一种下沉式3D打印装置的制作方法

一种下沉式3d打印装置
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，尤其是涉及一种下沉式3d打印装置。


背景技术：

2.目前，3d打印机构广泛使用液晶面板(lcd)或类似装置作为掩膜，并以uv光源作为背景光源，实现图像显示，以完成光敏材料曝光。通过液晶面板或类似装置显示图文区域可以透射背景光源的紫外光，照射到光敏材料上发生光化学反应，光敏材料由液体变成固体，以完成曝光，非图文区域能有效阻隔紫外光，避免该区域光敏材料获得有效曝光能量产生光化学反应。
3.并且市场上，3d打印机构通常为上拉式结构，即从下到上的部件设置依次为：背景光源、液晶屏幕、底部带有离型材料的料槽、液体光敏树脂材料和成型平台，具体过程为：背景光源和液晶屏幕固定在料槽的下方，背景光源点亮后从下至上进行照射，透过液晶屏幕，有图文的部分可用透射光线，没有图文的部分阻隔光线穿透，光线穿过液晶屏幕后再穿过离型材料，其中，离型材料可以是带有硅胶的玻璃、涂有离型剂的薄膜或者是本身带有离型效果的聚合物材料(如含氟的聚合物，聚四氟乙烯(ptfe),可熔性聚四氟乙烯(pfa),氟化乙烯丙烯共聚物(fep))，光线照射在离型材料和成型平台之间的液体光敏树脂材料上，液体光敏树脂材料受到光线照射产生光化学反应，由液体变成固体，当前层的固化即完成，光敏树脂材料固化成型的部分黏附在成型平台和离型材料上，然后成型平台抬起，朝向远离液晶屏幕的方向移动，由于离型材料不具有粘附力且具有弹性，已经成型的光敏树脂材料从离型材料上方逐步脱离，跟随成型平台朝上方移动，直至完全脱离离型材料，即完成当前层打印，然后成型平台下移，距离离型材料设置一个层厚的距离停止，重复前一步的动作，继续下一层的打印，直至所有层打印完毕。
4.但是，该打印方式中会存在诸多因素对离型力形成影响，易造成打印成功率降低，如离型高度不足，在选用薄膜类离型材料时，由于薄膜具有一定的弹性，会随着成型平台上升依然部分黏附在已经成型的光敏树脂材料上，在随着成型平台到达最高处回到打印位置时不能完成有效剥离，导致该位置打印缺失。其次，该打印方式会受大气压影响，离型材料本身的厚度硬度导致成型后，成型部分的光敏树脂材料和离型材料之间形成了真空，如果采用机械力硬拔膜，会导致离型力较大，损坏打印件。另外，该打印方式极易受离型材料的材质影响，如涂布硅油的薄膜不如含氟材料的离型力低，大的离型力会影响模型成型，失败率变大，而且，上拉式打印方式的打印机，其料槽的空间有限，打印过程中如果不补加树脂，可能造成材料缺失导致打印失败。
5.因此，如何解决现有技术中3d打印机构采用上拉式结构，打印成功率低的技术问题，已成为本领域人员需要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种下沉式3d打印装置，解决了现有技术中3d打印机构采
用上拉式结构，打印成功率低的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
7.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
8.本发明提供的下沉式3d打印装置，包括：储存有打印材料的料槽；机头组件，其设置在所述料槽上方且能进行竖向升降移动；离型机构，其设置在所述料槽和所述机头组件之间，所述离型机构包括离型膜和设置于所述离型膜周向的弹性支撑机构，当所述机头组件下压所述离型膜以及其与所述离型膜脱离时，所述弹性支撑机构能带动所述离型膜进行伸展以及回缩；成型平台，其设置在所述离型机构的下方且所述成型平台浸没在所述料槽内，所述成型平台能进行竖向升降移动。
9.优选地，所述弹性支撑机构包括支撑架和多个弹性件，所述弹性件均设置在所述离型膜的周向与所述支撑架之间。
10.优选地，所述弹性件设置在所述离型膜的整个周向、所述离型膜的相对两侧或所述离型膜的单向一侧。
