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一种光敏料脉动离型方法和装置

文献发布时间:2023-06-19 10:18:07


一种光敏料脉动离型方法和装置

技术领域

本发明属于光固化三维打印的技术领域,特别是涉及一种光敏料脉动离型方法和装置。

背景技术

约束液面类型的光固化三维打印装置中的离型过程往往决定了打印速度和精度等一系列关键特性,传统的下置光源的光固化打印过程中一般通过让平台先大幅上移然后回位到设置层厚距离的位置的方式实现模型与离型膜分离,分离速度慢,且分离过程中模型承受了分离作用力,容易变形,影响精度。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,且模型可能依然会受到较大的拉力,容易导致模型变形而影响精度。如果采用光照聚合抑制剂在离型膜表面形成死区的方式来避免模型与离型膜的粘结,可提升分离速度,但对于较大模型由于死区厚度薄,树脂回流的速度难以提升,依然难以实现大模型的快速打印和分离,且由于需要控制抑制剂和材料半透膜等让打印装置复杂和成本大幅增加。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打印速度和打印精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光敏料脉动离型方法和装置,提高透光件与模型之间的分离速度,提升三维打印速度和打印精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光敏料脉动离型方法,包括缸套和可透光的透光件,所述缸套内侧的密封的工作腔中填充光敏料,光束透过透光件选择性照射光敏料在工作腔中逐层打印成型模型,所述模型与透光件之间在逐层打印过程中可控相对远离移动,逐层打印过程中通过对光敏料的压强和\或体积进行控制使得所述透光件在打印工作位和剥离工作位交替;控制光敏料的压强为打印工作压强或为设定体积时,所述透光件呈平整状态且与模型之间为预设间隙,所述透光件位于打印工作位,所述光束透过透光件选择性照射光敏料形成固化层;控制光敏料的压强或体积增大时,所述透光件与模型相贴合的部分朝相对模型的另一侧移动并与模型发生剥离,所述透光件位于剥离工作位。

所述缸套的相对两侧靠近透光件的位置分别设有光敏料的流入孔和流出孔,所述光敏料连续由流入孔流入工作腔并由流出孔流出,使得靠近透光件的光敏料流动带走热量;或者,所述缸套的相对两侧靠近透光件的位置分别设有光敏料的流入孔和流出孔,当所述透光件处于剥离工作位时光敏料由流入孔流入工作腔并由流出孔流出,使得靠近透光件的光敏料流动带走热量,当所述透光件处于打印工作位时光敏料停止流动。

对所述透光件与模型之间的分离情况进行检测,并通过检测结果对光敏料的压强或体积进行反馈控制,当检测到透光件与模型剥离完成时,停止对光敏料增压或注入或者停止光敏料的压强保持。

逐层打印过程中,控制模型保持单向移动使得模型与透光件之间相对远离移动达到预设距离;或者,模型与透光件连续相互远离移动,当所述透光件在打印工作位时光束照射,处于剥离工作位时光束停止照射。

一种实现上述的光敏料脉动离型方法的装置,还包括料源装置和支撑板,所述支撑板至少中部区域可透光,所述透光件为透光的离型膜,所述离型膜相对模型的另一侧设有所述支撑板,所述支撑板与离型膜之间存在预设间隙,所述料源装置对工作腔内的光敏料的压强和\或体积进行升降控制,所述离型膜处于打印工作位时呈平整结构,所述离型膜在与模型发生剥离时,所述离型膜与模型相贴合的部分朝远离模型的方向发生变形形成向支撑板一侧的凸起结构,并通过支撑板对离型膜的向外凸起进行限位。

所述支撑板与离型膜之间形成封闭腔,所述封闭腔设置可透光的介质,所述离型膜在打印工作位时封闭腔中填充介质、在剥离工作位时介质排出封闭腔。

所述支撑板与缸套的内侧滑动密封配合,打印过程中支撑板与离型膜远离模型的方向移动;或者支撑板将离型膜压靠到缸套的端部形成固连并密封,打印过程中模型朝远离支撑板和离型膜的方向移动。

所述支撑板的两面都设置有周边外凸的凸台,一面比另一面的高;将所述支撑板的不同面与离型膜对应,当离型膜处于剥离工作位时实现不同的变形量限位。

一种实现上述的光敏料脉动离型方法的装置,还包括料源装置和支撑件,所述支撑件包括限位部、定位部和复位结构,所述透光件包括透光板,所述定位部用于对透光板的打印工作位进行定位,所述复位结构用于使透光板向打印工作位复位,所述限位部用于对透光板的剥离工作位进行限位,所述料源装置对工作腔内的光敏料的压强和\或体积进行升降控制,使得所述透光板在打印时处于打印工作位、在与模型发生剥离时朝远离模型的方向移动。

所述定位部为缸套的端部,所述支撑件还包括连接部,所述连接部为杆状结构,所述透光板与缸套的内壁或缸套的端部保持密封;且,

所述连接部一端与透光板固定连接,另一端与限位部固定连接,所述限位部设置在缸套的端部相对透光板的另一侧,所述复位结构为弹性件并设置在限位部与缸套的端部之间,所述料源装置对工作腔内的光敏料的压强和\或体积进行升降控制,使得所述透光板在打印时处于打印工作位、在与模型发生剥离时朝相对模型的另一侧移动并压缩弹性件,且通过限位部与缸套的端部之间形成限位;

或者,

所述连接部一端与缸套的端部固定连接,另一端与限位部固定连接,所述限位部设置在透光板相对缸套的端部的另一侧,所述复位结构为弹性件并设置在限位部与透光板之间,所述料源装置对工作腔内的光敏料的压强和\或体积进行升降控制,使得所述透光板在打印时处于打印工作位、在与模型发生剥离时朝相对模型的另一侧移动并压缩弹性件,且通过透光板与限位部之间形成限位。

上述离型装置作为优选还包括与所述工作腔连通并高于工作腔的液位弯管,所述液位弯管连接于工作腔的流出孔或者连接于工作腔的流入孔。

一种光敏料脉动离型装置,所述透光板与缸套的内壁滑动密封配合,所述支撑件还包括杆状的连接部,所述连接部的一端与透光板固连,另一端与定位部固连;且,定位部设置在限位部相对透光板的另一侧,所述复位结构为弹性件并设置在透光板与限位部之间;所述透光板复位至打印工作位时通过定位部与限位部之间进行定位;所述透光板在剥离工作位时相对限位部移动的过程中,通过限位部进行限位;或者,限位部包括限位部第一部和限位部第二部以及将两者固连的限位连杆,定位部设置在限位部第一部相对透光板的另一侧且在限位部第一部和限位部第二部之间,所述复位结构为弹性件并设置在限位部第二部与定位部之间;所述透光板复位至打印工作位时通过定位部与限位部第一部之间进行定位;所述透光板在剥离工作位时相对限位部移动的过程中,通过限位部第一部或限位部第二部进行限位。

