一种基于吸附腔的离型装置和方法

文档序号:869001 发布日期:2021-03-19 浏览:7次 >En<

阅读说明:本技术 一种基于吸附腔的离型装置和方法 (Release device and method based on adsorption cavity ) 是由 季鹏凯 于 2021-02-07 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种基于吸附腔的离型装置和方法,装置包括液槽体和透光的离型板,液槽体内部装有光敏料,光束透过离型板选择性照射光敏料逐层打印成型固化模型,固化模型与离型膜之间在逐层打印过程中可控相对远离移动,离型板相对固化模型的另一侧设有支撑板,支撑板与离型板之间存在间隙形成吸附腔,吸附腔与介质源连接并能够通过介质源对吸附腔进行介质控制,离型板在打印工作位和剥离工作位交替。本发明提高了透光组件与固化模型之间的分离速度,提升三维打印速度,提升散热效果。(The invention relates to a release device and a method based on an adsorption cavity, the device comprises a liquid tank body and a light-transmitting release plate, photosensitive materials are arranged in the liquid tank body, light beams selectively irradiate the photosensitive materials through the release plate to print a curing model layer by layer, the curing model and a release film are controlled to move away from each other in the layer-by-layer printing process, a supporting plate is arranged on the other side of the release plate relative to the curing model, a gap is formed between the supporting plate and the release plate to form the adsorption cavity, the adsorption cavity is connected with a medium source and can perform medium control on the adsorption cavity through the medium source, and the release plate is alternated in a printing working position and a peeling working position. The invention improves the separation speed between the light-transmitting component and the curing model, improves the three-dimensional printing speed and improves the heat dissipation effect.)

一种基于吸附腔的离型装置和方法

技术领域

本发明属于光固化三维打印的技术领域,特别是涉及一种基于吸附腔的离型装置和方法。

背景技术

现有的基于离型膜的光固化三维(3D)打印机中,每层光照固化过程中,模型会粘结到离型膜上,往往采用结合有固化模型的平台先大幅上移然后再下降回位到设置层厚距离的位置的方式实现固化模型与离型膜分离,成型平台如此的往复运动使得分离速度慢。如果让离型膜先倾斜的方式虽然可以让分离速度有所提升,但为了树脂回流,平台还是需要较大幅的提升高度然后再下降。如果采用辊轮在离型膜下表面滚动使得离型膜与固化模型分离,然后再提升平台使得固化模型与离型面完全分离,并让光敏树脂回流填充,则由于打印过程的层数很多,离型膜被辊轮多次滚动摩擦会降低离型膜的寿命和透光性能,且辊轮扫描式滚动过程也占用比较长的时间,并增加辊轮的移动驱动机构,机构复杂度增加,另外一般还是需要平台的上下往复移动来分离和树脂回流,设备可靠性和打印速度都有待提升。而且这些离型方式对打印过程聚合反应产生的热量的散热没有给出有效的解决方案。有必要开发出一种更加有效且简洁的模型与离型膜分离方案,提升光固化三维打印的速度和效能,并提升散热性能以提升装置的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于吸附腔的离型装置和方法,提高透光组件与固化模型之间的分离速度,提升三维打印速度,提升散热效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于吸附腔的离型装置,包括液槽体和透光的离型板,所述液槽体内部装有光敏料,光束透过离型板选择性照射光敏料逐层打印成型固化模型,所述固化模型与离型板之间在逐层打印过程中可控相对远离移动,所述离型板相对固化模型的另一侧设有可透光的支撑板,所述支撑板与离型板之间存在间隙,并密封形成吸附腔,所述吸附腔与介质源连通,介质源通过向吸附腔内注入预设体积的可透光的液体介质或抽出预设体积的所述液体介质,使得所述离型板在打印工作位和剥离工作位交替,介质源向吸附腔内注入预设体积的所述液体介质时,所述离型板移动到打印工作位,光束透过所述支撑板、吸附腔和离型板选择性照射所述光敏料;所述离型板在剥离工作位时,所述介质源抽出所述吸附腔内的所述液体介质,所述离型板朝向所述支撑板的一侧移动并与所述固化模型发生剥离,并通过所述支撑板对所述离型板的向外移动进行限位。

一种基于吸附腔的离型装置,包括液槽体和透光的离型板,所述液槽体内部装有光敏料,光束透过离型板选择性照射光敏料逐层打印成型固化模型,所述固化模型与离型板之间在逐层打印过程中可控相对远离移动,还包括定位部,以及所述离型板相对固化模型的另一侧设有可透光的支撑板,所述支撑板与离型板之间存在间隙,并密封形成吸附腔,所述吸附腔与介质源连通,介质源通过向吸附腔内注入可透光的液体介质或抽出所述液体介质,使得所述离型板在打印工作位和剥离工作位交替,介质源向吸附腔内注入预设体积或压强的透光液体介质,所述离型板移动到打印工作位,并通过所述定位部对所述离型板的打印工作位进行定位;光束透过支撑板、吸附腔和离型板选择性照射光敏料,所述离型板在剥离工作位时,所述介质源抽出所述吸附腔内的透光液体介质,所述离型板朝向支撑板的一侧移动并与固化模型发生剥离,并通过支撑板对离型板的向外移动进行限位。