11.优选地，所述离型膜的下侧或所述离型膜的上下两侧均设置有剥离件，所述剥离件能沿所述离型膜的横向放置方向进行平移滑动。
12.优选地，所述剥离件包括设置在所述离型膜的上下两侧或所述离型膜的下方单侧的刮板。
13.优选地，所述机头组件为lcd打印的发光机头、sla选择性烧结激光打印的发光机头或dlp数字光处理打印的发光机头。
14.优选地，所述机头组件为lcd打印的发光机头，所述机头组件包括箱体、设置在所述箱体的上部并向下照射的背景光源和设置在所述箱体的下部的液晶屏幕。
15.优选地，所述机头组件的外侧壁沿竖向设置有第一移动机构，所述第一移动机构带动所述机头组件进行竖向移动，以在进行每一个打印层的打印前下压紧贴所述离型膜至打印位置，并在每一个所述打印层的打印完成后进行上移与所述离型膜分离。
16.优选地，所述成型平台的侧部沿竖向设置有第二移动机构，所述第二移动机构带动所述成型平台进行竖向移动，以在每一个所述打印层打印完成后进行下移并回移至下一所述打印层的打印位置。
17.优选地，所述第一移动机构、所述第二移动机构均包括支架和丝杠螺母机构和驱动件，所述丝杠螺母机构并列设置有一个或至少两个，所述丝杠螺母机构设置于所述支架和所述箱体之间或设置于所述支架和所述成型平台之间。
18.本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
19.本发明提供的下沉式3d打印装置，通过将机头组件、离型机构、成型平台和料槽由上至下依次设置，形成下沉式打印结构，已成型的打印材料位于机头组件和离型膜的下方，由成型平台进行竖向承托，机头组件上下移动带动离型膜伸展或回缩，当前层打印完毕后具有自行剥离效果，极大地避免了打印材料本身的材料性质对打印操作的影响以及打印的模型本身的重量对成型平台的压力，使打印过程具有充足的移动空间和离型高度。而且，离型膜由机头组件下压后进行张紧打印操作，打印完成后在弹性支撑机构的作用下，离型膜随机头组件自动回移并由周向至中心位置逐步与已成型的打印材料进行回缩离型脱模，极大地减小了脱模力量，可实现低离型力打印，具有更高的精度和打印成功率，而且本发明打
印完成后的成型部分均浸没在打印材料内，对液态的打印材料的体积影响极小，无需中间过程补加材料，避免了打印材料缺失打印失败的情况。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例提供的机头组件未下压离型膜前的下沉式3d打印装置的侧视图；
22.图2是本发明实施例提供的机头组件下压离型膜进行打印后的下沉式3d打印装置的侧视图；
23.图3是本发明实施例提供的机头组件未下压离型膜前的下沉式3d打印装置的正视图；
24.图4是本发明实施例提供的机头组件下压离型膜进行打印后的下沉式3d打印装置的正视图。
25.图中1
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料槽；2
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机头组件；3
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离型机构；4
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成型平台；5
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打印材料；6
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离型膜；7
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弹性支撑机构；8
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支撑架；9
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弹性件；10