所述透光板通过支撑件可滑动的密封装配在缸套的内部,所述支撑件还包括连接部,所述连接部将定位部和限位部连接一体,透光板设置在定位部和限位部之间,所述复位结构为弹性件并设置在限位部与透光板之间,所述透光板复位至打印工作位时通过定位部进行定位;所述透光板在剥离工作位时相对限位部移动的过程中,通过限位部进行限位;所述透光板采用如下的三种方式之一进行密封,方式一,所述透光板与定位部之间通过弹性密封保持密封,或者,方式二,所述透光板与缸套的内壁之间保持密封,或者,方式三,所述透光板与环状的连接部的内壁之间保持密封。

还包括对到达打印工作位的透光板和\或到达剥离工作位的透光板进行到位检测的位置传感器。

一种光敏料脉动离型装置,还包括平台,打印过程中,所述平台、透光件和缸套形成密封的工作腔,所述模型结合在平台上;打印完成后,通过如下的方式之一取出所述模型:方式一,所述透光件在上方,平台在下方并在与缸套内壁滑动密封配合,打印完成后通过缸套下移取出所述模型;或者,方式二,将所述透光件设置为翻盖式结构,所述透光件在上方,平台在下方并在与缸套内壁滑动密封配合,打印完成将透光件翻盖打开,平台向上移动,露出所述模型方便取出;方式三,所述平台在打印过程中固定在所述三维打印装置的框架上或缸套上,所述透光件在平台的下方,所述透光件或支撑件与缸套的内壁滑动密封配合,打印过程中所述透光件可向下移动,形成模型结合在上方的平台上,打印完成后,将所述平台从所述框架或缸套上取下,以便取出所述模型。

所述透光板与模型发生剥离的过程中,所述透光板的一边先与模型发生剥离并倾斜,再整体与模型脱离。

一种实现上述的光敏料脉动离型方法的装置,还包括对工作腔内的光敏料的压强或体积进行升降控制的料源装置,所述模型的相对两侧分别设有透光件,在逐层打印过程中两侧的透光件分别可控相对模型远离移动预设距离。

有益效果

第一,本发明采用动态控制光敏料的压强或体积的方式让离型膜产生相对模型的朝相互远离的方向变形或者让透光板产生相对模型的朝相互远离的方向移动,实现透光件与模型之间的快速剥离(或分离),且透光件与模型之间的剥离过程与利用机械驱动控制模型与透光件之间产生相应远离移动同步进行,可大幅提升打印速度。另外由于光敏料的加压作用,能够更加快速的填充模型与透光件之间的间隙,有效提升透光件与模型之间光敏料的回流速度,进一步提高打印速度。

第二,通过离型膜产生相对模型的相向变形或者透光板产生相对模型的相向移动,使得平台可以保持单向移动,如此避免了平台通过往复运动来实现剥离,避免了平台的驱动机构间隙(如丝杆副等的回隙或侧隙)对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,采用光敏料加压的方式将模型与透光件分离,能够有效减小模型受到透光件对其的拉力的影响,通过光敏料对模型表面的压强形成的压力可以平衡透光件的拉力,能够降低透光件分离过程中导致模型受拉力变形,从而提升打印精度和打印过程的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1离型膜处于打印状态的结构示意图。

图2为本发明实施例1离型膜处于剥离状态的结构示意图。

图3为本发明光固化三维打印方法的流程示意图。

图4为透光件离型面与模型分离检测反馈控制光敏料压强的流程示意图。

图5为平台位移S与光敏料压强P随时间t的一种变化曲线。

图6为平台位移S与光敏料压强P随时间t的另一种变化曲线。

图7为本发明实施例2的结构示意图。

图8为本发明实施例3离型膜处于打印状态的结构示意图。

图9为本发明实施例3离型膜处于剥离过程的结构示意图。

图10为本发明实施例3离型膜处于剥离状态的结构示意图。

图11为本发明实施例3离型膜恢复打印状态的结构示意图。

图12为本发明实施例4离型膜处于打印状态的结构示意图。

图13为本发明实施例4离型膜处于剥离状态的结构示意图。

图14为本发明实施例5离型膜处于打印状态的结构示意图。

图15为本发明实施例5离型膜处于剥离状态的结构示意图。

图16为本发明实施例6的结构示意图。

图17为本发明实施例7透光板处于打印状态的结构示意图。

图18为本发明实施例7透光板处于倾斜状态的结构示意图。

图19为本发明实施例7透光板处于分离状态的结构示意图。

图20为本发明实施例7透光板恢复打印状态的结构示意图。

图21为本发明实施例7透光板的另一种结构示意图(透光板处于打印工作位)。

图22为本发明实施例7透光板的另一种结构示意图(透光板处于剥离工作位)。

图23为本发明实施例7复位结构的另一种结构示意图(透光板处于打印工作位)。

图24为本发明实施例7复位结构的另一种结构示意图(透光板处于剥离工作位)。

图25为本发明实施例8透光板处于打印状态的结构示意图。

图26为本发明实施例8透光板处于分离状态的结构示意图。

图27为本发明实施例8透光板处于打印状态的另一种结构示意图。

图28为本发明实施例8透光板处于分离状态的另一种结构示意图。

图29a为本发明实施例9透光板处于打印状态的结构示意图。

图29b为本发明实施例9透光板处于分离状态的结构示意图。

图30a为本发明实施例10的缸套下移方式取出模型结构示意图(打印状态)。

图30b为本发明实施例10的缸套下移方式取出模型结构示意图(取模型状态)。

图31为本发明实施例10的透光件掀起方式取出模型结构示意图(打印状态)。

图32为本发明实施例10的透光件掀起方式取出模型结构示意图(取模型状态)。

图33为本发明实施例10的拆卸平台方式取出模型结构示意图(打印状态)。

图34为图31中的实施例的透光板处于剥离工作位的示意图。

图35为本发明实施例10的拆卸平台方式取出模型结构示意图(取模型状态)。

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和图2示意了一种光固化打印装置,透光件和缸套2固定密封连接,形成装有光敏料5的打印工作区。透光件30可以采用透光的离型膜33(可参看图7到11),透光的离型膜33与光敏料5接触的表面为离型面32。并且对光敏料5的压强和\或体积进行控制,当光敏料5为打印工作压强P1时,或为设定体积时,离型膜33处于平面状态,平台1或模型51与离型面32为预设间距,透光件30处于打印工作位,如图1所示,光源37发出的光束39透过离型膜33选择性照射光敏料5(如光敏树脂),形成模型51,模型51结合到平台1上,平台1可与离型膜33相对远离运动,使得光束39层层照射光敏料5形成的固化层堆叠到平台1上形成三维的模型51。光束39透过离型膜33照射的光敏料5固化形成的固化层会与离型面32粘合,为了加快固化层与离型面32的分离(剥离),可以将光敏料5的压强增加到P2,压强P2大于P1,或向工作腔内注入一定体积的光敏料,离型膜33受光敏料5压力的作用会变为图2所示的形状,即形成朝远离平台1方向的凸起状态,使得离型膜33的离型面32与模型51分离,透光件30处于剥离工作位,如图2所示。同时,借助提升的压强或体积在离型膜33与模型51之间回流填充光敏料5,如此可快速的实现了离型膜33与成型模型51的分离和光敏料的回流填充。同时,平台1可以由驱动机构15驱动沿箭头79同步移动,移动到下一层的位置,光敏料压强可再调整回到P1或体积适当减少,透光板3回弹为平面状态,然后再次如图1所示光束39选择性照射光敏料形成固化层。光敏料5的压强或体积控制可以采用多种方式,本实施例中示意平台1设置在缸套2内,平台1与缸套2滑动密封配合。透光板3、缸套2和平台1形成密封的工作腔,即在平台1相对缸套朝远离离型膜33移动的同时,还保持与缸套2之间的密封状态。同时,料源装置4通过管路42向工作腔内提供设定压力的光敏料5,可以保持工作腔内光敏料5的预设压强。

