一种光固化3D打印机的有源承载托盘及光固化成型方法与流程

一种光固化3d打印机的有源承载托盘及光固化成型方法
技术领域
1.本发明属于3d打印领域，特别涉及一种光固化3d打印机的有源承载托盘及光固化成型方法。


背景技术：

2.光固化3d打印的原理为使液态光敏树脂逐层固化在承载托盘(平台)上，从而形成完整的打印物体。
3.目前，承载平台由金属或在金属表面涂覆其他功能性膜层制成，均为无源平台。在打印过程中仅依靠打印物体与平台表面的粘接力来克服物体的自身重力、打印过程中树脂槽底部对物体的粘接力、以及树脂不完全填充时对物体产生的真空吸引力来维持物体的向上打印过程。在大尺寸物体的3d打印过程中，物体的重量逐渐增加，大打印幅面在树脂来不及填充下造成的真空吸引力增大，以及承载平台对物体的粘接力不足，从而导致打印物体脱落、打印过程失败。由于成型物体的重量增加速度更快，树脂填充真空的形成速度更快，这种现象在对大尺寸物体的高速(提拉速度＞180mm/h)3d打印过程中更加显著。更重要的，为满足特定性能如机械或耐高温性能方面的需求，一些用于打印的树脂材料所含的主要基团与金属平台的粘接力不足，更容易随着打印尺寸的增加而造成脱落。


