一種點(diǎn)陣技術(shù)3d打印設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種點(diǎn)陣技術(shù)3D打印設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的添加劑三維打印技術(shù)是建立在一個(gè)緩慢的層層打印的過(guò)程。以分步或?qū)訉拥姆绞竭M(jìn)行構(gòu)造三維物體。具體地講就是先打印一層，烘干或光固化后，補(bǔ)充樹(shù)脂再打印一層，重復(fù)上述操作。新層的形成可以在舊層表面頂上，也可以在底面。這個(gè)傳統(tǒng)3D打印的缺點(diǎn)包括速度慢，精細(xì)度低，有缺陷，機(jī)械強(qiáng)度低等等。
[0003]最近兩個(gè)公司/實(shí)驗(yàn)室，Orange Maker Inc.和Carbon3D Inc.發(fā)展了一個(gè)全新的3D打印技術(shù)一連續(xù)液體界面合成法(clip)。此法的原理是投影機(jī)將連續(xù)的從下面將紫外線射到對(duì)象的橫截面。以紫外光固化液態(tài)樹(shù)脂池底部上方一層液體。同時(shí)，連續(xù)升降成形物體。如專(zhuān)利W02014126837中公開(kāi)的3D打印技術(shù)。但上述專(zhuān)利使用了紫外光來(lái)固化樹(shù)脂，其一個(gè)主要的缺點(diǎn)是光反應(yīng)聚合的反應(yīng)有限，還有更多反應(yīng)不能用紫外光引發(fā)，比如一些非自由基縮聚反應(yīng)，分子催化反應(yīng)，酶催化反應(yīng)，熱聚反應(yīng)，冷聚反應(yīng)，陽(yáng)離子聚合反應(yīng)，陰離子聚合反應(yīng)，金屬還原合成，自組裝，半導(dǎo)體材料合成，無(wú)機(jī)材料合成等等，或純粹物理相變固化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種點(diǎn)陣技術(shù)3D打印設(shè)備。
[0005]本實(shí)用新型提供了如下的技術(shù)方案:
[000?] —種點(diǎn)陣技術(shù)3D打印設(shè)備，包括支架、固化液池，還包括點(diǎn)陣反應(yīng)裝置。
[0007]在上述方案中優(yōu)選的是，所述點(diǎn)陣反應(yīng)裝置包括點(diǎn)陣板，所述點(diǎn)陣板上設(shè)置點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)。
[0008]在上述任一方案中優(yōu)選的是，通過(guò)電子控制裝置引發(fā)所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)處的固化液發(fā)生固化反應(yīng)。
[0009]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述電子控制裝置控制所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)處的反應(yīng)條件引發(fā)固化反應(yīng)。
[0010]在上述任一方案中優(yōu)選的是，控制反應(yīng)條件的方式包括電流、加熱或降溫。
[0011]在上述任一方案中優(yōu)選的是，每個(gè)所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)由單獨(dú)的所述電子控制裝置控制。
[0012]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)具有形狀。
[0013]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)的形狀包括規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀，所述規(guī)則形狀包括實(shí)點(diǎn)、空點(diǎn)、圓形、三角形、方形、線、長(zhǎng)方形、環(huán)形中的一種或幾種。
[0014]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述電子控制裝置由計(jì)算機(jī)軟件控制。
[0015]在上述任一方案中優(yōu)選的是，通過(guò)所述計(jì)算機(jī)軟件控制所述點(diǎn)陣板上的至少一個(gè)所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)處的固化液發(fā)生固化反應(yīng)。
[0016]在上述任一方案中優(yōu)選的是，形成每層圖案的所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)位置相同或不同。
[0017]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述點(diǎn)陣板上的所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)的密度為納米級(jí)、微米級(jí)、毫米級(jí)、厘米級(jí)或米級(jí);和/或所述點(diǎn)陣板上的所述點(diǎn)陣反應(yīng)引發(fā)點(diǎn)的尺寸為納米級(jí)、微米級(jí)、毫米級(jí)、厘米級(jí)或米級(jí)。