所述定位部为所述液槽体的端部,或者所述定位部设置在所述液槽体的内壁。

所述吸附腔的相对两边均设有与所述介质源相连的多个开孔,所述离型板在进行剥离工作时,所述吸附腔上的一边的开孔先于另一边的开孔对所述吸附腔内的所述液体介质进行抽出。

所述离型板和所述支撑板之间设置有弹性件,所述弹性件沿所述离型板的相对两边设置,其中一边的弹性件的弹性力大于另一边的弹性件的弹性力。

所述定位部与离型板之间设置有具有弹性的密封件;所述密封件沿所述离型板一边的弹性力大于相对的另一边的弹性力。

所述基于吸附腔的离型装置还包括成型平台和透光组件,所述液槽体为缸套结构,所述透光组件包括所述离型板和对应的所述支撑板;且,所述成型平台与液槽体或框架固连,在打印过程中所述成型平台与液槽体之间保持密封,所述透光组件与液槽体的内壁滑动密封配合,所述成型平台、液槽体和透光组件形成了密封的打印工作腔,所述打印工作腔与打印料源连通,所述打印料源向工作腔内充入预设压强的光敏料;或者,所述透光组件的支撑板与液槽体或框架固连,在打印过程中所述透光组件与液槽体之间保持密封,所述成型平台与液槽体的内壁滑动密封配合,所述成型平台、液槽体和透光组件形成了密封的打印工作腔,所述打印工作腔与打印料源连通,所述打印料源向工作腔内充入预设压强的光敏料。

注入和抽出液体介质的管路上设置有散热器。

所述液槽体内固化模型的两侧分别设置第一透光组件和第二透光组件,所述第一透光组件和第二透光组件分别在液槽体内壁滑动密封配合,所述第一透光组件、第二透光组件和液槽体形成密封的工作腔,所述工作腔与打印料源连通,所述打印料源向此工作腔内充入预设压强的光敏料,所述第一透光组件的第一吸附腔和第二透光组件的第二吸附腔分别与介质源连通。

还包括成型平台,所述成型平台与液槽体或框架固连,在打印过程中所述成型平台与液槽体之间保持密封,还包括透光组件,所述透光组件包括所述离型板和对应的所述支撑板;所述透光组件与液槽体的内壁滑动密封配合,所述成型平台、液槽体和透光组件形成了密封的工作腔,所述工作腔与打印料源连通,所述打印料源向工作腔内充入预设压强的光敏料;所述透光组件包括所述离型板和对应的所述支撑板,还包括滑动套,所述滑动套与支撑板固连,所述滑动套与液槽体的内壁滑动密封配合,所述离型板与滑动套的内壁滑动密封配合,在所述滑动套朝向成型平台远离支撑板处设置的定位部对离型板的打印工作位进行定位,所述离型板、滑动套和支撑板形成密封的吸附腔。

一种基于吸附腔的离型方法,采用一种光固化三维打印装置,包括液槽体和透光的离型膜,所述液槽体内部装有光敏料,光束透过离型膜选择性照射光敏料逐层打印成型固化模型,所述固化模型与离型膜之间在逐层打印过程中可控相对远离移动,所述离型膜相对固化模型的另一侧设有可透光的支撑板,所述支撑板与离型膜之间存在间隙,所述支撑板与离型膜之间具有支撑环,所述支撑板、支撑环与离型膜之间形成密封的吸附腔,所述吸附腔与介质源连通,介质源通过向吸附腔内注入预设体积或压强的可透光的液体介质或抽出所述液体介质,使得所述离型膜在打印工作位和剥离工作位交替,介质源向吸附腔内注入预设体积或压强的透光液体介质,所述离型膜在打印工作位时,所述离型膜呈平面结构,所述光束透过离型膜选择性照射光敏料;所述离型膜在剥离工作位时,所述介质源抽出所述吸附腔内的透光液体介质,所述离型膜朝向支撑板的一侧产生变形凸起并与固化模型发生剥离,并通过支撑板对离型膜的向外凸起进行限位,包括以下步骤:

(1)在所述离型膜处于打印工作位时,根据固化模型的层图案,通过光束透过支撑板、吸附腔和离型膜选择性照射光敏料发生固化形成固化层;

(2)通过介质源对吸附腔中透光的液体介质抽出,使得所述离型膜朝支撑板的一侧发生凸起变形与固化模型剥离,剥离后介质源再向吸附腔内注入预设体积或压强的液体介质,使得所述离型膜恢复至打印工作位;

(3)控制已固化的固化模型与离型膜之间产生相对远离移动到预设距离;

(4)重复步骤(1)~(3),逐层进行打印得到最终成型的固化模型;所述步骤(2)与步骤(3)同步进行;或者,先进行步骤(2),再进行步骤(3);或者,先进行步骤(3),再进行步骤(2)。

所述步骤(3)中固化模型保持单向移动,至固化模型的打印面与离型膜的打印工作位达到预设距离。

所述步骤(2)中,在利用介质源抽出吸附腔内液体介质过程中,通过对吸附腔中的真空度或压强进行监测,判断所述离型膜与固化模型之间的分离情况,当检测到离型膜与固化模型实现分离,停止剥离工作位状态。

一种基于吸附腔的离型方法,使用了上述的基于吸附腔的离型装置,包括以下步骤:

(1)在所述离型板处于打印工作位时,根据固化模型的层图案,通过光束透过支撑板、吸附腔和离型板选择性照射光敏料发生固化形成固化层;

(2)通过介质源对吸附腔中透光的液体介质抽出,使得所述离型板朝支撑板的一侧移动与固化模型剥离,剥离后介质源再向吸附腔内注入预设体积或压强的液体介质,使得所述离型板恢复至打印工作位;

(3)控制已固化的固化模型与离型板之间产生相对远离移动到预设距离;

(4)重复步骤(1)~(3),逐层进行打印得到最终成型的固化模型;所述步骤(2)与步骤(3)同步进行;或者,先进行步骤(2),再进行步骤(3);或者,先进行步骤(3),再进行步骤(2)。

