一种多组分实时混合涂布式光固化打印系统及方法

本发明涉及增材制造与光固化三维打印，尤其涉及一种多组分实时混合涂布式光固化打印系统及方法。

背景技术：

1、现有光固化3d打印领域中，上拉式（自下而上）面曝光成形工艺应用广泛。该类工艺通常将面曝光装置设置在树脂槽下方，光线透过树脂槽底部透明窗口及离型膜对槽内光敏材料逐层面曝光固化；成形平台位于树脂槽上方并沿z向周期运动，使已固化层与离型膜周期性分离，从而实现逐层堆叠成形。上述工艺在使用单组分、低黏度且性质稳定的光敏树脂时较为成熟，但当成形材料为多组分体系（尤其为需要使用前按比例混合的反应型体系）以及/或者含有功能填料的复合光固化材料时，通常暴露出明显局限。

2、一方面，多组分材料在混合后往往存在随时间推进的持续反应或暗反应，使材料黏度、流变性能及活性组分浓度发生时间相关漂移。现有上拉式工艺通常需要在树脂槽内维持一定液位以保证曝光区域供料，导致已混合材料在槽内不可避免地滞留；打印过程中的循环更新往往不充分，使材料停留时间较长，从而造成黏度逐渐升高、可用时间缩短、曝光固化窗口漂移，进而引发材料报废与浪费，并使打印过程稳定性与一致性下降。

3、另一方面，上拉式浸没成形在剥离阶段不仅需要克服离型界面黏附产生的剥离力，还需要克服浸没液体产生的黏滞阻力、负压吸附等额外阻力，导致剥离力峰值较大且波动显著；当材料因暗反应黏度上升或含填料导致流变更复杂时，上述阻力效应进一步加剧，易引发脱层、断裂、变形等失效，降低成形成功率并限制打印速度。此外，现有上拉式工艺普遍依赖剥离后材料自流平重新铺展形成下一层液面，自流平时间与材料黏度、触变性高度相关；当混合料黏度漂移或局部凝胶化趋势出现时，自流平时间显著增加且难以预测，导致层间节拍延长并带来厚度不均、气泡夹带与表面条纹等缺陷风险。

4、另外，传统树脂槽式工艺中成形件在打印过程中需要反复浸入槽内树脂并与槽底离型界面发生剥离，这种浸入与剥离机制一方面增加了离型阻力与剥离风险，另一方面会使成形件表面携带更多未固化树脂并带来清洗负担与材料损耗。对于双组分弹性体或多组分反应型光固化体系而言，现有技术往往需要在打印前将两组分按比例预先混合，并一次性或过量配制后倒入树脂槽以满足打印过程中持续供料的需求。由于双组分体系在无光照条件下也可能发生一定程度的暗反应，预混后的树脂在树脂槽内随时间会出现黏度漂移上升、流变状态变化以及反应程度不均等现象。

5、因此，现有上拉式浸没面曝光成形方案在面向多组分实时混合材料（尤其为双组分反应型树脂）时，存在混合料滞留导致暗反应累积与材料浪费、剥离负载偏大且波动明显、节拍受自流平强约束等问题，亟需一种能够降低混合料滞留、实现薄层非浸没式成形并使未曝光余料可回收且在后续层优先回用的改进型光固化增材制造系统与方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多组分实时混合涂布式光固化打印系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多组分实时混合涂布式光固化打印系统，包括：

3、组分a容器与组分b容器，用于分别存放至少两种可流动光固化组分；

4、计量泵，所述计量泵包括组分a计量泵与组分b计量泵，并分别与所述组分a容器和所述组分b容器连通；

5、比例控制单元，与所述计量泵信号连接，用于设定并调节各组分的流量比以及每层总供料量；

6、在线混合器，与所述计量泵的输出端连通，用于对各组分进行实时混合并输出混合光固化成形材料；

7、短流路出料管路，与所述在线混合器的出口连通；

8、离型膜组件，包括可透光离型膜以及用于保证曝光窗口区域平整度的支撑与张紧结构；

9、涂布成膜单元，与所述短流路出料管路连通，所述涂布成膜单元为运动部件，用于与所述离型膜组件形成相对运动并将混合光固化成形材料定量铺展于离型膜表面形成预定厚度薄层；