具体可采用图3所示的打印方法: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,平台1移动到预设的初始打印位置,并将光敏料5的压强调整到原始工作压强P1或为预设体积,具体的压强P1也可能是大气压。然后光束39透过离型膜33选择性照射光敏料5,形成固化层,固化一层后,平台1沿远离离型膜33的方向移动,直到移动到设定距离,例如下一个固化层的层厚。同时,将光敏料5的压强快速调整到P2,且P2大于P1,或体积快速增加,更高压强或更大体积的光敏料5同时对离型膜33、模型51和平台1进行加压。平台1的移动可以由其他的机构控制,例如通过由电机带动的丝杆机构控制平台1的位移,所以光敏料5的压强几乎不会影响平台1的移动。离型膜33采用透光的有机离型薄膜材料,具有弹性,所以光敏料5的压强P2会迫使离型膜33朝远离平台1的方向变形,加压的光敏料5利用离型膜33的变形并通过分别推动离型膜33和模型51将离型面32与模型51分离。同时,加压的光敏料5可以快速的填充回流到离型面32和模型51之间的间隙。然后将光敏料5的压强再快速回调到压强P1,P1小于P2,或体积适当减小,离型膜33快速回弹回复到初始平面状态,此时平台1已经移动到距离离型膜33具有下一个打印层厚的距离,所以模型51与离型面32之间的间隙为下一个打印层的层厚。然后再次导入下一层的图案,光束39透过离型膜33选择性照射光敏料5,形成下一层固化层,如此重复进行,直到完成三维模型的打印。平台1和缸套2可能分别是单体件或组装件。离型膜33是有机透光的不容易与模型51粘合的有机薄膜材料,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。图1中仅示意了一种光敏料5的加压方式,当然也可以采用其他的方式实现对光敏料5的压强控制。压强P2的选择可以使得离型膜33能有效地与模型51分离,且不会被压坏或塑性变形。压强P1的选择可以使得离型膜33在自身弹性的作用下能有效回复到平整状态,确保光束39照射时形成的模型51的精度。

图4进一步示意当光敏料5的压强提升到P2后,还可以对离型面32与模型51的分离情况进行检测,例如当检测到离型面32与模型51还没有分离时,可保持光敏料5的压强P2,或者可在限定范围内进一步提升光敏料的压强P2,直到检测到离型面32与模型51已经分离后,再将光敏料5的压强快速降低到P1。如此利于缩短分离的时间,提升打印速度。例如可以避免离型面32与模型51已经分离后依然保持压强P2或继续增加压强P2,每个打印层的图案不同可能分离的时间不同,如此可以实现每层的分离时间的最小化。当然也可以避免离型膜33还没有与模型51彻底分离就将压强P2回调到P1,影响打印质量。在模型51与离型面32分离的过程中可以精确控制进入密封工作腔内的光敏料5的量(如体积),如此可以控制离型膜33的变形量,即可以通过控制注入工作腔内光敏料5的体积的方式来控制离型膜33的变形量,实现离型膜33与模型51的有效分离,并控制离型膜33的变形不会过大而损坏。或者将注入工作腔内的光敏料体积和光敏料5的压强相结合进行控制,可以更有效实现离型膜33与模型51的分离,例如,当完成光照固化后,开始向工作腔内注入光敏料,并监控光敏料5的压强变化,当压强P出现突变时,例如压强P快速降低,则表明离型膜33与模型51实现分离,然后可以停止向工作腔内注入光敏料,或停止对光敏料压强P2的保持状态,并可以开始由工作腔内向外抽出适当量的光敏料,使得离型膜33恢复到平整的打印状态,并保持光敏料的压强P1,使得光敏料5依然与离型膜33贴合形成约束液面。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,分离所需的压强也会不同,通过在注入光敏料的过程中监控光敏料压强的突变可以避免不必要的增加压强或注入光敏料的体积或不必要的保持压强P2的等待时间,可针对各层尽可能快的结束分离过程,节约离型膜33与模型51分离所用的时间,提升打印速度。

图5和图6示意平台1与透光件的间距S和光敏料5的压强P随时间t的变化曲线,图中左侧纵坐标表示平台1与透光件的间距S,右侧纵坐标表示光敏料5的压强P,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,且t1过程中光敏料5的压强保持低压P1,然后t2阶段,平台1与透光件的间距增加,例如可以是模型51或平台1远离透光件移动,最终移动到下一层打印的预设位置,如模型51与透光件之间为打印层厚距离δ。具体的可以采用图5中示意模型51或平台1先移动较大的距离,然后再回向移动到预设位置,可实现模型51的打印面与离型面之间更大的间隙,利于大模型打印过程中光敏料的回流,采用本发明的方法可以还可以大幅降低模型51往复移动的距离,针对大模型也依然可以提升打印速度。而图6中示意模型51或平台1直接单向移动到预设位置,没有像图5所示的往复运动过程,更加节约时间,可实现更快的打印速度。在t2阶段,光敏料5快速提升压强到P2,将压强作用到透光件上使之远离模型51,使得离型面32与固话模型51分离,光敏料5填充回流到离型面32与模型51之间的间隙,在模型51移动到下一层的打印的预设位置的过程中保持单向移动,例如始终保持朝远离离型膜33的方向移动,直到模型51的打印面与离型膜33的打印工作位(或离型面)达到预设距离,如此可更加节约时间,可实现更快的打印速度,还可以避免平台1的驱动机构的驱动间隙(如齿轮或丝杆的啮合侧隙或同步带的弹性变形)的对模型51位置精度的影响,可提升打印精度。或者,打印过程中,模型51连续远离离型面移动,当透光件在打印工作位时光束39透过离型膜33选择性照射光敏料5,处于剥离工作位(或称为离型工作位)时光束39停止照射,如此保持模型51的平稳单向持续移动,即可以提升打印速度,也可以提升打印过程稳定性。由于各层的固化图案可能不同,使得每层打印过程中在相同光敏料压强作用下离型面32的变形量h可能会不同,所以还可以根据各层的光照图案信息动态调整相应的压强P2,使得离型面32的变形量h处于预设的范围内,例如大于h1和小于h2的范围内,如此即可以尽可能的增大压强P2,加快分离速度和光敏料的回流速度,同时也能确保透光件不会因为过大的压强P2而损坏或降低寿命,另外可以如后续本发明示例可以采用透光的支撑板35来限制变形量h。采用光敏料加压的方式将模型51与离型面32分离利于减小模型受到离型面对其的拉力的影响,即光敏料对模型51表面的压强形成的压力可以平衡此拉力,利于降低分离过程中导致模型受拉力变形,提升打印精度和打印过程稳定性。且采用动态控制光敏料压强P的方式让离型面与模型可实现快速分离,且分离过程模型51或与平台1的移动过程是同步并行进行的,可大幅提升打印速度。图5和图6中的压强P2可以根据每层打印图案的大小或形状不同动态调整,可以不是固定值,例如层图案越大,压强P2可以越大。