所述离型板与固化模型发生剥离的过程中,所述离型板的一边先与固化模型发生剥离并倾斜,再整体与固化模型脱离。

有益效果

第一,本发明能够利用介质源向吸附腔精确控制内注入或抽出可透光的液体介质的量,利用液体的不可压缩性,可精确且快速的控制透光组件的状态,实现透光组件与固化模型之间的快速分离,还可提升光敏料的压强,使得透光组件与固化模型之间的剥离(分离,离型)过程中减少固化模型受到成型平台的拉力,大幅减小剥离过程模型的变形或脱离可能,有效提升打印精度和打印速度。

第二,通过离型膜产生相对固化模型的相互远离方向的变形或离型板的相对固化模型远离方向的移动进行剥离,使得成型平台可以保持单向移动,如此避免了成型平台通过往复运动来实现剥离,避免了成型平台的驱动机构间隙(如丝杆副等的回隙或侧隙)对成型平台位置精度的影响,利于提升打印精度,也利于提升打印速度。

第三,吸附腔内的液体介质能够在被抽出后再注入的循环过程中进行流动更换,能够带走离型膜及附近光敏料因光束照射发生光固化反应产生的热量,液体介质比气体介质具有更大的热容能携带更多的热量,有利于对离型膜和光敏料进行散热,特别是能够利用经过冷却的介质提升保持光敏料温度保持的效果,有利于提升设备打印的稳定性。

附图说明

图1为本发明的透光件采用离型膜的实施例结构示意图。

图2为本发明的透光件采用离型板的实施例结构示意图。

图3-图5为本发明实施例1的打印过程示意图。

图6~图7为本发明实施例2中多个开孔或对光敏料增压的结构示意图。

图8~图10为本发明实施例3中透光件采用离型板的结构示意图。

图11~图12为本发明实施例4中透光组件在缸套内滑动式的结构示意图。

图13~图14为本发明实施例5中采用双透光组件的结构示意图。

图15~图16为本发明实施例6中透光件采用离型板且光敏料加压的结构示意图。

图17~图18为本发明实施例7中透光件采用离型板的另一种结构示意图

图19~图22为本发明实施例8中基于离型板的透光组件在缸套内滑动式的结构示意图。

图23~图24为本发明实施例9中离型板通过滑动套在缸套内滑动式的结构示意图。

图25为本发明透光件采用离型板且没有定位部的实施例结构示意图;

图26为本发明的打印流程图。

图27为成型平台与离型面间距S和吸附腔中液体介质体积Q随时间t的一种变化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

图1示意了一种光固化三维打印装置,包括一液槽2,液槽2包括液槽体21、透光的离型件、支撑板35和支撑环26。本实施例中的离型件采用离型膜33,图示离型膜33设置在液槽体21底部,离型膜33和液槽体21形成的工作槽(或称为工作腔)内装有光敏料5。支撑环26设置在离型膜33和支撑板35之间,支撑环26的上表面可能与离型膜33接触,下表面与支撑板35接触。离型膜33、支撑环26和支撑板35形成了密封的吸附腔38,支撑环26可以集成到支撑板35上形成一体结构,此一体结构也称作支撑板,由离型膜33和支撑板35之间间隙形成密封的吸附腔38,吸附腔38内设置液体介质71。

图1中示意光源37发出的光束39可以经过镜组36变换后再照射光敏料5。透光的离型件与光敏料5接触的表面为离型面,例如图1到图3中离型膜33的上表面,固化模型51与离型面接触的表面为打印面,例如图1或图3中固化模型51的下表面。图3中示意成型平台1可以由驱动机构15驱动朝远离离型膜33的方向移动。驱动机构15可以是丝杆副和导轨机构,或者其他实现成型平台1移动的机构均可。

图1和图3中示意还可以在支撑环26朝向吸附腔的部分设置过渡区26a,例如以圆弧形的或斜线形由透光的离型件(离型膜33)向支撑板35斜坡状聚拢式过渡,形成过渡区26a。当离型膜33被真空吸附朝向支撑板35时,离型膜33的周边区域由过渡区26a支撑形成斜坡状,如图3所示,避免了离型膜33曲率的突变或直角变形,避免了离型膜33局部应力集中,大幅增加离型膜33的可靠性和寿命。离型膜33一般采用透光的有机薄膜材料,可以是行业常用的离型膜材料,例如聚四氟乙烯薄膜(特氟龙薄膜)、FEP树脂(氟化乙烯丙烯共聚物)或PET薄膜等,具有弹性,所以离型膜33在光敏料5侧大气压或增压的光敏料5的作用下迫使离型膜朝支撑板35变形,并可以贴靠到支撑板35上,支撑板35可采用透光的板材,如玻璃,PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯),COC(Cyclic olefin copolymer,环烯烃共聚物)或石英等。利用支撑板35限制了离型膜33的变形范围,即可以确保离型膜33和固化模型51分离,同时光敏料5可以填充回流到离型面和固化模型51之间的间隙,又可以防止离型膜变形过大损坏或降低寿命。

打印过程中,如图3,介质源4向吸附腔38内注入设定体积或压强的液体介质71,透光的离型膜33为平整的打印工作位状态,成型平台1与离型膜33或离型面之间为预设间距,光源37发出的光束39透过支撑板35、吸附腔38和离型膜33选择性照射光敏料5,形成预设固化层,固化模型51结合到成型平台1上,成型平台1可与透光板3相对远离移动,使得光束39层层照射光敏料5形成的固化层堆叠形成固化模型51并结合到成型平台1上。例如图3中示意介质源4为柱塞泵,通过控制柱塞76在缸套体75内移动的距离来控制注入吸附腔内液体介质的体积,还可以在缸套体75外侧设置散热翅72,对液体介质71散热。