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打印层；11
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剥离件；12
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箱体；13
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背景光源；14
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液晶屏幕；15
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第一移动机构；16
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第二移动机构。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
27.本发明的目的在于提供一种下沉式3d打印装置，解决了现有技术中3d打印机构采用上拉式结构，打印成功率低的技术问题。
28.以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
29.本实施例提供的下沉式3d打印装置，包括料槽1、机头组件2、离型机构3和成型平台4，料槽1内储存设置有打印材料5，打印材料5为机头组件2的打印工作相适配的成型材料，打印材料5可以但不限于为光敏树脂材料，机头组件2设置在料槽1的上方并且机头组件2能进行竖向升降移动，以便下压离型机构3进行打印以及打印完成后与离型机构3相脱离。离型机构3设置在料槽1和机头组件2之间，其中，离型机构3设置在料槽1的液面上方并靠近料槽1的液面设置，离型机构3包括离型膜6和弹性支撑机构7，弹性支撑机构7连接设置在离型膜6的周向，当机头组件2下压离型膜6以及机头组件2与离型膜6脱离时，弹性支撑机构7能带动离型膜6进行伸展以及回缩，能够使离型膜6随机头组件2的下压伸展紧贴机头组件2的下部，而且在机头组件2上移后，离型膜6能够自动回缩至水平原状，动作灵敏及时。成型
平台4设置在离型机构3的下方并且能够进行竖向升降移动，以调整打印距离，当料槽1内放置液态的打印材料5后，成型平台4设置在料槽1内且成型平台4浸没在打印材料5的液面以下。
30.如此设置，机头组件2、离型机构3、成型平台4和料槽1由上至下依次设置，形成下沉式打印结构，当需要打印时，机头组件2沿竖向下移并下压离型膜6至打印位置，在机头组件2移动过程中，其下部接触到离型膜6后，离型膜6在机头组件2的带动下，牵引弹性支撑机构7产生伸长变形，使离型膜6紧贴机头组件2的下部到达打印位置，此初始的打印位置为离型膜6与成型平台4之间的距离为一个打印层10的层厚距离，需要说明的是，机头组件2下压离型膜6至该打印位置时，离型膜6的下压部分紧贴打印材料5的液面或位于打印材料5的液面以下，离型膜6和成型平台4之间充满打印材料5。此时，机头组件2开启对打印材料5进行曝光打印操作，该层打印完成后，机头组件2沿竖向向上移动，离型膜6随机头组件2逐渐上移，并慢慢与机头组件2脱离，在弹性支撑机构7的回弹作用下，离型膜6由周向边缘开始逐步向中心位置方向延伸，逐步与已成型的打印材料5逐渐脱离，至此，已成型的打印材料5始终黏附在成型平台4上，初始层的打印操作完成。随后，机头组件2再次下压离型膜6至打印位置，并且成型平台4向下移动一定距离再回到新的对应的打印位，即成型平台4上已成型的打印材料5的顶面与下压后的离型膜6之间距离一个打印层10的层厚距离，继续下一层打印，直至打印完成。本发明采用下沉式打印结构，已成型的打印材料5位于机头组件2和离型膜6的下方，由成型平台4进行竖向承托，机头组件2上下移动带动离型膜6伸展或回缩，当前层打印完毕后具有自行剥离效果，极大地避免了打印材料5本身的材料性质对打印操作的影响以及打印的模型本身的重量对成型平台4的压力，使打印过程具有充足的移动空间和离型高度。