实施例2,图7为另一实施例的立体结构示意图,示意光源37上置,透光件30包括离型膜33,且与光敏料5相对的另一侧设置设有至少中部区域可透光的支撑板35。支撑板35与离型膜33之间为预设的间隙,可以对离型膜33在压强P2作用下的变形量进行限制,当离型膜33贴靠到支撑板35,由于支撑板35的支撑作用使得离型膜33停止进一步的变形,即可以防止离型膜33变形量过大损坏,也利于提高离型过程中光敏料5的压强P2,提升模型51与离型面32的分离速度。还可以设置压强传感器43检测光敏料5的压强。图中缸套2和平台1示例为圆形,仅为示意,还可以是其他形状,如矩形等。

实施例3,图8-图11示意了另一光固化三维打印装置的实施例,透光件采用离型膜33,离型膜33相对光敏料5或者模型51的另一侧为支撑板35,支撑板35的中部为可透光的区域,例如图8中的两条竖直虚线之间的区域。至少在透光的区域离型膜33与支撑板35之间设有间隙,支撑板35的外缘可以朝向离型膜33的方向凸起,当离型膜33安装到此凸起端面时与支撑板35的中部透光区域之间为预设间隙。支撑板35的外缘凸起将离型膜压靠到缸套2的端部,离型膜33与缸套2的端部配合形成密封,当然,还可以在离型膜33与缸套2之间设置密封材料(如密封圈)。

图8所示离型膜33为光敏料5的压强为P1或设定体积时所处的初始状态,也即打印工作位状态,光束39透过支撑板35和离型膜33选择性照射光敏料5形成模型51。然后如图9所示,停止光束照射,模型51由平台1带动朝远离离型膜33的方向移动,料源装置4快速提升光敏料压强到P2或注入光敏料增加体积,例如料源装置4可以通过穿过缸套2的导管45与打印腔连通,将离型膜33压变形并靠向支撑板35,并在离型膜33与模型51之间的边缘处形成裂隙,在离型膜33的向下拉力作用,以及高压强的光敏料5的推动作用下,让离型膜33快速与模型51完全分离到如图10的完全剥离状态,进入剥离工作位状态,并在间隙回流填充了光敏料5。然后如图11,料源装置4快速减低光敏料的压强到P1或抽出一定体积的光敏料,离型膜33在自身弹性的作用下回复到平面的初始状态,即打印工作位状态。当模型51移动到与离型膜33之间的间隙等于下一个打印层的层厚的位置时,重复进行图8的过程,光束39选择性照射光敏料5实现下一层固化层。总体上,打印过程中,离型膜33交替的处于两种状态,即打印工作位的平面状态,以及剥离工作位的外凸状态(即通过缸套2内的光敏料5的压强作用使得离型膜33朝向透光板35方向变形凸起的状态),通过料源装置4或其他外接管路系统来控制两种状态的切换,打印工作位时缸套2内为原始工作压强,如P1,剥离工作位时缸套2内为增压状态,如P2。如此避免了平台1通过往复运动来实现剥离,在完成一层打印后平台1可以直接移动到下一层的打印位置,另外此过程与离型膜33的由打印工作位向剥离工作位切换,以及再切换回打印工作位的过程可以同步并行进行,可进一步节约时间,提升打印速度,另外取消了平台1的往复运动,避免了驱动机构间隙(如回隙或侧隙)对平台1位置精度的影响,利于提升打印精度。充分利用离型膜33的变形让离型膜33借助高压强的光敏料的压力更容易从模型51上“撕”下来,更利于提升分离速度和打印速度,且减小了离型膜33对模型51的拉动作用,利于减小模型51在与离型膜分离过程中的变形,利于提升打印精度。而且此结构更加简洁,利于提升维护性,即可以采用富有弹性且轻薄的离型膜材料,又通过支撑板35的限位支撑作用使得高压光敏料5对离型膜33的变形能受控,不会将离型膜33压坏,可实现光敏料5更高压强P2的建立。

图10和图11中还示意了一种料源装置4的实施方案,采用柱塞泵44调节工作腔内的压强,柱塞泵44通过管路42与工作腔连通。在图10中,柱塞泵44的活塞76推动泵缸套75内的光敏料5流入工作腔内,并提升了工作腔内的压强,使得离型膜33与模型51完全脱离。然后如图11中,活塞76回撤,将工作腔内的多余光敏料5再回抽到泵缸套75内,并降低了工作腔内的压强,离型膜33在自身弹性作用回复到平整状态。采用柱塞泵44来控制工作腔内的压强更加方便,例如通过控制活塞76的位移可以调整注入工作腔内光敏料5的量(如体积),可以更精确和更快速且利于更频繁的调节工作腔内的压强。进一步的,还可以在泵缸套75的外侧设置散热翅73,利于泵缸套75内的光敏料散热。还可以设置单向阀47和低压料源48,光敏料只能由低压料源48经单向阀47流向柱塞泵44或工作腔,不能反向流动,如此可以即确保工作腔压强受柱塞泵44的灵活调整,又可以实现在打印过程中经单向阀47对工作腔进行补偿光敏料。

该实施例中的离型膜33还可以采用能透过氧气的半透膜,离型膜33与支撑板35之间的间隙与外界空气连通,空气中的氧气可以透过离型膜33进入光敏料5中形成一层光束照射也不固化的抑制层,可减小模型51与离型膜33的粘结。

如图8到11所示在支撑板35的周边凸台的形状可以由离型膜33的表面中央的透光区域平缓过渡凸起到周边形成周边凸台,即周边凸台朝向离型面的部分设置过渡区,过渡区由离型膜33向支撑板35斜坡状聚拢式过渡。当图9和图10中离型膜33压向支撑板35时离型膜33边缘处的形状会平缓过渡,避免离型膜33产生应力集中,提升离型膜33的可靠性和寿命。图11中示意支撑板35还可以是由透光板材35a与支撑体35b结合形成,支撑体35b形成凸台和平滑过渡区,透光板材35a为可透光的平板材料,可方便透光板材35a的制作,利于降低成本。透光板材35a可以采用高强度的透光材料制成。

实施例4,图12和图13示意还可以采用上置光源的结构,光束39由上向下透过离型膜33照射光敏料进行固化,采用上置光源的结构可以让离型膜33不承受光敏料5的重量,离型膜33更容易在自身弹性作用下回复平面状态,利于提升打印精度和设备运行稳定性。另外还可以在离型膜33与支撑板35之间形成封闭腔,此封闭腔内可以填充透光的介质61,如空气、水或润滑油等,可以将此封闭腔通过管路连接阀门48-1和48-2,例如是单向阀门,即介质只能沿图中向左方向流动。当如图12中完成一层光照固化,则光敏料5压强提升到P2时,离型膜33变形并贴靠到支撑板35,如图13所示,离型膜33将此封闭腔内的介质61排出。当光敏料5的压强降为P1时,离型膜33回复到平面状态,如图12所示,封闭腔重新吸入新鲜的空气或水,例如通过阀门48-1,如此在每层的打印过程中可以更换一次封闭腔内的空气或水,利于对离型膜33的散热作用。基于上置式光源的结构,泵送装置41可以通过平台1向工作腔内提供光敏料,可以确保打印开始时也能对工作腔内提供光敏料。还可以设置阀门46b,打印完成时可以快速地将工作腔中的光敏料5排出,例如流回到光敏料箱49。实施例1和实施例3均可以采用上置光源的结构。图12中还示意透光件可以按顺序包括透光板材35a、支撑体35b和离型膜33形成装配体,如此方便进一步与缸套2的安装或拆卸,方便设备维护。