完成一层固化成型后,如图4,停止光束39照射,介质源4将吸附腔38内的液体介质71抽出。如图4中柱塞76下移使得缸套体75内的空间增加,最佳的,介质源4设置在吸附腔38的下方位置,液体介质71在重力作用下快速流出吸附腔到介质源4处,使得离型膜33如图4中示意被上方光敏料5的重力和压强作用下快速朝向支撑板35的方向变形,并与固化模型51之间结合的边缘处形成裂隙,加快离型膜33与固化模型51的分离,介质源4抽出足够多的液体介质或者让剥离工作位保持一定的时间,则离型膜33可以与固化模型51的打印面彻底分离。离型膜33与固化模型51之间的间隙回流填充光敏料5,分离的离型膜33可能贴靠到支撑板35上,支撑板35对此离型膜33的变形进行限位,支撑板35限定了离型膜33的最大变形量并对离型膜33进行支撑和保护。如图5所示,柱塞76移动到最下方位置,离型膜33贴靠到支撑板35上并与固化模型51之间产生较大的间隙,方便光敏料51可快速回流填充到此间隙中。图5中示意另外上述过程中成型平台1也可以同时沿图示的箭头向上远离离型膜33移动,直到下一层打印的预设位置。

然后停止介质源4再向吸附腔内重新注入设定体积的液体介质71,离型膜33恢复到平整状态,成型平台1此时可能移动到下一层打印的预设位置,在固化模型51的打印面与离型膜33的打印工作位之间形成打印层的层厚间隙,回到了图3所示的状态,然后继续如图3所示光束39根据下一层的层图案信息照射光敏料,形成新的一层固化层结合到固化模型51上。如此重复进行直到打印完成。采用本发明的结构和方法可加快离型膜33与固化模型51的分离速度,并可以让分离过程与成型平台的移动同时进行,进一步提升打印速度,另外液体介质71剥离过程中进行散热,可快速带走热量,利于对离型膜33和光敏料51的散热,利于提升打印速度和打印质量,提升设备的稳定性。

实施例2

图6到图8示意与吸附腔相连通的开孔28尽量设置在低处,例如图6中示意开孔设置在支撑环26的最下方的位置,图7中示意第一开孔28-1或第二开孔28-2还可以设置在支撑板35上,例如垂直穿透支撑板35。在支撑板35上设置孔可能更加方便。图8示意透光板35和支撑环26为一体的零件,开孔设置在支撑环26与支撑板35之间的区域。总之,最佳的将开孔28-1或开孔28-2设置在吸附腔38尽可能靠下的位置,如此在剥离过程中方便液体介质71的流出,离型膜33可以最后才覆盖了开孔28-1或开孔28-2,可以更好的防止开孔被离型膜33被过早盖住后吸附腔内的液体介质71难以进一步流出,避免或减少残留,利于离型膜33朝支撑板35的方向变形和利于快速剥离,当然如此也方便液体介质71后续的注入。针对光源39可的液体介质可以采用水、润滑油、冷却液或其他透光液体材料。利用液体介质可以更利于离型膜33和光敏料5散热,如图3到图5的重复每次循环过程,吸附腔内的液体介质71会吸出和重新注入一次,比气体具有更高热容的液体介质可以实现更快的散热。液体介质71几乎不会被压缩,更容易快速的抽出或注入,实现对离型膜的控制,提升打印速度,在频繁的打印工作位和剥离工作位交替过程中,利于液体介质比气体介质更加节约能源、简洁高效,且设备小巧。且相比气体,更容易密封,利于降低设备成本和方便维护。离型膜33与支撑板35之间的间隙为h,即支撑环26的厚度或吸附腔的高度,此间隙h限定了离型膜33的变形量,利用支撑板35对离型膜33进行剥离过程的限位和支撑保护。

为了提升散热效果,还可以图6到图7示意设置多个介质源,例如图中设置介质源4a和4b,图6中示意两个介质源4b向吸附腔内注入预设体积的液体介质71,形成打印工作位,介质源4b保持继续散热的状态。光束39进行选择性照射光敏料5形成固化模型51,然后介质源4b将吸附腔内的液体介质71抽出,如图7所示,支撑板进入剥离工作位,实现与固化模型51的剥离,离型膜33贴靠到支撑板35。然后,可以让介质源4a向吸附腔内注入液体介质,恢复打印工作位,而介质源4b中的液体介质可以继续散热。通过两个介质源的交替工作可以让液体介质散热更加充分,大幅提升散热效果,可保持离型膜33或光敏料5的温度,利于提升打印速度和打印精度。还可以在吸附腔设置多个开孔分别连接管路与同一个介质源4连通,多个开孔相互尽量远离,例如在吸附腔的四周设置多个开孔均与介质源连通。如果支撑板和离型膜形成的吸附腔不是很平的放置时,当形成剥离工作位过程中,液体介质可能会滞留在倾斜的低处,而通过吸附腔周边设置多个开孔,不论吸附腔那侧偏低都可以通过就近的开孔让液体介质流出,确保剥离过程可靠进行,降低对环境的影响,例如降低对如地面或桌面的平整性或环境振动对打印过程的影响,提升设备运行可靠性和稳定性。前述的各实施例中支撑环26也可以通过粘结剂与支撑板35结合为一体的零件,支撑环26可以不必透光,当然支撑环26与支撑板35也可以是同一个零件的不同部分。