[0018]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述支架設(shè)置在所述固化液池的上方并伸入所述固化液池內(nèi)，所述支架的底部設(shè)置打印平臺(tái)，所述點(diǎn)陣反應(yīng)裝置設(shè)置在所述固化液池的底部。
[0019]在上述任一方案中優(yōu)選的是，在所述點(diǎn)陣反應(yīng)裝置上方設(shè)有多孔膜。所述多孔膜可控制氣體通過(guò)。如所述多孔膜引入氧氣作抑制劑。
[0020]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述多孔膜為氧氣可透過(guò)膜。
[0021]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述多孔膜為透氣或半透氣膜。
[0022]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述多孔膜為透氣含氟聚合物膜、透氣性有機(jī)聚合物膜或無(wú)機(jī)多孔膜。
[0023]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述透氣性有機(jī)聚合物膜包括聚二甲基硅氧烷膜。
[0024]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述無(wú)機(jī)多孔膜包括多孔玻璃。
[0025]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述多孔膜厚度為10微米?100毫米。
[0026]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述多孔膜的上方為抑制層。
[0027]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述抑制層的上方為生成層。
[0028]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述抑制層的厚度為0.01微米?I毫米。
[0029]所述抑制層的厚度可通過(guò)多種條件控制，如氧氣的通入量、多孔膜的孔徑大小或外加抑制劑的通入量等。
[0030]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述生成層的厚度為0.01微米?I毫米。
[0031]所述抑制層的厚度可通過(guò)多種條件控制，如固化液的通入量、支架的上升速度等。
[0032]所述多孔膜厚度、所述抑制層的厚度和所述生成層的厚度可使固化速度不同。
[0033]所述抑制層的厚度和所述生成層的厚度均可由上方氣體壓力，氣體中氧氣含量，液體成分等等來(lái)控制。
[0034]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述支架與上升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述打印平臺(tái)在所述上升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下上升，所述上升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)器以及控制所述驅(qū)動(dòng)器的控制器。
[0035]支架在固化層的上層，開(kāi)始固化后，隨著支架向上移動(dòng)，所述打印平臺(tái)向上移動(dòng)，所述三維物體隨支架上升而上升。
[0036]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述打印平臺(tái)的上升速度為0.01-1000微米/秒。
[0037]由于固化材料不同，所以上升速度不同，但材料允許的條件下，速度越快越好。
[0038]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述打印平臺(tái)的上升時(shí)速度，相當(dāng)于通過(guò)所述生成層時(shí)間至少為0.1秒。
[0039]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述固化液池與固化液注入通道連通，固化液由固化液源通過(guò)所述固化液注入通道進(jìn)入生成層。
[0040]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述固化液池與抑制劑注入通道連通，抑制劑由抑制劑源通過(guò)所述抑制劑注入通道進(jìn)入抑制層。
[0041]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述固化液池最下面、點(diǎn)陣板上為多孔膜，氧氣作為抑制劑由多孔膜進(jìn)入抑制層。
[0042]除了氧氣外，還可加入其它的抑制劑，用于在固化液池的最底部形成抑制層，防止在最底部發(fā)生固化，影響打印。
[0043]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述抑制劑在所述固化液池的底部、側(cè)壁或頂部引進(jìn)。
[0044]抑制劑可由不同的位置引入，只要能夠在固化液池的最底部形成抑制層即可。
[0045]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述設(shè)備還包括與所述固化液源和/或抑制劑源相關(guān)聯(lián)的壓力源。
[0046]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述點(diǎn)陣板為導(dǎo)熱或?qū)щ姴馁|(zhì)。