图12和图13中还示意在缸套2上靠近透光的离型膜33的位置还可以设置光敏料5的流入孔55-1和流出孔55-2与密封工作腔连通,最佳的,流入孔55-1和流出孔55-2在工作腔左右两侧对称的对应位置。可以沿离型膜33表面平行的方向排列设置多个流入孔55-1和流出孔55-2,流入孔55-1与泵送装置41连通,泵送装置41可以经流入孔55-1持续或断续方式向工作腔内射入光敏料,然后由流出孔55-2流出,让贴近离型膜33的光敏料快速流动,如此可以将光敏料光照聚合反应的热量带走,利于对离型膜33和光敏料5进行散热。或者,当光敏料5处于压强P2时,模型51与离型膜33进行分离,光敏料填充模型51与离型面32之间间隙的过程中,让光敏料由流入孔55-1到流出孔55-2快速流动,将模型51与离型面32之间和周边附近的光敏料快速更换,然后光敏料5的压强调整回P1,离型膜33回复到光照固化打印的状态(如平整状态),在下一层光照固化时光敏料和离型膜33的温度可有效降低,确保光照聚合反应能正常进行。图中示意设置散热器73,对由工作腔内流出的光敏料进行散热,然后再流入光敏料箱49或流到泵送装置41的输入口,光敏料循环,还可以更新光敏料或对光敏料进行过滤,保持光敏料清洁,防止杂质(如异物残渣等)结合到模型51上,影响打印精度。此时为了提升打印精度,还可以在光束39照射成型过程中停止光敏料的流动,光敏料5既能保持合适的工作温度,也能由离型膜33的约束形成约束液面,利于提升打印精度和设备运行稳定性,也利于提升打印速度。光敏料可以由流出孔55-2经管路再流回到光敏料箱49,还可以设置散热器73,对管路中或光敏料箱49中的光敏料进行散热,例如散热器73可以设置在流出孔55-2与光敏料箱49之间的管路上,由密封工作腔内流出的高温的光敏料散热后再流入到光敏料箱49中,当然管路中还可以设置过滤器,保持流入光敏料箱中的光敏料清洁。在与流出孔55-2连接的管路上还设置阀门46a,阀门46a可以控制光敏料的流动和压强,例如当离型膜33与模型51分离过程中可以打开阀门46a,当光束39照射光敏料成型过程中可以关闭阀门46a,阀门46a还可以是恒压阀或溢流阀,可以保持住工作腔内光敏料5的压强为设置范围。

图12和图13中,在与流出口55-2连通的管路上还可以在高于透光件30打印工作位的位置设置液位弯管95。完成一层打印后,阀门46a关闭,由泵送装置41在工作腔内快速建立压强,将透光件30压离开模型,实现剥离(分离),当然也可以是让阀门46a保持很小的开度,让泵送装置41在工作腔内建立较高压强的同时,还有部分的光敏料流出工作腔,利于散热。完成剥离后,阀门46a打开,光敏料5的压强释放,透光件30复位到打印工作位,但由于液位弯管95比透光件30的打印工作位高,工作腔内的光敏料依然填充满,与透光件贴合的状态,保持液面约束状态,进行下一层打印。另外,液位弯管95也利于打印开始时将工作腔内的空气排出,因为空气容易聚集到最高处,即液位弯管95处,然后可以被光敏料管路流动冲刷将空气带走。本实施例中的料源装置4包括泵送装置41、阀门46a和液位弯管95。当然也可以采用其他的调节工作腔内压强的方式均可。此实施例图中示意平台1与缸套2内壁滑动密封配合。

实施例5,图14和图15示意采用图8类似的离型膜33和透光的支撑板35结构,且支撑板35可与缸套2的内部滑动密封配合,并可以带动离型膜33一体移动,还可以进一步实现双向同时打印,在缸套2内模型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,模型51右侧设置离型膜33-1和支撑板35-1,左侧设置离型膜33-2和支撑板35-2,支撑板35-1和支撑板35-2分别与缸套2内壁之间的滑动密封27,与缸套2形成密封的工作腔离型膜。工作腔此工作腔与料源装置4连通,料源装置4向工作腔内充入预设压强的光敏料5。图14中光敏料5的压强设置为P1,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,在模型51的两侧同时形成固化层。然后如图15,停止光束照射,光敏料5的压强快速提升到P2,例如采用料源装置4提升压强,将离型膜33压向支撑板35,左右两侧的离型膜33分别与模型51的两侧分离,并在模型51与离型膜33之间的间隙分别回流填充光敏料,同时两侧支撑板还可分别相互远离移动到设定位置,如图分别沿箭头79-1和79-2移动,光敏料5的压强快速降低到P1,如图15所示,离型膜33依靠自身弹性回弹复位到平整的打印工作位状态,开始下一层的光照固化打印,如此重复进行。图14和图15中示意料源装置4的给料口设置在左右界面总成之间的缸套上,最佳的设置在两者的中间位置。该实施例不仅可实现离型膜33与模型51的快速分离,还实现双向同时打印,可以大幅提升打印速度。

实施例6,图16示意了一种光固化三维打印装置实施例,透光件包括透光板3,透光板3为具有一定刚度的透光材料制成,如玻璃石英等,或者是离型膜33与玻璃或石英等的结合体,如在玻璃或石英等材料表面贴上离型膜33(如FEP树脂(氟化乙烯丙烯共聚物)),离型膜33与光敏料5接触。透光板3通过支撑件28压靠到缸套2的端部上,如图示支撑件28设置在避开光束39的照射路径的透光件30的周边区域,支撑件28包括限位部24和对透光板3进行限位的限位面24a,还包括定位部,该定位部用于对透光板3的打印工作位进行定位,此实施例中的定位部是缸套2的端部,还包括连接部25和复位结构,此实施例中的复位结构是弹性件22,设置在透光板3与限位部24之间。在透光板3的朝向打印平台1的一侧,在光束39照射区域的外部设置弹性密封21,弹性密封21与缸套2的端部接触形成密封结构,当处于剥离工作位时,光敏料压强提升,将透光板3向外压并克服弹性件22的作用,使得透光板3与模型51分离,透光板3被光敏料5压靠到支撑件28的限位面24a上。完成剥离后,光敏料压强降低,透光板3在弹性件22的作用下重新压靠到缸套2的端部,透光板3恢复到工作位,如果模型51远离透光板3移动到预设距离后,光束39可以开始进行下一层的选择性照射。螺帽状限位部24与连接部25固连或一体成型,限位部24的台阶轴端面为限位面24a,可对透光板3的位移进行限位,即限定了透光板3在光敏料压强作用下的最大位移,支撑件28的连接部25(图示为螺栓杆)穿过透光板3固连到缸套2上。图16中还示意了在平台1上设置孔并经过阀门46连接到光敏料箱49。打印过程中,料源装置4可以朝向成型模型51与透光板3之间的区域持续向工作腔内提供光敏料,同时光敏料5经过阀门46流回到光敏料箱49内,如此可以利用工作腔内光敏料流动来对光敏料被光束照射时的聚合反应产生的热量进行散热,利于提升打印过程稳定性、打印速度和打印精度。阀门46可以是恒压阀或泄压阀,利于控制或保持工作腔内光敏料的压强。

