本發(fā)明涉及一種快速3D打印裝置及快速打印方法，屬于打印設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

3D打印裝置又稱三維打印機(jī)，是一種采用累積制造技術(shù)（即快速成形技術(shù)）的機(jī)器，它的原理是把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器按照程序把產(chǎn)品一層層造出來(lái)。目前，常規(guī)的3D打印裝置在打印過(guò)程中，當(dāng)打印平臺(tái)的固化層固化結(jié)束后，打印平臺(tái)都需要上升，使固化層表面脫離打印溶液容器底部，然后再次下降進(jìn)行第二層的曝光固化。打印平臺(tái)的重復(fù)上升、下降占整個(gè)打印過(guò)程的80%，甚至更多，最終導(dǎo)致打印速度緩慢，影響打印效率。

有鑒于此，本發(fā)明人對(duì)此進(jìn)行研究，專門開(kāi)發(fā)出一種快速3D打印裝置及快速打印方法，本案由此產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種快速3D打印裝置及快速打印方法，具有打印速度快，精度高、使用壽命長(zhǎng)、體積小且操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種快速3D打印裝置，包括基座，設(shè)置在基座內(nèi)的曝光機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)，以及設(shè)置在基座上的打印機(jī)構(gòu)和盛液機(jī)構(gòu)，其中，所述打印機(jī)構(gòu)包括模組、滑動(dòng)安裝在模組上的打印平臺(tái)，所述盛液機(jī)構(gòu)包括用于盛放打印溶液的物料槽，以及用于驅(qū)動(dòng)物料槽轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)組件，所述物料槽底部為完全透明或者部分區(qū)域透明的底板，所述底板上覆蓋有一層厚度均勻的透明液態(tài)膜，曝光機(jī)構(gòu)的曝光口與打印平臺(tái)相對(duì)應(yīng)，用于曝光固化的光通過(guò)透明的物料槽底部直射打印平臺(tái)。

作為優(yōu)選，所述透明液態(tài)膜采用離子液體。透明液態(tài)膜與打印溶液之間具有光潔界面，打印平臺(tái)的固化層會(huì)隨著物料槽的轉(zhuǎn)動(dòng)，輕易脫離透明液態(tài)膜。

作為優(yōu)選，所述離子液體密度大于1.1g/cm3，透光率大于85%，無(wú)揮發(fā)性。

作為優(yōu)選，所述透明液態(tài)膜厚度小于等于2mm。

作為優(yōu)選，所述物流槽為圓形。

作為優(yōu)選，所述曝光機(jī)構(gòu)采用投影儀，所述投影儀曝光口位于物料槽下方；或者，所述曝光機(jī)構(gòu)采用LCD顯示裝置，所述LCD顯示裝置的LCD顯示屏（即曝光口）位于物料槽下方。

作為優(yōu)選，所述投影儀投射用于打印溶液固化的紫光；所述LCD顯示屏發(fā)射出用于打印溶液固化的紫光。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)組件包括轉(zhuǎn)盤軸承、軸承固定座和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述物料槽固定安裝在轉(zhuǎn)盤軸承上，所述軸承固定座固定安裝在基座上，所述轉(zhuǎn)盤軸承與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)，轉(zhuǎn)盤軸承可在軸承固定座上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)物料槽在基座上旋轉(zhuǎn)。

作為優(yōu)選，所述控制機(jī)構(gòu)采用微處理器控制，控制機(jī)構(gòu)分別與曝光機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)和盛液機(jī)構(gòu)相連，用于控制各個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

作為優(yōu)選，所述模組上設(shè)有一縱向絲杠，打印平臺(tái)與絲杠相連，絲杠與絲杠電機(jī)相連，通過(guò)絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使打印平臺(tái)在模組上上下滑動(dòng)。

上述快速3D打印裝置的快速打印方法，包括如下步驟：

步驟1、控制機(jī)構(gòu)控制曝光機(jī)構(gòu)、打印機(jī)構(gòu)、盛液機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，物料槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，打印平臺(tái)下降至物料槽底部，此時(shí)，打印平臺(tái)下表面與物料槽透明液體膜上表面的間距為單層打印的厚度，曝光機(jī)構(gòu)通過(guò)透明底板和透明液態(tài)膜向打印平臺(tái)投射投影圖像，使投影范圍內(nèi)的打印溶液固化并粘貼在打印平臺(tái)上，在固化過(guò)程中，打印平臺(tái)勻速上升或者停頓設(shè)定時(shí)間再勻速上升，所述物料槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)或者停頓設(shè)定時(shí)間再勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；