而且，离型膜6由机头组件2下压后进行张紧打印操作，打印完成后在弹性支撑机构7的作用下，离型膜6随机头组件2自动回移并由周向至中心位置逐步与已成型的打印材料5进行回缩离型脱模，极大地减小了脱模力量，可实现低离型力打印，具有更高的精度和打印成功率，而且本发明打印完成后的成型部分均浸没在打印材料5内，对液态的打印材料5的体积影响极小，无需中间过程补加材料，避免了打印材料5缺失打印失败的情况，解决了现有技术中3d打印机构采用上拉式结构，打印成功率低的技术问题。
31.作为本发明实施例可选地实施方式，弹性支撑机构7包括支撑架8和多个弹性件9，弹性件9可以但不限于为弹簧或橡皮筋，弹性件9均设置在离型膜6的周向与支撑架8之间，即各个弹性件9的一端与离型膜6固定连接，其另一端与支撑架8固定连接，如此设置，离型膜6具有一定的微量变形力，弹性件9能够增强离型膜6周向的伸展变形以及回弹力，防止离型膜6因形变过大导致离型膜6自身过度变形，张力受损，打印失败，能提高打印成功率。
32.进一步地，弹性件9设置在离型膜6的整个周向、离型膜6的相对两侧或离型膜6的单向一侧，即离型膜6的整个外侧边缘与支撑架8的整个内侧壁之间均可连接分布设置多个弹性件9，以使在机头组件2的下压过程中，离型膜6能够在周向各个方向进行适应性变形，伸展及回缩效果更好。当然，弹性件9能够仅对应设置在离型膜6的相对的左右两侧或前后两侧，能够在机头组件2在中部的下压过程中，使弹性件9沿离型膜6的左右方向或前后方向进行适应性变形，伸展及回缩具有良好地对称性。或者，弹性件9也可仅设置在离型膜6的单向一侧，离型膜6的另一侧可与支撑架8进行固定，在机头组件2的下压过程中，弹性件9能够进行充分伸展进行适应性变形。
33.进一步地，支撑架8、离型膜6和机头组件2的周向轮廓均可以但不限于为圆形结构或方形结构，通过多个弹性件9沿离型膜6的周向分布，能够使支撑架8和弹性件9对离型膜6的周向弹性作用更加均匀。其中，离型膜6的周向边缘可设置有连接架，以便于与弹性件9进行稳固连接，当弹性件9设置在离型膜6的整个周向时，连接架也对应在离型膜6的整个周向对应设置有多段，每段连接架上均对应设置有弹性件9，进而与支撑架8相连接。当弹性件9设置在离型膜6的相对两侧上时，连接架至少对应设置在离型膜6的两侧，并通过对应的弹性件9与支撑架8的对应侧壁相连接，任一侧的连接架均可设置有多段，以便进行不同位置的不同程度地适应性变形。当弹性件9设置在离型膜6的单向一侧时，在离型膜6的对应侧设置连接架即可。
34.作为本发明实施例可选地实施方式，离型膜6的下侧或离型膜6的上下两侧均设置有剥离件11，剥离件11能沿离型膜6的横向放置方向进行平移滑动，剥离件11可以在每次机头组件2抬起并与离型膜6完全分离后进行移动动作，从而使剥离件11移动以带动离型膜6轻松从已成型的打印材料5的上部剥离，并且剥离件11能够对离型膜6的下侧或离型膜6的上下两侧进行清理，将附着在离型膜6上的液体的打印材料的残留物刮去，需要说明的是，剥离件11可与离型膜6预留一定的间隙距离，两者可以不紧密贴合，通过剥离件11的横向移动即可轻松将离型膜6与打印材料5相分离，如此设置，剥离件11能保持离型膜6和已成型的打印材料5的离型面之间完全剥离，使离型膜6表面始终与氧气充分接触，氧气可以阻止打印材料5和离型膜6之间产生粘附力，减少离型力，即利用氧阻聚的原理，氧气和自由基反应生成没有活性的过氧自由基，没有充分反应的树脂材料没有粘附力，而且剥离件11的横向剥离撕拉力比离型膜6和已成型的打印材料5之间的上下硬拔力更小，对于已打印完成的模型部分的损伤也小，减小了离型剥离力同时增加了打印成功率。