技术实现要素：

4.为改善现有技术在大尺寸物体高速3d打印上存在的问题，本发明提供一种光固化3d打印机的有源承载托盘，所述有源承载托盘包括：托盘主体，设置在所述托盘主体内的机械夹件，与所述托盘主体的底面连接的悬挂部，所述悬挂部与托盘支架连接。
5.其中，所述“有源”是指相对于传统托盘，本技术的承载托盘通过机械夹件，具备主动夹持打印物体的功能。
6.根据本发明的实施方案，所述托盘主体的材质为金属合金(如铝合金或不锈钢)或高分子材料。
7.根据本发明的实施方案，所述机械夹件的数量至少为2个，例如为3个、4个或更多个。本领域技术人员可以理解，机械夹件的数量和在有源承载托盘上的分布位置可以根据被夹持的打印物体的尺寸进行调整。
8.根据本发明的实施方案，所述有源承载托盘还包括标准打印底座，所述标准打印底座接受所述机械夹件夹持，并与打印物体连接。优选地，所述标准打印底座同时与打印物体被打印出来。
9.根据本发明的实施方案，所述机械夹件的内部设置有活塞，所述活塞能够在外力作用下从所述机械夹件的内部伸出，为打印物体或所述标准打印底座提供夹持。
10.根据本发明的一个实施方案，所述机械夹件的内部设置气路，所述气路内通入压缩气体作为所述活塞伸出的外力。
11.根据本发明的另一个实施方案，所述机械夹件的内部设置微型电机，在微型电机
提供的电机驱动力的作用下使活塞伸出机械夹件。可以与其他机械夹件伸出的活塞共同提供对打印物体或所述标准打印底座的夹持。还可以根据电机驱动电流参数的变化调节对打印物体或所述标准打印底座的夹持力度。
12.根据本发明的实施方案，所述标准打印底座的侧面具有规则形状，能够被所述机械夹件所夹持，优选为被所述活塞所夹持；或者，所述标准打印底座的侧面设置孔洞，所述孔洞用于容纳所述活塞并与活塞尺寸适配。例如，所述标准打印底座的侧面可以为平面或弧面，所述活塞的外表面能够与所述标准打印底座的侧面适配。
13.根据本发明的实施方案，对所述标准打印底座的整体形状不做特别限定，例如为立方体，例如矩形体或圆柱体。
14.示例性地，所述标准打印底座的形状为矩形体，所述机械夹件围绕所述标准打印底座的四个侧面分布。在外力作用下机械夹件内同步伸出活塞，顶住标准打印底座的侧面，为标准打印底座及标准打印底座上的打印物体提供夹持。
15.示例性地，所述标准打印底座的形状为圆柱体，所述机械夹件围绕所述标准打印底座的侧面分布，在外力作用下同步伸出的活塞的外表面能够与所述标准打印底座的侧面相适配。活塞能够在外力作用下顶住所述标准打印底座的侧面，对底座及底座上的打印物体提供夹持。
16.根据本发明的实施方案，所述悬挂部可以为悬挂架。对所述悬挂架的形状不限，以能够与所述托盘支架适配为佳。
17.根据本发明的实施方案，所述有源承载托盘还包括紧固元件，用于实现所述悬挂部与所述托盘支架的固定。例如，所述紧固元件可以为本领域已知固定元件，比如螺栓等。
18.根据本发明的实施方案，所述托盘支架与光固化3d打印机的z-轴步进电机连接，由z-轴步进电机通过托盘支架，带动有源承载托盘运动。
19.根据本发明的实施方案，所述标准打印底座与打印物体之间通过支撑部连接。例如，所述支撑部为支撑条，所述支撑条由光固化3d打印得到。
20.本发明还提供含有上述有源承载托盘的光固化3d打印系统。
21.本发明还提供所述有源承载托盘在高速打印大尺寸打印物体中的应用。其中，所述高速为打印速度＞180mm/h，例如打印速度≥190mm/h。其中，所述大尺寸打印物体为打印幅面＞50cm
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50cm，填充比＞50％的光固化打印物体。
22.本发明还提供一种利用上述有源承载托盘的光固化成型方法，所述方法包括如下步骤：在光固化3d打印过程中通过所述有源承载托盘的机械夹件(优选通过所述活塞)为不含打印底座的打印物体提供夹持；
23.或者，在光固化3d打印一体化打印模型的过程中，在所述一体化打印模型中的标准打印底座被打印到完全露出所述有源承载托盘的表面时，通过所述有源承载托盘的机械夹件(优选通过所述活塞)为所述一体化打印模型提供夹持；
24.所述一体化打印模型包括所述标准打印底座和打印物体。
25.根据本发明的实施方案，所述打印过程的打印速度＞180mm/h，例如打印速度≥190mm/h。
26.根据本发明的实施方案，所述一体化打印模型还包括连接所述标准打印底座和打印物体的支撑部。优选地，所述支撑部具有如上文所述的含义。
27.根据本发明的实施方案，在光固化3d打印之前，可以通过计算机辅助软件构建所述一体化打印模型。
28.根据本发明的实施方案，所述活塞在外力作用下从所述机械夹件中伸出。例如，所述外力可以由压缩气体或者电机驱动力提供。
29.本发明的有益效果：
30.本发明提供的有源承载托盘通过机械夹件能够主动夹持并承载标准打印底座和/或光固化打印物体，进而在有源承载托盘下表面与打印物体或标准打印底座相互粘接的基础上，提供更大的离型力，克服大尺寸物体在高速3d打印中由于打印物体自身重量、树脂材料本身与托盘粘接力不足，树脂槽底部对打印物体的吸引力，以及树脂未来得及填充而在树脂槽底部与打印物体之间形成真空而产生的对打印物体的吸引力，使得大尺寸物体能够在高打印速下固化成型，维持整个打印过程的高速运转。
附图说明
31.图1为实施例1中光固化3d打印机的有源承载托盘的结构示意图；
32.图2为实施例1中机械夹件与打印底座在托盘主体上的平面分布图；
33.图3为实施例1中机械夹件的结构示意图；
34.图4为实施例1中的打印效果示意图。
35.附图标记：1-托盘主体，2-机械夹件，3-标准打印底座，4-悬挂架，5-托盘支架，6-紧固元件，7-活塞，8-气路，9-气动接头，10-支撑条，11-打印物体。
具体实施方式
36.下文将结合具体实施例对本发明的实施方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
37.除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
38.实施例1
39.如图1-3所示结构的有源承载托盘，包括托盘主体1、以及在托盘主体1内部嵌入的4组机械夹件2，机械夹件2内部含有可伸出体外的活塞7。托盘主体1的上表面固定设置有一悬挂架4，悬挂架4中预留有与固定在3d打印机z-轴步进电机上的托盘支架5的端部相应的孔位。托盘支架5能够通过所述孔位与悬挂架4相互插接，并将托盘主体1水平地悬挂在托盘支架5上。
40.为使悬挂架4与托盘支架5之间的连接更为紧固，在悬挂架4的上壁以及托盘支架5的端部均开设有螺纹孔，紧固元件6具有与所述螺纹孔匹配的螺纹。通过旋转紧固元件6将托盘支架5与悬挂架4紧固在一起。
41.如图2所示，为使机械夹件2能够对底部侧面不规则的大尺寸打印物体提供有效的夹持，设置与机械夹件2相匹配的标准打印底座3，标准打印底座3的形状为矩形体，机械夹件2围绕标准打印底座3的四个侧面分布。在外力作用下机械夹件内同步伸出活塞，顶住标准打印底座的侧面，为标准打印底座及标准打印底座上的打印物体提供夹持。可以通过计
算机辅助软件构建标准打印底座3与打印物体11之间的支撑条10(如图4所示)，使标准打印底座3与打印物体11形成一个打印主体。
42.在高速光固化3d打印开始时，视打印方法采用连续液面3d打印方法(clip)还是约束液面的dlp打印方法而定，嵌有有源机械夹件的打印托盘的下表面与树脂槽底部预留有30～300μm的间隙，以便开始打印标准打印底座或打印物体的第一层。此时，机械夹件2在自身重力的作用下从托盘主体1中伸出与所述预留间隙相等的距离并贴住树脂槽底部，机械夹件2内部的活塞7并未伸出(图3)。
43.在一种实施方式中，如图3所示，机械夹件2内部含有气路8和可连接外部压缩气体导管的气动接头9，能够在压缩气体的作用下顶出活塞7，接触打印物体11或其标准打印底座3的侧表面，对打印主体进行夹持。
44.在另一种一实施方式中，打印物体11或其标准打印底座3的打印长度大于5mm，即机械夹件2露出托盘主体1下表面大于5mm时，即可满足活塞7在外力作用下的伸出条件，各机械夹件2中的活塞7将在外力作用下同时伸出机械夹件2，贴住打印物体11或标准打印底座3的外表面，对正在进行打印的打印物体提供夹持，使得打印物体不会由于高速打印过程中自身重量的增加，树脂槽底部对打印物体的吸引力随打印截面的增加而增大，以及树脂未及时填充而在树脂槽底部与打印物体之间形成真空而产生的对打印物体的吸引力的增大，而使得打印物体脱离打印托盘，造成打印失败。
45.在另一个一实施方式中，除打印主体(包含标准打印底座3、支撑条10、以及打印物体11)的前1～10层以小于180mm/h的平均速度进行打印外，剩余部分以大于180mm/h的速度进行匀速打印。
46.以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。