还可以如图8所示,成型平台1与液槽体21的内壁滑动密封配合,支撑板35和离型膜33与液槽体21的一端固定密封,液槽体21的内部形成密封的工作腔,此密封的工作腔与打印料源59连通,利用打印料源59可以控制工作腔内光敏料5的压强为设定值或范围。剥离过程中介质源4抽出吸附腔内的液体介质使得离型膜33在光敏料5的压强作用下朝支撑板35的方向凸出变形,并可以贴靠到支撑板35,同时成型平台1可以远离离型膜的方向移动设定距离。然后可以向吸附腔注入预设体积的液体介质,离型膜33恢复到打印工作位,可以进行下一层的打印,光束39(图中未示出)透过支撑板35、吸附腔和离型膜33选择性照射液槽体21内的光敏料5形成固化模型51。液体介质经介质源4抽出后,可以流经具有散热器72-1的介质箱49,介质源4再由介质箱49抽出经过散热器72-1散热后的介质注入到吸附腔内,利于介质实现对离型膜和光敏料5进行散热,介质源4可以采用泵送装置,例如齿轮泵或其他实现精确容积控制的泵均可。增压的光敏料5能更加快速的填充到离型膜33与固化模型51之间,提升打印速度,而且由于可以提升光敏料5的压强,剥离过程中光敏料5也会将固化模型51推向成型平台1,使得离型膜33对固化模型的作用力被光敏料5的推力平衡,减少固化模型51的剥离过程中的受成型平台1的拉力,利于减小固化模型的变形,提升打印精度和稳定性。由于液体介质的不可压缩性,介质源4依然通过向吸附腔内注入预设体积的液体介质即可实现离型膜的打印工作位,可以不受光敏料5的压强的影响,实现光敏料5的压强控制与离型膜打印工作位或剥离工作位控制的相互独立进行,实现方式简单可靠。打印过程中,还可以让光敏料5由打印料源59经工作腔和阀门57到打印料箱55循环流动,利用光敏料5的流动将光束39照射光敏料聚合反应产生的热量带走,进行散热,尤其是将靠近离型膜33附件的光敏料5带走,可更加有效的带有热量,还可以在管路上设置散热器72-2加快光敏料的散热。另外还可以设置阀门58,打印结束后可以打开阀门58,将液槽体21内的光敏料58流回到打印料箱55中。图中还示意采用上置光源的结构,可以让光敏料5的重量不会作用到离型膜33上,利于离型膜33打印工作位时保持平整状态。

实施例3

如图2、图9和图10图所示,透光件采用离型板31,且离型板31与液槽体21的内侧滑动密封配合,图中示意液槽体21内壁设置定位部24,例如在液槽体24内壁朝内凸出的部分形成定位部24,定位部24可以是环周结构,也可以是沿环周的多段结构,也可以是单独的零件安装在液槽体的内壁上,离型板31与液槽体21的内壁滑动密封配合,并向上由定位部24进行定位确定打印工作位,在定位部24与离型板31之间设置弹性的密封件27,液槽体21下方与支撑板35固连并密封。由支撑板35、液槽体21和离型板31形成了密封的吸附腔,吸附腔与介质源4连通。打印过程中,如图2所示,介质源4向吸附腔内注入设定体积或压强的液体介质71,透光的离型板31移动到液槽体21的定位部24,处于打印工作位,成型平台1与离型板31之间为设定间距,光束39透过支撑板35、液体介质71和离型板31选择性照射工作腔内的光敏料5,完成一层的打印;然后介质源4抽出吸附腔内的液体介质71,离型板31向远离成型平台1移动,可以贴靠到支撑板35上进行限位,如图10所示,处于剥离工作位,实现离型板31与固化模型51的分离(剥离),同时,成型平台1可以如图中箭头所示向上移动设定距离。然后介质源4可以再次向吸附腔内注入液体介质71,恢复到图2所示的打印工作位,如此层层固化的固化层结合形成固化模型51,固化模型51结合在成型平台1上。刚性的透光的离型板31通过移动实现打印工作位和剥离工作位的转换,相比弹性的离型膜33通过弹性变形进行转换更加可靠耐用,也更容易实现离型面32(如图25所示)的平整。另外,还可以设置多个开孔,例如图9中设置开孔28,还设置开孔28-1,分别通过管路与介质源4和4-1连通,分离过程中,可以先让介质源4工作抽吸附腔内的介质71,介质源4-1先保持不工作,使得离型板31吸附腔侧的受力部均衡,朝向先抽介质的开口倾斜移动,使得离型板31倾斜的方式与固化层“撕”的方式剥离,然后,还可以让另一个介质源4-1也开始抽介质,让离型板31与固化层完全分离,如此通过沿离型板相对两边的开孔的抽出液体介质的时序不同实现离型板的倾斜,如图10所示。还可以设置3个多以上的开口在支撑板的周缘,最佳的可以相互环周等间距设置,分离过程中可以让各开口交替打开,例如环周顺时针方向按顺序依次抽吸附腔内的介质,如此可以让离型板的倾斜方向不断沿环周方向变化,使得离型板在多个方向依次的从固化模型51上“撕”下来,可进一步减小固化层的分离过程的受力,加快分离速度,减小模型51的变形,提升打印精度。另外,也可以如图25所示,不用定位部24,离型板31与液槽体21之间可沿轴向滑动,且相互保持密封,例如之间设置密封件27,通过介质源4控制吸附腔内的介质71的体积来控制离型板31的位置,从而实现离型板在打印工作位和剥离工作位之间的交替变化,如此液槽体结结构简单,且调整吸附腔容积大小的变化更加灵活,可不必修改液槽体。