图16中还示意了对光敏料5加压的一种方式,即让平台1与缸套2密封滑动配合,通过料源装置4对光敏料5进行给料和加压。当然平台1与缸套2的滑动密封不是本发明的必须,还可以采用其他对光敏料5加压的方式。平台1可以由驱动机构15(例如利用直线导轨导向,利用和丝杆机构驱动位移)驱动移动。图16中还示意了控制打印平台1移动的驱动机构15、光源37和料源装置4均连接到控制器71,受控制器71的统一控制。还可以设置光敏料接收源4a,让光敏料可以流出缸套2到接收源4a,可以对工作腔内的光敏料压强进行调控或利用光敏料流出工作腔进行散热。

实施例7,图17-20示意了一种光固化三维打印装置和打印过程,为显示方便,主要显示了透光板3周边的局部视图。图17示意的此实施例中的定位部29为缸套2的端部,例如图中的端部法兰23,光敏料5保持压强P1或预设体积,透光板3在弹性件22(如弹簧,或橡胶等)的弹性力作用向上压靠到缸套2的端部到达打印工作位,并压缩弹性密封21,光束39透过透光板3照射光敏料5形成固化层。然后图19中示意停止光照,打印平台1带动模型51沿箭头79移动,料源装置4将光敏料的压强调整到P2(例如两个大气压)或注入一定体积的光敏料,更大的压力作用在透光板3上使之向下克服弹性件22的弹性力而下移,例如下移0.5mm,由于弹性密封21具有一定的弹性,使得当透光板3下移的一定距离后压缩量减小的一定范围内的情况下依然可保持与透光板3和缸套2的接触并实现密封作用。光敏料5在更高压强P2的作用下沿模型51与透光板3的间隙快速回流并填充整个间隙。

图18进一步示意在由图17过渡到图19的过程中,还可以让透光板3的一边先倾斜,然后再使得整个透光板3与模型51脱离,例如图18中示意在光敏料5的压强P2的增加过程中,透光板3右侧的弹性件22a先被压缩变形,而左侧的弹性件22b保持不变或变形很小,例如可以让右侧的弹性件22a的弹性系数(单位变形产生的作用力)或预紧力小于左侧的弹性件22b来实现,或者通过模型51的位置偏左(靠近弹性件22b)来设置,使得模型51与透光板3的结合力对弹性件22a和22b不一致,例如作用到22b上力大于作用到22a上的力,由于此作用力与压强P2对弹性件22a和22b的作用力方向相反,使得弹性件22a先变形。倾斜的透光板3与模型51先在一边(如图中右边)剥离形成裂缝,随着压强P2的不断增加,此裂缝会不断变大,同时模型51还可以沿箭头79(远离透光板3方向)移动,加快模型51与透光板3的分离,当压强P2达到一定值,左侧弹性件22b也被压缩变形,使得透光板3与模型51完全分离,利用光敏料5的压强作用使得透光板3从模型51上“撕”下来的方式可以大幅减小模型51与透光板3之间的剥离力,且在“撕”开的裂缝里在光敏料5的压强作用下能进一步加快模型51与透光板3的剥离,可进一步加快剥离速度,提升打印速度,利于减小模型51在剥离过程中的受力和变形,提升打印精度。

然后如图20,光敏料5调整压强到P1(例如一个大气压),或抽出一定体积的光敏料。透光板3在弹性件22的作用下回弹压缩弹性密封21并压靠向缸套2的端部,回到原始的打印工作位,当模型51移动到下一层预设位置时,模型51与透光板3之间的间隙为打印层厚度。然后再如图17示意,进行下一层的光照固化。透光板3与模型51的分离过程与平台1移动可以同时进行,可有效提升打印速度。只要增加弹性密封21确保密封的弹性压缩范围,就可增加透光板3的行程,利于模型51与透光板3之间实现更大的间隙和光敏料5的快速回流填充,尤其对于大模型的打印,更利于打印速度的提升。由于透光板3整体移动,自身变形小,利于提升透光板的寿命和可靠性。而且通过对透光板3的移动限位(图17中利用缸套2的端部和限位部24上的限位面24a之间),可精确地控制透光板的复位位置,实现每层的精确打印,也可以精度控制分离的移动位置,控制模型51与透光板3之间的间隙,确保光敏料的快速回流填充,提升打印速度。

图17中示意可以在弹性件22的下方设置限位部24,限位部24可以通过连接部25(如螺栓等)与缸套2的端部,如端部法兰23,固定连接。在缸套2的端部法兰23与限位部24之间依次设弹性密封21、透光板3和弹性件22。如此的结构更加方便透光板3的安装和更换,且结构简单紧凑,利于制作。

图17中还示意了缸套2侧壁中用于输送光敏料5的导管45为倾斜状,即由缸套2的外侧壁向内朝向透光板3的方向倾斜穿透缸套2,如此可以绕开弹性密封21所占用的空间。一般为了控制弹性密封21的不同压缩程度都可以确保密封,在缸套2的端部设置密封槽,弹性密封21设置在此槽内。通过倾斜的导管45,让导管45在缸套2内的给料口更加靠近透光板3,如此当打印开始阶段,平台1非常靠近透光板3时,依然可以实现给料和压强控制。

图19和图20中示意还可以设置位置传感器72。图19中当透光板3远离模型51移动到位时,例如图19中移动到限位部24时,检测到信号,判断透光板3与模型51之间完成了分离。还可以如图20中当透光板3复位到打印工作位,如图中靠到缸套2端部时,位置传感器72检测到此信号,判断透光板3复位完成,可以进行下一层的光照固化。利于设备打印过程中状态的检测,避免故障状态下持续打印,浪费时间和材料。

图21和图22示意弹性密封21还可以设置在缸套2的内侧壁与透光板3或透光板3的装配体之间实现滑动密封,如此可以在透光板3的移动过程中,弹性密封21的压缩状态可以不变化,更加利于光敏料5压强的建立和防止光敏料5的泄露并提升设备运动的稳定性。例如图21中光敏料5的压强为P1,透光板3被弹性件22推动到正常打印位置,光束39透过透光板3的透光区域选型性照射光敏料5形成固化层,然后提升光敏料5的压强到P2,如图22,并停止光束照射,模型51还可以向上移动,透光板3在光敏料5的压强作用下克服弹性件22的作用,如图中向下移动并停靠到限位部24上,实现模型51与离型面32的分离并填充光敏料。然后光敏料压强再调整到P1,并入图21进行下一层光照固化。图22中还示意了透光板3可以是装配体,例如由透光的板材64与支撑板材65固连组合形成,简化透光板3的制作,降低成本,并还可以在透光板3的上表面设置利于离型的离型层63,利于模型51分离。

