需要全部浸泡在樹脂槽中，只需要底部的部分固體層浸泡在一個較淺的樹脂槽中，因此樹脂槽中需要的樹脂也少很多。但是另一方面，由于新的固體層在樹脂槽底部的樹脂表面形成，新的固體層在和原有固體層結合的同時會會與透光底板粘合在一起，為了使新的固體層和透光底板分離，需要對載有已成型部分的升降臺托盤上升一個設定的高度，使得成型部分和透光底板完全分離，并讓樹脂溶液充滿樹脂槽底部，然后再讓托盤下降使得新成型固體層和透光底板之間保持一個層厚的距離，再繼續下一層的掃描成型。升降臺的上升和下降會中斷掃描光固化的過程，并在每層的成型中占用相對較長的時間，使得整過打印速度大幅下降。

CN105122136A提出了一種連續光固化的方法，使用一種半滲透元件，使得在樹脂槽底部進入聚合抑制劑，聚合抑制劑可阻止底部區域樹脂的固化，形成聚合抑制區。而光引發的聚合反應智能在聚合抑制區以外的區域發生，聚合抑制區的光敏樹脂始終保持為液態，當載有成型固體的托盤上升一個層厚的高度時，周邊樹脂在環境壓力驅動下迅速流入到新成型固體層和透光底板的間隙中，因此可以迅速進行下一層的固化。該方法的半滲透元件受到分子滲透性、光學透射性能、機械強度等各種限制，難以找到各項指標均十分優異的材料作為半滲透元件。