实施例4

图11示意成型平台1与液槽体21或框架91固连,并在打印过程中成型平台1与液槽体21之间保持密封,透光组件包括离型膜33和支撑板35,透光组件与液槽体21的内部滑动密封配合,例如通过支撑板35在液槽体21的内壁滑动密封配合,支撑板35与液槽体21之间可以设置密封圈27加强密封效果。在支撑板35的上方设置离型膜33,离型膜33与支撑板35设置预设间隙形成密封的吸附腔。成型平台1、液槽体21、支撑板35和离型膜33形成了密封的工作腔,工作腔与打印料源59连通,打印料源59向工作腔内充入预设压强的光敏料5。打印过程中,光源37发出的光束39透过支撑板35、吸附腔和离型膜33选择性照射液槽体21内的光敏料5形成固化模型51,固化模型51结合在成型平台1的下表面,完成一层打印后,停止光束39照射,介质源4抽出吸附腔内的液体介质离型膜进入剥离工作位,剥离完成后,介质源4再次向吸附腔内注入预设体积的液体介质71,离型膜33恢复打印工作位,同时支撑板35带到离型膜33通过连接件38(包括横向连接件38b和竖向连接件38a)与驱动机构15连接,由驱动机构15驱动支撑板35和离型膜33远离成型平台1向下移动设定距离,如层厚,然后光束进行下一层照射固化,如此重复直到模型打印完。打印完成后可以停止打印料源59,最好先降低工作腔内的压强,然后将成型平台1从液槽体21或框架91上取下来,即可将固化模型51取出,如图12所示,如此结构即可确保工作腔的可靠密封又方便固化模型51的取出,设备上方可形成平台结构,应用方便,简洁美观。

实施例5

图13和图14示意在液槽体21内固化模型51的两侧设置相对的两套离型膜33和透光的支撑板35实现双向同时打印,图中左右两侧分别设置第一透光组件20-1和第二透光组件20-2,第一透光组件20-1包括离型膜33-1、支撑板35-1以及支撑板35-1与液槽体21内壁之间的滑动密封27,第二透光组件20-2包括离型膜33-2、支撑板35-2以及支撑板35-2与液槽体21内壁之间的滑动密封27。第一透光组件20-1和第二透光组件20-2均在液槽体21内滑动密封配合,并与液槽体21形成密封的工作腔。此工作腔与打印料源59连通,打印料源5向此工作腔内充入预设压强的光敏料5。离型膜33-1、支撑板35-1形成密封的第一吸附腔,离型膜33-1、支撑板35-1形成密封的第二吸附腔,第一吸附腔和第二吸附腔分别与介质源4连通。当介质源4向两吸附腔内注入预设体积的液体介质,如图13示意离型膜33处于平面状态的打印工作位,光束39-1和39-2分别在两侧透过支撑板和离型膜照射光敏料,在固化模型51的两侧同时形成固化层。然后如图14,停止光束照射,介质源4由两吸附腔抽出液体介质,形成剥离工作位,同时第一透光组件20-1和第二透光组件20-2还可以分别相互远离移动,如图14所示,分别沿两个空心箭头移动,离型膜33-1和33-2在光敏料5的压强的作用下分别压向支撑板35-1和35-2,左右两侧的离型膜分别与固化模型51的两侧分离,并在固化模型51与离型膜之间的间隙分别回流填充光敏料。然后介质源4向两吸附腔内注入预设体积的液体介质,重新恢复到打印工作位,第一透光组件20-1和第二透光组件20-2移动到下一层打印的预设位置,开始下一层的光照固化打印,如此重复进行。另外,第一透光组件20-1和第二透光组件20-2也可以采用类似图19到24中的透光组件,分别包括离型板31和支撑板35,在第一透光组件20-1中的离型板和支撑板之间的间隙密封形成第一吸附腔,在第二透光组件20-2中的离型板和支撑板之间的间隙密封形成第二吸附腔。

实施例6

图15和图16示意离型件采用透光的离型板31,离型板31与液槽体21的内侧滑动密封配合,图中示意液槽体21的上端设置一段过渡套23,离型板31与过渡套23滑动密封配合,并向下由液槽体21的上端面即定位部进行定位,液槽体21上方与支撑板35固连并密封,具体的液槽体21的上端设置一段过渡套23与支撑板35固连密封。由支撑板35、液槽体21(具体是过渡套23)和离型板31形成了密封的吸附腔,吸附腔与介质源4连通。还可以在离型板31与过渡套23之间设置密封圈27。成型平台1在液槽体21的内壁滑动密封配合,可沿液槽体21轴线滑动,并保持密封配合。成型平台1、液槽体21和离型板27形成密封的工作腔,工作腔与打印料源59连通。离型板31与光敏料5接触的表面为离型面,固化模型51与离型面接触的表面为打印面。打印过程中,介质源4向吸附腔内注入设定体积的液体介质71,透光的离型板31移动到液槽体21的定位部24进行定位,处于打印工作位,打印料源59向工作腔内注入预设压强的光敏料5,成型平台1与离型板31之间为设定间距,光束39透过支撑板35、液体介质71和离型板31选择性照射工作腔内的光敏料5,完成一层的打印,则介质源4抽出吸附腔内的液体介质71,离型板31由光敏料5的压力作用远离成型平1移动,可以贴靠到支撑板35上进行限位,如图16所示,处于剥离工作位,实现离型板31与固化模型51的分离(剥离)。同时,成型平台1可以如图中箭头所示向下移动设定距离。然后介质源4可以再次向吸附腔内注入液体介质71,恢复打印工作位,如图15所示,如此层层固化的固化层结合形成固化模型51,固化模型51结合在成型平台1上。通过加压可提升光敏料5回流到固化层与离型板之间的间隙,加快打印速度,利用光敏料与介质的压力平衡,可更换的控制离型板的平整状态,提升打印精度。