另外,图21和图22中还示意实施例7中的连接部25和限位部24可以集成为一个零件的支撑件28。支撑件28与缸套2相对固连,弹性件22设置在支撑件28与透光板3之间,通过多个支撑件28对透光板3进行支撑和限位,此结构更加简洁,不必需要如实施例7中独立的而且是体积较大的限位部零件,利于降低成本,每个支撑件28与弹性件22分别可独立拆装更换,设备维护方便。

图23和图24进一步示例了另一种对透光板3的支撑和限位方案,此方案中的支撑件28包括限位部24、连接部25、定位部和弹性件22,连接部25的下端与透光板3固连,上端与限位部24固连,此实施例中的定位部为缸套2的端部,如法兰23,设置在透光板3与限位部24之间,法兰23可以作为一个单独的部件与缸套2组合,例如可以在法兰23与缸套2之间设置弹性密封21a,还可以在法兰23中设置朝向透光件30倾斜的流孔55,弹性件22(如弹簧)设置在限位部24与法兰23之间,法兰23上设置通孔或通槽,连接部25可以穿过此通孔,限位部24不能穿过此通孔。弹性件22推动支撑件28的限位面拉动透光板3贴靠到缸套2的端部即端部法兰23的端面上,如图23所示。当光敏料5的压强增加到P2时,作用到透光板3上的压力克服弹性件22的力,使得透光板3朝远离模型51的方向移动,实现剥离,并压缩弹性件22,直到限位部24靠到缸套2的端部,如法兰23上,或两者之间的弹性件22压缩到一定程度,进行限位,限制了透光板3的进一步移动。当然透光板3与缸套2之间的密封方式也可以采用图21或22所示的方式进行滑动密封。此方案可进一步简化透光板3的支撑和限位结构,支撑件28结构简单,更容易制作,实现更低成本,支撑件28与透光板3可以采用螺纹紧固的方式固连,拆装更加方便。例如透光板3也可以采用类似图22中的形式,即由透光的板材64与支撑板材65固连组合形成,可以在支撑板材65上设置螺纹与连接部25连接。另外此结构比较容易调整每个支撑件28对透光板3的力,例如通过旋转连接部和限位部可以调整各自对应的弹性件22的预紧力,更方便设备的调试和改进,例如更便于调整各弹性件22的作用力差异状态,能更好的实现类似图18所示的透光板3倾斜来与模型51剥离的方案。

图24中还示意在缸套2的相对侧且靠近透光板3的位置设置2个孔,一个与料源装置4连通,另一个与接收源4a连通,当料源装置4通过向缸套2内注入光敏料5来提升压强P2时,过量的光敏料5可以流到接收源4a,如此使得靠近透光板3处的光敏料如图中的两个箭头示意流动,将光照固化时产生的热量带走,降低光敏料5和透光板3的温度,利于提升打印的稳定性,提升打印速度和打印精度。接收源4a可以设置阀门,控制光敏料5流出缸套2的速度,以保持压强P2,或者是溢流阀或其他能控制光敏料5流出缸套2的速度的其他方式均可,流出的光敏料5可以冷却后重复使用。

实施例8,图25和26示意透光板3与缸套2的内部滑动密封配合,支撑件28设置在避开光束39的照射路径的透光件30的周边区域,支撑件28包括定位部29、限位部24、连接部25和弹性件22,连接部25的一端与透光板3固连,另一端与定位部29固连,定位部29设置在限位部24相对透光件30的另一侧,即限位部24设置在透光板3与定位部29之间,例如限位部24为环状板结构,并设置通孔或槽,让杆状的连接部25穿过,环周可设置多个连接部25或对应的定位部29。弹性件22设置在透光板3与限位部24之间,例如弹簧套设在杆状的连接部25上。弹性件22还可以设置在限位部24与定位部29之间,如图27和28所示,限位部24包括限位部第一部24-1和限位部第二部24-2以及将两者固连的限位连杆26,定位部29设置在限位部第一部24-1相对透光板3的另一侧且在限位部第一部24-1和限位部第二部24-2之间,复位结构为弹性件22并设置在限位部第二部24-2与定位部29之间;透光板3复位至打印工作位时通过定位部29与限位部第一部24-1之间进行定位;透光板3在剥离工作位时相对限位部24移动的过程中,通过限位部第一部24-1或限位部第二部24-2进行限位。限位部24可以由驱动机构(图中未示出)驱动受控的移动来带动透光件30沿缸套2的内部移动。图中还示意平台1可以与缸套2的一端固连,图25中透光板3处于打印工作位,光束39透过支撑件28和透光板3选择性照射工作腔内的光敏料5形成模型51,模型51结合在平台1上,完成一层打印后,料源装置4向工作腔内注入光敏料,提升光敏料的压强,推动透光板3克服弹性件22作用力远离模型移动并与模型剥离,限位部24进行限位,具体的,可以是间接的通过弹性件22的压缩压靠向限位部24实现都透光件30的间接限位,还可以是透光件30直接的贴靠到限位部24的限位面处进行直接限位,透光板3切换到剥离工作位,如图26所示,同时限位部24可以由驱动机构(图中未示出)驱动来带动支撑件28和透光板3一起沿图26中箭头向下移动设定距离,如层厚距离。然后工作腔内流程移动体积的光敏料,光敏料压强恢复打印工作压强,透光板3在弹性件22的作用下朝模型移动,并由定位部29与限位部24进行定位,恢复到打印工作位,如此重复进行。此结构简洁,整个支撑件28可以都在工作腔之外,不仅方便工作腔内的布局和提高更大空间留给模型51,还让支撑件28不与光敏料接触,更利于打印过程稳定和维护。当然也可以是限位部24与缸套2固连,平台1与缸套2的内壁密封配合,并可以由驱动机构驱动沿缸套2的轴线方向远离透光件30的方向移动。图中示意还可以设置托板36,让连接部25与托板36固连,托板36再与透光板3固连,托板36可以是环形的板结构,托板36与透光板3的固连方式可以是相互粘结或者是通过光敏料5的压强挤压透光板3和弹性件推动托板36或连接部25的作用实现或者是其他的实现两者位置相对固定的连接方式。通过托板36可以利于分散透光板3的受力,并方便透光件3的更换。