35.进一步地，剥离件11包括设置在离型膜6的上下两侧或离型膜6的下方单侧的刮板，即刮板可套设在离型膜6上，其清理端可向下单侧延伸设置，也可同时向上下双向进行延伸设置，支撑架8或料槽1的侧壁上可沿横向设置有驱动件，驱动件与刮板相连接，以带动刮板进行横向往复移动清理，驱动件可为气缸、液压缸或丝杠螺母机构，通过自身伸缩或往复运动能够带动刮板进行横向往复移动。刮板的材质可以但不限于为硅胶，以便对离型膜6的表面残留物的刮离更加彻底。其中，当刮板设置在离型膜的上下两侧，且刮板为上下分体设置时，此种情况下，刮板内可内置磁石，驱动件带动一侧的刮板进行运动时，另一侧的刮板也随之进行运动清理，能够适应异形的离型膜6，刮板的使用范围更广。
36.作为本发明实施例可选地实施方式，机头组件2可以但不限于为lcd打印的发光机头、sla选择性烧结激光打印的发光机头或dlp数字光处理打印的发光机头，即机头组件2能够根据使用需要，通过不同的打印方式对打印材料5进行打印成型，以满足对产品不同物理性能的不同需求。
37.可选地，机头组件2可为lcd打印的发光机头，具体地，机头组件2包括箱体12、设置在箱体12的上部并向下照射的背景光源13和设置在箱体12的下部的液晶屏幕14，如此设置，当机头组件2下压离型膜6至打印位置开始工作时，背景光源13开启，液晶屏幕14显示，背景光源13发出的光线透过液晶屏幕14照射到液态的打印材料5后产生光化学反应，被照射到的打印材料5由液态变为固态，未曝光的打印材料5仍保持液态，此时曝光打印操作完成，机头组件2整体上移进行后续操作。
38.作为本发明实施例可选地实施方式，机头组件2的外侧壁沿竖向设置有第一移动机构15，第一移动机构15带动机头组件2进行竖向移动，以在进行每一个打印层10的打印前下压紧贴离型膜6至打印位置，并在每一个打印层10的打印完成后进行上移与离型膜6分离，能够在每一个打印层10完成后均能够使离型膜6与机头组件2以及成型平台4上打印好的打印层10之间进行有效分离，从而提高打印精度和打印成功率。其中，第一移动机构15可以设置在料槽1的侧壁上、或者可通过外部支架悬空架设在料槽1的外侧上方，第一移动机构15进行竖向往复移动以带动机头组件2移动，优选地，第一移动机构15通过外部支架悬空架设在料槽1的外侧上方，第一移动机构15与外部支架相连接。
39.进一步地，成型平台4的侧部沿竖向设置有第二移动机构16，第二移动机构16带动成型平台4进行竖向移动，以在每一个打印层10打印完成后进行下移并回移至下一打印层10的打印位置，即成型平台4的移动与机头组件2相配合，在每一个打印层10打印完成后，机头组件2上移到固定位置，并且剥离件11横向移动使离型膜6与已完成的打印层10完全分离，然后成型平台4能够进行下移以拉大已完成的打印层10的上表面与离型膜6之间的竖向距离，能够使成型平台10带动已完成的打印层10完全浸没在打印材料5内，从而使打印层10的上部有效补充树脂。成型平台4下移带动已完成的打印层10下移并随后向上回移至下一打印层10的打印位置，准备下一打印层10的打印工作，即每打印完成一层，成型平台4均会下移一个打印距离，能够有效带动已打印完成的打印层10没入打印材料5内，减少其液面变化，而且对每一打印层10均能够重新准确定位，操作使用方便。其中，第二移动机构16可固定设置在料槽1的侧壁上、或架设在料槽1的外侧上方并内伸至料槽1内，第二移动机构16进行竖向往复移动以带动成型平台4移动。
40.进一步地，第一移动机构15和第二移动机构16均包括支架、丝杠螺母机构和驱动件，丝杠螺母机构并列设置有一个或至少两个，能够对箱体12或成型平台4形成多点支撑，运动更加平稳。丝杠螺母机构设置于支架和箱体12之间或设置于支架和成型平台4之间，即丝杠螺母机构的丝杠架设在支架上，螺母套设在丝杠上并且螺母与箱体12或成型平台4固定，驱动件可以但不限于为电机，驱动件安装在丝杠的端部并与支架进行固定，驱动件驱动丝杠转动，进而带动螺母和对应的箱体12或成型平台4进行升降，从而使机头组件2和成型平台4的运动位置及距离更加精准，打印精度和打印成功率更高。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。