[0047]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述點(diǎn)陣板材質(zhì)為金屬材質(zhì)、導(dǎo)熱或?qū)щ姺墙饘俨馁|(zhì)。
[0048]本實(shí)用新型的點(diǎn)陣可以通過(guò)各種辦法制造。一般來(lái)說(shuō)，點(diǎn)陣密度越大，生成的3D物件越精細(xì)。因此點(diǎn)陣的制造技術(shù)集中微米和納米技術(shù)上，但也包括其他制造毫米厘米尺寸，以及更大尺寸以用于身材大的物體(比如汽車(chē)，樓房等等)。微米，納米點(diǎn)陣的制造辦法包括MEMS辦法(芯片生產(chǎn)技術(shù))，2D打印技術(shù)，自組裝，模板辦法等。
[0049]本實(shí)用新型所述設(shè)備的工作原理為點(diǎn)陣技術(shù)3D打印方法，所述方法為連續(xù)液體界面合成法，所述方法通過(guò)點(diǎn)陣形式引發(fā)固化液發(fā)生固化反應(yīng)進(jìn)行打印;進(jìn)一步地，所述方法通過(guò)點(diǎn)陣形式引發(fā)局部固化液發(fā)生固化反應(yīng)進(jìn)行打??；用于固化反應(yīng)的固化液包括待固化材料，所述待固化材料是指能夠發(fā)生固化反應(yīng)的材料;所述待固化材料包括有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料，金屬材料，金屬離子材料，半導(dǎo)體材料，復(fù)合材料等等，但不限于上述材料;所述有機(jī)材料包括軟材料和硬材料;所述軟材料包括娃膠;所述硬材料包括聚氯乙烯(PVC)；所述待固化材料包括單體化合物、初聚物溶液、溶液，所述單體化合物選自但不限于丙烯酸類(lèi)，甲基丙烯酸類(lèi)，丙烯酰胺，苯乙烯類(lèi)，烯烴，鹵代烯烴，環(huán)烯烴，馬來(lái)酸酐，烯烴，炔烴，羰基化合物，可聚合的低聚物，帶官能團(tuán)的聚乙二醇(PEG)中的一種或幾種;所述初聚物溶液包括小分子量的所述上述單體化合物初步聚合的產(chǎn)物;所述溶液包括無(wú)機(jī)鹽溶液、有機(jī)離子溶液、無(wú)機(jī)離子溶液、無(wú)機(jī)氧化物溶液、金屬離子溶液中的一種或幾種;所述初聚物溶液的分子量為幾十至幾千道爾頓，和/或所述初聚物溶液的單體聚合程度為1%_99%，本實(shí)用新型可引發(fā)更多反應(yīng)的發(fā)生，因此，可選擇的材料的擴(kuò)展很多;所述固化液還包括引發(fā)劑;所述引發(fā)劑包括自由基引發(fā)劑、陽(yáng)離子引發(fā)劑、陰離子引發(fā)劑、電鍍還原劑電子，催化劑;所述固化反應(yīng)包括聚合反應(yīng)。
[0050]本實(shí)用新型的所述點(diǎn)陣形式引發(fā)固化液發(fā)生固化反應(yīng)進(jìn)行打印成像的作用原理可以通過(guò)以下例子解釋?zhuān)?一個(gè)3X3的點(diǎn)陣共9個(gè)點(diǎn)，初始時(shí)由電子控制裝置控制其中選定的4個(gè)點(diǎn)處加熱，固化液被加熱后固化形成固體產(chǎn)生圖案，已生成的圖案向上拉起一定距離后，由電子控制裝置繼續(xù)控制另外選定的7個(gè)點(diǎn)處加熱，固化液被加熱后固化再形成固體，在已形成圖案的界面產(chǎn)生圖案……依次這樣操作，就形成了 3D物體。
[0051 ]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述打印平臺(tái)的上升速度為0.01-1000微米/秒。
[0052]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述打印平臺(tái)的上升時(shí)速度，相當(dāng)于通過(guò)所述生成層時(shí)間至少為0.1秒。
[0053]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述固化液池與固化液注入通道連通，固化液由固化液源通過(guò)所述固化液注入通道進(jìn)入生成層。
[0054]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述固化液池與抑制劑注入通道連通，抑制劑由抑制劑源通過(guò)所述抑制劑注入通道進(jìn)入抑制層。
[0055]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述抑制劑可以在固化液池的底部引進(jìn)，也可以在側(cè)壁或頂部引進(jìn)。
[0056]本實(shí)用新型可以克服使用紫外光引發(fā)反應(yīng)的局限性，以點(diǎn)陣引發(fā)的形式取代了紫外光引發(fā)反應(yīng)，可使連續(xù)液體液面合成法能夠選擇的材料更多，能夠打印的物件更多。本實(shí)用新型可使3D打印的速度更快，打印更精細(xì)。
【附圖說(shuō)明】
[0057]圖1是按照本實(shí)用新型的點(diǎn)陣技術(shù)3D打印設(shè)備的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖2是點(diǎn)陣反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]為了進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的技術(shù)特征，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行