实施例9,图29a和图29b示意一种双向同时光固化打印的实施例。在缸套2内设置2个支撑件28-1和28-2,每个支撑件包括定位部29、限位部24和将两者连接一体的连接部25。还可在支撑件与缸套2内壁之间设置滑动密封27。还包括设置在定位部和限位部之间的透光板3,透光板3还可包括透光区域3a和边缘区3b两部分,两者可以是一体成型,也可以如图中示意分体组装固连一体。在透光板3朝内的一侧与定位部29之间设置弹性密封21,在透光板3朝外的一侧与限位部24之间设置弹性件22,透光板3由弹性件22的弹力作用压向定位部29。光束39-1和39-2分别透过支撑件28-1和支撑件28-2以及相应的透光板3从两侧照射内部的光敏料形成模型51。为了稳定模型51,可以在打印开始时形成模型支撑体53结合到缸套2内侧。然后如图29b所示,支撑件28-1和支撑件28-2之间可相对远离移动,如支撑件28-1和支撑件28-2分别沿箭头79-1和79-2所示方向移动,料源装置4快速提升光敏料的压强到P2,将透光板3-1和3-2分别克服各自对应的弹性件22的弹力向远离的方向推压,两侧的限位部24分别进行限位,透光板3-1和3-2分别在两侧与模型51分离,并在模型51与透光板3之间回流填充光敏料。然后如图29a快速降低光敏料5的压强到P1,透光板3-1和3-2分别在各自弹性件22的作用下复位到打印工作位,支撑件28-1和28-2分别移动到下一层光照固化的预设位置,透光板3-1和3-2在模型51的两侧分别形成下一个层厚的间隙距离,然后再进行两侧同时光束照射,在模型51的两侧同时形成2层固化层,如此重复进行。图中示意料源装置4的给料口设置在左右界面总成之间的缸套上,最佳的设置在两者的中间位置。该实施例不仅可快速实现透光板3与模型51的分离,还实现双向同时打印,可以大幅提升打印速度。

实施例10,图30a到图35中分别给出了模型51打印完成后由封闭的缸套2中取出的三种实施方案。图30a和图30b示意透光件30与框架91(或与缸套2)固连,透光件30可以采用前述各实施例中的各种方案均可,图30a中示意了一种透光件30结构,包括离型膜33和透光的支撑板35,透光的支撑板35的中间部位可透光,且透光的支撑板35的两面都设置有周边外凸(垂直于离型面)的凸台,例如包括透光板35a和支撑环35b,透光板35a和支撑环35b可以集成为一个单一零件,形成透光的支撑板35,在透光件30与透光板35a之间设有间隙,支撑环35b设置在透光板35a与离型膜33之间,限定了离型膜与透光板35a之间的间距,还可以在透光板35a的另一侧与支撑环35b相对的位置设置另一个支撑环35c,可以让支撑环35c与支撑环35b的厚度不同,只要将透光的支撑板35上下颠倒可以实现离型膜33与透光板35a之间实现不同的间隙,方便多种间隙的调整,例如适应不同光敏料材质等。通过法兰23a将透光件30压靠到框架91上,离型膜33朝向平台1,平台1与缸套2滑动密封配合,缸套2透光件30密封连接。图30b中光束39透过透光件30选择性照射缸套2内的光敏料5形成模型51。当完成打印模型后如图30b所示将缸套2下移,露出模型51,以便取出。将缸套2下移的方式来露出模型51可以避免平台1继续下移较大的行程来露出模型51,可大幅减小设备的体积,如高度,且操作方便可靠。还可以设置模型板12在平台1的上表面上,可直接取走模型板12来取走模型51,然后更换一个新的模型板12,然后将缸套2上移到透光件30处实现密封连接,即可开始下一个模型的打印,避免了拆装平台1或之间在平台1上取下模型的麻烦,操作更加便捷,也更利于实现生产自动化。

图31和32示例将透光件30为翻盖式结构,通过掀起的方式来取出模型51。图31中的透光件30与框架91通过转轴92连接,透光件30可以绕转轴92转动。缸套2与框架91固连。如图31中光束39透过透光件30选择性照射缸套2内的光敏料5形成模型51。当完成打印后可以绕转轴92掀起透光件30,然后平台1向上移动,将模型51推出到缸套2的外面,如图32所示。采用此方案可避免缸套2的滑动,缸套2可以固连到框架91上,缸套2更加稳固,整体结构更加坚固可靠,更利于提升打印精度。透光件30通过转轴92转动掀起或盖上,操作更加方便。图中还示意可以仅在平台1上连接料源装置4,还可以在料源装置4输出口与光敏料箱49之间的管路上设置阀门46,打印结束时方便快速将光敏料释放回光敏料箱49中,如此管路系统简单,操作方便。

图33到图35示意平台1与框架91固连或者与缸套2上端固连,缸套2与框架91固连,透光件30与缸套2内壁滑动密封配合(如图25和图26)或通过支撑件28与缸套2内壁滑动密封配合,透光件30可以由连接支架带动远离平台1的方向移动,例如图中示意连接支架由竖直的连接柱38a和水平的连接板38b构成并可以由驱动机构78驱动沿导轨69移动,还可以将光源37设置在连接支架上,让光源37与透光件30同步移动,保持两者间距不变,利于简化光路设计和提升打印精度。图33示意透光板3由定位部29定位处于打印工作位,图34还示意了图33中针对透光件30周边的放大图,并显示透光件为剥离工作位的状态。支撑件28包括限位部24、连接部25、定位部29和弹性件22,本实施例中的限位部24为连接支架的连接柱38a,即限位部24与连接柱38a集成一体。连接部25将定位部29与连接柱38a固连,透光板3设置在定位部29与连接支架之间,弹性件22,例如弹簧或环状橡胶套设在连接部25上,在连接柱38a与透光板3之间,透光件为打印工作位时将透光板压靠到定位部29上,在定位部29与透光板3之间设置密封圈21,还可以在定位部29与缸套2内壁之间设置密封环27。打印过程中光束39由透光件30的下方透过透光件30向上选择性照射缸套2内的工作腔内的光敏料,形成一层固化层,然后如图34,增压光敏料5的压强,透光件30克服弹性件22与模型51分离,进入剥离工作位,可以在连接柱38a的上表面设置限位面(图中未示出),或者当弹性件22压缩到极性时形成自然限位面,限制了透光板3继续下移,形成限位。支撑件由连接支架带动可以沿箭头79向下移动到预定距离,然后降低光敏料压强,透光板复位到工作位,进行下一层固化层打印,如此重复直到模型51打印完成,打印过程中模型51结合到平台1上。模型51打印完成后,停止光敏料5的继续泵入,还可以降低压强或泵出部分光敏料,然后将平台1从框架91或缸套2上拆下来,方便取下模型51,如图35所示。平台打印完成后通过拆卸平台1的方式取下模型51,结构简洁,平台1在设备的上方,拆卸和安装都很方便,打开平台1之前可不必将缸套2内的光敏料排出,可快速打开平台1和取出模型。图35中还示意了透光件30采用离型膜33与透光的支撑板35的结构形式,且可以在透光的支撑板35与缸套2内壁之间设置密封环27,支撑板35可以由连接柱38a带动移动。

上述各实施例中,在透光件(如透光板3或离型膜33)与支撑件28或支撑板35之间可以形成密封腔,并充有透光介质,如空气水或油。如图35中在离型膜33与支撑板35之间设置透光的介质61,可利用介质源装置62控制介质61的压强或体积来控制离型膜的工作位状态,例如提升介质61的压强,可以提升透光件处于工作位时的光敏料的打印工作压强,在透光件30为剥离工作位时通过降低介质61的压强或抽出介质61可加快离型膜33向下变形的速度,提升剥离速度。离型膜

光敏料的料源装置可以采用多种方式来泵送光敏料,例如齿轮泵、柱塞泵、螺杆泵、叶片泵,或其他能控制光敏料流量和压强的装置均可。

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不同。但这些变换都应是本发明的保护范围。

相关技术
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06120112490514