实施例7

图17和18示意还可以直接在离型板31与支撑板35之间靠近过渡套23设置弹性件47(也可以采用具有弹性的密封件27设置在此处),弹性件47同时起到密封的作用,让吸附腔保持密封状态,并将吸附腔和工作腔隔离开。当介质源4抽出液体介质71时,光敏料5的压强会推动离型板31压缩弹性件47向透光支撑架35移动。图18示意在离型板31可以让多个的弹性件47的弹性不同,例如图17和18当抽出吸附腔内的介质时,离型板31会先压缩弹性件47作用力小的区域,即在弹性件47的弹力小的区域先向支撑板的方向倾斜移动,剥离工作位时离型板31可以先倾斜的状态与固化模型剥离,如图18所示,假设弹性件47右侧的作用力小于左侧的情况,则离型板31先在右侧向上倾斜运动,如此可降低剥离作用力,加快剥离速度。

实施例8

图19和图20示意成型平台1与液槽体21固连并密封,透光组件包括离型板31和支撑板35,透光组件与液槽体21的内壁滑动密封配合,例如通过离型板31或滑动套78与液槽体内壁滑动密封配合。例如在支撑板35和离型板31之间可设置密封圈27,密封圈27具有弹性,密封圈27与液槽体21内壁配合密封,使得支撑板35和离型板31可沿液槽体21内滑动,并保持密封配合。支撑板35、离型板31和密封圈27形成密封的吸附腔。离型板31、液槽体21和成型平台1形成密封的工作腔。打印过程中,介质源4向吸附腔内注入预设体积的液体介质71,离型板31处于打印工作位,工作腔内有打印料源59填充预设压强的光敏料5,光束39照射工作腔内的光敏料5,完成一层打印,则介质源4可以抽出液体介质71,离型板31会在光敏料5的压强作用下压缩密封圈27,形成剥离工作位,重复进行形成固化模型51结合到成型平台1上。图19中还示意可以采用多个介质源4分布在环周位置,通过介质源4抽出液体介质的速度不同,可以让离型板31倾斜移动向支撑板。支撑板35可以朝远离成型平台1的方向移动。图20示意的结构与图19的不同之处在于密封圈27设置在离型板31与液槽体21之间,在离型板31与支撑板35之间再设置弹性件47,离型板31、支撑板35和弹性件47形成了密封的吸附腔。如此利于提升密封腔密封的可靠性并让弹性件47将离型板31与支撑板35密封连接,同样可以通过弹性件47环周弹性等作用的不同可以让离型板31倾斜移动的方式进行剥离。图21和22示意的结构与图20方案不同的是取消了弹性件47,并在支撑板35与液槽体21之间设置另一个密封圈27-2,离型板31、支撑板35和液槽体21之间形成了密封的吸附腔。如此离型板31和支撑板35可以在液槽体内相对独立滑动,只要利用介质源4控制吸附腔内液体介质的体积,就可以控制离型板31的位置,实现对打印工作位和剥离工作位的灵活控制。各实施例中的支撑板35可以由驱动机构(图中未示出)控制移动。 图19到图22所示的实施方案通过控制吸附腔内介质的体积来控制离型板在打印工作位和剥离工作位之间的交替变化,可不用设置定位部24,结构更加简洁。

实施例9

图23和图24示意支撑板35与滑动套78固连,滑动套与液槽体21内壁滑动密封配合,还可以在滑动套与液槽体21内壁间设置密封圈27-1,离型板31在滑动套78内壁滑动密封配合还可以在离型板31与滑动套78间设置密封圈27-2。离型板31、支撑板35和滑动套78形成密封的吸附腔。滑动套78可以理解为支撑板35的一部分,相当于支撑板35向上翻形成。离型板31、滑动套78、液槽体21和成型平台1形成密封的工作腔,工作腔内填充由设定压强的光敏料5。图23中,介质源4向吸附腔内注入预设体积的液体介质71,离型板31移动并由滑动套78朝向成型平台1远离支撑板35的一侧设置的定位部24所定位,实现打印工作位。另外,还可以如图24所示在离型板与支撑板35之间的外延设置弹性件47,如此可以取消离型板31与滑动套78之间的密封腔27-2。打印过程中光束39透过吸附腔选择性光敏料5形成固化层,然后介质源4将吸附腔内的液体介质抽出,离型板在加压的光敏料5的作用下移向支撑板35,切换到剥离工作位,当然也可以让弹性件47在被压缩时沿离型板31环周具有不同的作用力,或环周设置多个弹性件47,一边的弹性件的作用力(弹性力)比另一边的大,则离型板31可倾斜的移动与固化模型51剥离,减小剥离力。滑动套78可以带动离型板31和支撑板35一同移动,结构更加稳固,另外利用滑动套78上端的定位部24可以更加精确的控制离型板31的打印工作位的平整状态和位置。还可以如图中示意在滑动套78上设置通孔,打印料源59通过此通孔与打印工作腔连通,如此可避免在液槽体21上设置通孔,而且即使是打印的最开始阶段,即离型板31与成型平台1很贴靠的状态时,也容易实现光敏料的输入。图中还在成型平台1朝向离型板侧设置凸台13,固化模型51结合在凸台13上,如此可以在打印的最开始阶段让滑动套78的定位部24嵌入到凸台13的周边,实现对离型板31与成型平台1的间隙的任意控制。图19到图24所示各实施例也可以类似的形成图13和14所示的两侧同时打印的实施方式。