10、面曝光单元，设置于离型膜组件的一侧，用于透过离型膜对所述薄层进行面曝光固化；

11、成形平台及升降机构，位于离型膜组件的另一侧，用于承载固化层并执行层间间隙控制与剥离动作；

12、余料回收/暂存单元，与所述涂布成膜单元在物料路径上耦合设置，用于对未曝光余料进行回收并在后续层涂布时优先回用；

13、控制器，分别与所述比例控制单元、所述计量泵、所述在线混合器、所述涂布成膜单元、所述面曝光单元、所述成形平台及升降机构信号连接，用于以层为周期协调实现在线混合供料、涂布成膜、面曝光固化、剥离以及余料回收优先回用的时序联动控制。

14、优选的，所述涂布成膜单元为刮刀涂布头或狭缝涂布头。

15、优选的，所述短流路出料管路与控制器配合设置，使混合光固化成形材料自在线混合器完成混合至被挤出并参与涂布使用的时间小于30s。

16、优选的，所述余料回收/暂存单元配置为通过刮除回流和/或抽吸回收的方式对未曝光余料进行回收并暂存。

17、优选的，所述余料回收/暂存单元设有搅拌装置或循环装置，用于使回收余料保持均匀并降低沉降。

18、优选的，所述离型膜组件为走卷式离型膜机构，包括放卷辊、牵引辊与收卷辊，并设有张力控制组件用于保持离型膜在涂布与曝光区域的平整度与位置稳定性。

19、优选的，所述在线混合器为静态混合器或动态混合器，且采用模块化快换结构。

20、优选的，所述控制器依据目标层厚、目标铺展面积及可回用余料量计算每层供料量以避免过量混合；并且当检测到打印暂停、故障或层间等待超过阈值时，停止供料与混合，并将混合段或涂布段未曝光材料回收至余料回收/暂存单元和/或经旁路排放/冲洗接口置换。

21、优选的，所述计量泵为蠕动泵、注射泵、齿轮泵或柱塞泵中的至少一种。

22、本发明还提供一种多组分实时混合涂布式光固化打印方法，包括如下按层循环执行的步骤：

23、将至少两种可流动光固化组分分别独立存储于组分a容器与组分b容器中；

24、控制器控制各组分经计量泵按设定配比输送至在线混合器实时混合，得到混合光固化成形材料；

25、将所述混合光固化成形材料经短流路出料管路输送至涂布成膜单元，由所述涂布成膜单元作为运动部件与离型膜组件形成相对运动，将所述混合光固化成形材料定量铺展于离型膜表面形成预定厚度薄层；

26、通过面曝光单元透过所述离型膜对所述薄层进行面曝光固化，以形成单层结构并与已成形层结合；

27、成形平台及升降机构执行升降与剥离动作，使固化层与离型膜界面分离并调整至下一层成形间隙；

28、将未曝光余料回收至余料回收/暂存单元，并在后续层涂布时优先回用所述未曝光余料，不足部分由在线混合器输出的混合光固化成形材料补充；

29、其中，所述方法通过薄层非浸没式固化与剥离降低剥离阶段液体阻力，并通过在线混合与短流路输送降低混合材料滞留导致的暗反应影响。

30、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

31、本发明提供的多组分实时混合涂布式光固化打印系统及方法，通过组分独立存储与在线实时混合，实现现配现用并显著降低混合材料在系统内的滞留量与滞留时间，且优选使混合后至挤出参与使用的时间小于30s，从而减轻暗反应导致的黏度漂移与工艺窗口漂移并减少材料报废。通过涂布成膜单元（刮刀涂布头或狭缝涂布头）计量涂布确定层厚，降低对材料自流平的依赖，使层间节拍更可控并降低厚度不均、气泡夹带与表面条纹等缺陷风险。通过离型膜界面薄层非浸没式固化与剥离降低液体阻力，从而降低剥离峰值力及其波动并减少脱层断裂等失败风险。通过对未曝光余料的回收与在后续层优先回用，提高材料利用率并降低换料与维护成本。此外，采用可快换的静态/动态混合器模块，可使系统在不同材料体系间快速切换并降低堵塞、清洗与维护成本，提升生产连续性与工艺适用范围。