步驟2：重復(fù)步驟1打印第二層，直至打印結(jié)束。

作為優(yōu)選：在步驟1所述的固化過(guò)程中，打印平臺(tái)勻速上升或者停頓0.1S-1S再勻速上升，所述物料槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)或者停頓0.2S-1S再勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述物流槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速度為0.2~5轉(zhuǎn)/分，所述打印平臺(tái)勻速上升時(shí)的速度為0.02~0.5毫米/秒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述結(jié)構(gòu)的快速3D打印裝置及快速打印方法具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、打印過(guò)程中，物流槽可勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，打印平臺(tái)可勻速上升，中間無(wú)需其他長(zhǎng)時(shí)間的停頓或反復(fù)動(dòng)作，可省去原來(lái)占80%的非固化時(shí)間，使打印效率大幅度上升，可以達(dá)到普通3D打印機(jī)4~10倍的速度；

2、采用高密度的透明液態(tài)膜，可保證液態(tài)膜在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，不會(huì)因?yàn)橄蛐牧Ρ砻娈a(chǎn)生波紋，同時(shí)高密度的透明液態(tài)膜也可以使打印溶液與液態(tài)膜之間形成光滑的界面，便于兩者分離；

3、采用投影儀曝光，可實(shí)現(xiàn)快速固化，進(jìn)而提高打印速度；采用LCD顯示屏照射，可實(shí)現(xiàn)大面積、高精度打印。

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的快速3D打印裝置立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為實(shí)施例1的物料槽剖視圖；

圖3為實(shí)施例1的驅(qū)動(dòng)組件和基座立體結(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖3的俯視圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1所示，一種快速3D打印裝置，包括基座1，設(shè)置在基座1內(nèi)的曝光機(jī)構(gòu)2、控制機(jī)構(gòu)3，以及設(shè)置在基座1上的打印機(jī)構(gòu)4和盛液機(jī)構(gòu)5，其中，所述打印機(jī)構(gòu)4包括模組41、滑動(dòng)安裝在模組41上的打印平臺(tái)42，在本實(shí)施例中，所述打印平臺(tái)42通過(guò)垂直設(shè)置在模組41上的絲杠43實(shí)現(xiàn)上下滑動(dòng)，打印平臺(tái)42與絲杠43相連，絲杠43與絲杠電機(jī)相連，通過(guò)絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠43轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)打印平臺(tái)42移動(dòng)，在打印過(guò)程中，打印平臺(tái)可勻速上升。所述控制機(jī)構(gòu)3采用微處理器控制，控制機(jī)構(gòu)分別與曝光機(jī)構(gòu)2、打印機(jī)構(gòu)3和盛液機(jī)構(gòu)4相連，用于控制各個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。在本實(shí)施例中，所述曝光機(jī)構(gòu)2采用DLP投影儀，投影儀曝光口位于物料槽51下方，DLP投影儀投射出的紫光用于打印溶液固化，采用投影儀投射，具有較高的對(duì)比度，因此固化時(shí)間短，打印效率高。

所述盛液機(jī)構(gòu)5包括用于盛放打印溶液的圓形物料槽51，以及用于驅(qū)動(dòng)物料槽51轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)組件。如圖2所示，所述物料槽51底部為完全透明或者部分區(qū)域透明的底板511，底板511可以采用玻璃或者其他全透明材質(zhì)。所述底板511上覆蓋有一層厚度均勻的透明液態(tài)膜512，所述透明液態(tài)膜512采用離子液體，所述離子液體密度大于1.1g/cm3，透光率大于85%，無(wú)揮發(fā)性，表面漲力小，與光敏樹脂液體等打印溶液不相溶。所述透明液態(tài)膜512厚度小于等于2mm。本實(shí)施例所述的透明液態(tài)膜512，密度大于水，在物料槽51低速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，表面平整度非常高，不會(huì)產(chǎn)生波紋，同時(shí)離子液體也可以使打印溶液6與液態(tài)膜512之間形成光滑的界面，便于兩者分離。

所述驅(qū)動(dòng)組件包括轉(zhuǎn)盤軸承52、軸承固定座53和驅(qū)動(dòng)電機(jī)54，所述物料槽51固定安裝在轉(zhuǎn)盤軸承52上，所述軸承固定座53通過(guò)轉(zhuǎn)盤底座55固定安裝在基座1的上面板11上，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)54采用齒輪電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承52的內(nèi)圈設(shè)有從齒輪521，齒輪電機(jī)上設(shè)有主齒輪541，通過(guò)主齒輪541和從齒輪521的配合，使轉(zhuǎn)盤軸承52可在軸承固定座53上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)物料槽51在基座1上旋轉(zhuǎn)。