图26示意了一种三维光固化打印方法流程图,启动打印机,将三维模型信息导入,并导入相应的层图案信息,成型平台1与离型件(例如离型膜33或离型板31)之间为预设的间距,离型件处于打印工作位,即处于可以进行光照固化的状态,如平整的平面状态。然后光束39透过离型件选择性照射光敏料5,形完成当前层图案的光照固化,固化一层后,介质源抽出吸附腔中的透光的液体介质,离型件为剥离工作位,离型件可能贴靠到支撑板。剥离工作位中,光敏料5的压强还可以同步增加,加快固化模型与离型件剥离(分离)。同时还可以增加成型平台1与离型件之间的间距,例如成型平台1沿远离离型件的方向移动,直到移动到设定距离,例如固化层的层厚。然后介质源向吸附腔内注入设定体积的液体介质,离型件为打印工作位,打印工作位时的光敏料5的压强可以同步回调,加快离型件恢复到平整状态;固化模型51的打印面移动到与离型件为打印层厚距离。导入下一层的层图案,下一层的层图案成为当前层图案,重复上述步骤让光束39透过离型件选择性照射光敏料5,如此重复进行,直到完成三维模型的打印。

总体上,打印过程中,离型件(离型膜33或离型板31)交替的处于两种状态,即打印工作位的平面状态,以及剥离工作位,如离型膜33朝向支撑板35方向变形凸起的状态,或离型板31朝支撑板35方向移动,当然离型板31也可能会少许向支撑板35方向变形凸起变形,通过介质源4来控制两种状态的切换。另外在离型膜或离型板与固化模型剥离的过程中,还可以监控吸附腔内的真空度或压强,通过真空度或压强的变化来判断离型膜或离型板是否与固化模型实现了分离。例如在管路45或吸附腔38可以设置传感器77,传感器77可以用于检测吸附腔38内的真空度或压强,例如图1中所示。当真空度或压强出现突变时,例如真空度快速降低或压强快速提升,则表明离型膜33或离型板31与固化模型51实现分离,然后可以停止剥离工作位,即可以开始让介质源4向吸附腔内注入设定体积的液体介质,使得离型膜33或离型板31恢复到平整的打印工作位,如此可以进一步加快分离速度和打印速度。例如不同固化层的图案可能不同,分离所需的时间可能不同,通过监控剥离状态可以节约时间,提升打印速度。

图27示意成型平台1与离型膜或离型板的间距S和吸附腔38内的液体介质的体积(例如介质源4如果为柱塞泵,可以用柱塞76的位移表示)Q随时间t的变化曲线。图中左侧纵坐标表示成型平台1与离型件(离型膜33或离型板31)的间距S,右侧纵坐标表示吸附腔38内的液体介质的体积Q,横坐标表示时间t。图中的时间段t1和t2示意了一个层打印过程,整个打印过程是多个层打印过程的重复过程。t1过程中光束选择性照射光敏料5形成固化层,介质源4向吸附腔内注入预设体积的液体介质,离型膜为打印工作位,固化模型51的打印面与离型膜33或离型板31之间为打印层厚距离δ,此时光束39可以对工作腔内的光敏料进行选择性照射固化形成固化模型51。固化模型51或成型平台1或支撑板35直接单向移动到预设位置,可以没有往复运动过程,即在固化模型51或成型平台1或支撑板35移动到下一层的打印的预设位置的过程中保持单向移动,直到固化模型51的打印面与离型膜33或离型板31的打印工作位达到预设间距,如此可更加节约时间,可实现更快的打印速度,取消了成型平台1的往复运动,避免了驱动机构间隙(如回隙或侧隙)对成型平台1位置精度的影响,利于提升打印精度。在t2阶段,吸附腔内的液体介质快速减少,即采用介质源4将吸附腔内的液体介质快速抽出,离型膜33或离型板31在光敏料5侧压强作用下朝支撑板35变形并可能贴靠到支撑板35上,使得离型面与固化模型51剥离,光敏料5填充回流到离型面与固化模型51的打印面之间的间隙,然后进行下一个t1阶段。另外还可以让固化模型51或成型平台1先移动较大的距离,然后再回向移动到预设位置,即结合了固化模型51往复运动的方式来进行剥离,可实现固化模型与离型面之间更大的间隙,利于大模型打印过程中的剥离和光敏料的回流,采用本发明的方法可以还可以大幅降低固化模型51往复移动的距离,针对大模型也依然可以提升打印速度。

离型膜33或离型板31与支撑板35之间的间距可根据试验确定,可能会根据离型膜33或离型板31的面积大小和材质不同等有所不同。总体上此间距应该尽量确保离型膜33或离型板31与固化模型51能可靠分离,且可能又不会由于过大的变形导致离型膜33损坏或降低寿命。

文中所述的光固化光源可以根据具体的光敏料特性采用355nm或405nm的紫外光,进行紫外光固化,或405nm到600nm的可见光等不同的光源,进行可见光固化。光成像装置可以采用SLA(Stereo Lithography Apparatus),DLP(Digital light Processing),激光扫描(Laser),LED屏,LCD屏等多种方式实现,也可以利用手机屏幕,IPAD屏幕,其他显示屏等屏幕作为成像光源,当然还可以配合相应的镜组调整光线。

本发明所述的光敏料为任何光照可以引发聚合反应的光敏树脂液体,还可以在树脂液体中混合粉末材料,如陶瓷粉末,金属粉末,塑料粉末或其他的粉末材料进行混合,还可以在树脂中混合细胞,药物,颜料等。

文中叙述采用“上方”,“下方”,“左”,“右”等方位性词语,是基于具体附图的方便性描述,不是对本发明的限制。实际应用中,由于结构整体在空间的变换,实际的上方或下方位置可能会与附图的不同。但这些变换都应是本发明的保护范围。

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