所述基座上面板11開(kāi)設(shè)有一通孔12，所述曝光機(jī)構(gòu)2位于通孔12下方，曝光機(jī)構(gòu)2的曝光口21與打印平臺(tái)42相對(duì)應(yīng)，用于曝光固化的光通過(guò)通孔12、透明的物料槽51底部直射打印平臺(tái)42。

上述快速3D打印裝置的快速打印方法，包括如下步驟：

步驟1：首先，在物流槽51內(nèi)倒入打印溶液，同時(shí)開(kāi)啟曝光機(jī)構(gòu)2進(jìn)入預(yù)熱狀態(tài)；

步驟2、曝光機(jī)構(gòu)2和打印機(jī)構(gòu)4開(kāi)始工作，物料槽51勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，打印平臺(tái)42下降至物料槽51底部，此時(shí)，打印平臺(tái)42下表面與物料槽透明液體膜512上表面的間距為單層打印的厚度，投影儀通過(guò)透明底板511和透明液態(tài)膜512向打印平臺(tái)投射圖像，使投影范圍內(nèi)的打印溶液固化并粘貼在打印平臺(tái)42上，在固化過(guò)程中，打印平臺(tái)42勻速上升，所述物料槽51勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；所述物流槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速度為0.2~5轉(zhuǎn)/分，所述打印平臺(tái)勻速上升時(shí)的速度為0.02~0.5毫米/秒。打印過(guò)程中，物流槽可勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，打印平臺(tái)可勻速上升，中間無(wú)需其他長(zhǎng)時(shí)間的停頓和反復(fù)動(dòng)作，可省去原來(lái)占80%的非固化時(shí)間，使打印效率大幅度上升，可以達(dá)到普通3D打印機(jī)4~10倍的速度；

步驟3：重復(fù)步驟2打印第二層，直至打印結(jié)束。

實(shí)施例2

本實(shí)施例所述的快速3D打印裝置結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1一致，主要區(qū)別在本實(shí)施例中，3D打印裝置的快速打印方法在步驟2所述的固化過(guò)程中，打印平臺(tái)42停頓0.5S后再勻速上升，所述物料槽51停頓0.5S后再勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，打印平臺(tái)42和物料槽51的停頓的時(shí)間一般根據(jù)被打印物品的橫截面（即固化層面積）以及打印溶液的固化時(shí)間而定，一般打印平臺(tái)停頓0.1S-1S，所述物料槽停頓0.2S-1S。當(dāng)固化層面積較小、打印溶液固化較快時(shí)，打印平臺(tái)42和物料槽51無(wú)需停頓，直接勻速運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)快速打?。坏?dāng)固化層面積較大、打印溶液固化較慢時(shí)需要停頓一段時(shí)間，一方面便于打印溶液回流到打印平臺(tái)42下方，另一方面給曝光機(jī)構(gòu)2留取固化時(shí)間。

實(shí)施例3

本實(shí)施例所述的快速3D打印裝置結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基本一致，主要區(qū)別在于本實(shí)施例所述的曝光機(jī)構(gòu)2采用LCD顯示裝置，所述LCD顯示裝置的LCD顯示屏作為曝光口位于物料槽下方。LCD顯示裝置的固化原理：利用LCD顯示屏成像原理，在LCD顯示裝置的驅(qū)動(dòng)下，根據(jù)打印圖像在LCD顯示屏上出現(xiàn)選擇性的透明區(qū)域，在LCD顯示裝置紫外光源的照射下，LCD顯示屏的圖像透明區(qū)域?qū)ψ贤夤庾韪魷p小，在沒(méi)有圖像顯示的區(qū)域，紫外光線被阻擋。透過(guò)LCD顯示屏的紫外光線構(gòu)成紫外光圖像區(qū)域，上述紫外光線經(jīng)過(guò)透明的物料槽51照射到打印溶液，使被紫外光照射的打印溶液產(chǎn)生固化反應(yīng)，形成固化層，未被照射到的打印溶液仍然保持液態(tài)。采用LCD顯示屏可實(shí)現(xiàn)高精度顯示，如分辨率為1280 X 768 像素，12英寸顯示屏點(diǎn)陣精度達(dá)到0.16X0.16mm，同時(shí)因?yàn)長(zhǎng)CD顯示屏可做的比較大，進(jìn)而也可以進(jìn)行大面積固化；此外，LCD顯示屏成像為直接接觸性成型，圖形變形率低，打印的產(chǎn)品精度高。而投影儀的光線經(jīng)過(guò)多次成像透鏡之后圖形就會(huì)發(fā)生光學(xué)變形，雖然變形很微小，但是打印精度還是存在一定欠缺。

上述實(shí)施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。